漢中地下水資源在水源熱泵技術中的應用

黃 研 （陜西理工學院土建學院，陜西 漢中 723000）

1 國內外水資源利用現狀

水資源缺乏是我們目前遇到的大問題，甚至在某些地區，水資源匱乏已經威脅到當地居民的生活。因此開辟新的水源以便我們加以利用是我們的新課題。地下水資源由于開采麻煩，相比地表水資源，還有著相當大的儲量。在上世紀80年代中期，全球地下水資源已開采5489億m3，其中以美國、中國、日本、澳洲為首，占到總開采量的60%。上世紀末期，全球地下水資源開采已經超過7000億m3。近幾年，以中國和印度為首，地下水資源開采量急劇上升。

從總量來看,按照2008年的最新統計,中國水資源總量約為28124億m3,位居世界前列。其中地表水2.6萬億m3，地下水資源匱乏，不到水資源總量的20%，并且地下水資源在飲用水中占有較大的比重。

2 漢中水資源總量現狀

全市多年平均水資源總量為146.25億m3，其中地表水資源量為144.1億m3，地下水資源量為31.75億m3，地表水與地下水的重復計算量為29.6億m3。按流域分，漢江流域水資源總量102.53億m3，嘉陵江流域水資源總量43.72億m3。漢中氣候濕潤，雨量充沛，地表水系發育，地下水補給條件較好，地下水資源比較豐富。全市多年平均地下水資源量為31.75億m3，其中山丘區為24.33億m3，平壩區為7.42億m3；漢江流域為24.6億m3，嘉陵江流域為7.15億m3。漢中盆地地下水資源量為7.0億m3，平均補給模數為42.66萬m3/km2·a；西鄉盆地地下水資源量為0.42億m3，平均補給模數為35.36萬m3/km2·a。采用平均布井法計算的地下水可開采量為4.25億m3，其中漢中盆地地下水可開采量為4.01億m3，平均開采模數為29.49萬m3/km2·a，西鄉盆地地下水可開采量為0.24億m3，平均開采模數為68.92萬m3/km2·a。

漢中地區的水資源相當豐富，與全國其他城市相比，漢中市的居民生活用水來源主要是地表水資源，其豐富的地下水資源還沒有得到充分的利用。因此漢中市地下水資源的利用前景十分廣闊，例如可以利用在日常飲用水的供應上，或者其他生活用水方面，以補充地表水的供應。

3 已有地下水資源的應用原理及實例分析

3.1 水源熱泵系統原理簡介

通過輸入少量高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。

水體通過冬季熱泵供暖和夏季空調制冷的方式減低建筑能耗比，在夏季將建筑物的熱量轉換成熱量，加熱水體供熱水系統使用，既可以滿足居民日常使用，又可以在夏季減少建筑熱量；在冬季通過水源熱泵機組，從水源中取走熱量，供給建筑物冬季取暖[1]。

3.2 地源熱泵應用及實例分析

漢中現有的地下水應用案例大都集中在農村地區，主要是比較直接的打井取水，這種方法雖然能解決部分地區的生活用水問題，但取水點比較分散較難管理，如數量眾多容易造成部分區域地下水的分布不均勻。但現在自來水網的通達已經解決了這種用水方式所造成的部分影響。

漢中某四層公共建筑，項目已連續運行3年。在初始地源熱泵空調設計時面積達到4200m2，實際工程中經過地源熱泵公司設計安裝地源熱泵空調設備68臺，水量80m3/h，采用鋼管井開采地下水，其中最大管徑DN50，采用異井回灌方式，取水井4口，回灌井8口，取水井與回灌井距離50m。

該工程在河道附近，地下為細沙結構，曾經出現系統帶沙嚴重，后增設了沉沙池，改進了濾沙器，目前系統運行良好。

從上述的實例中我們可以看出，地下水資源在漢中地區雖有運用但都屬于簡單的個人生活取水行為，并且這種行為的發生也是主要由于部分地區自來水不通的原因。因此我們發現水源熱泵運用方式是地下水與空調系統的利用，同時注意地下水的回灌。這樣既可以在某種程度上解決大規模開采地下水時對本身水體的污染，并且緩解開采時造成的地面塌陷問題。在漢中由于是冬冷夏熱氣候，在建筑保溫和隔熱上需要更多的重視，并且考慮到地下水資源的豐富，水的比熱容較大的原因。可以選擇采取水源熱泵技術緩解漢中建筑冬冷夏熱的局面。這樣既能減輕空調夏季的使用造成的加劇熱島效應情況，又能滿足冬季在沒有暖氣的情況下的采暖問題。

4 水源熱泵系統利用的優缺點分析

4.1 利用率高

水源熱泵系統的特點是節能高效，在同等設備相比下，水源熱泵系統消耗相同的能量，可產出高出別的系統的產品，甚至是比原有系統產出更多或更好的產品。

4.2 再生資源

再生資源主要是在人類生活歷史時期耗之不盡的能源，但是在某種程度上，有些資源例如石油、核能都是能夠消耗殆盡的。包括地下水資源，也是同樣有用完的一天。

4.3 較高的環境效益

水源熱泵機組作為一種優秀的綠色環保產品，具有污染小、無燃燒廢物、無廢煙排除、不產生大量廢棄物等特點，也不會導致城市產生熱島效應，跟環境和諧發展。

4.4 便于推廣使用

水源熱泵系統可以替換原來的鍋爐和空調兩套裝置或系統，將供暖、空調、生活熱水等多項功能共同完成，使用更加便捷。[2]

4.5 運行可靠

水的比熱大，因此溫度變化幅度小，相對其他液體更恒溫一些，波動幅度小于其他流體。因此水源熱泵系統運行相對其他系統更穩定，效率高，提高其經濟效益。

5 地源熱泵設計的注意事項

根據以上的調研分析，可知在漢中地區設計水源熱泵需要注意以下幾點。

①為了合理布置熱源井數目并滿足持續出水量和完全回灌的要求，操作時應結合工程場地情況和水文地質試驗結果進行處理。

②熱源井口處應設置檢查井，井管應嚴格封閉，井內裝置應使用對地下水不產生污染的材料。

③抽水井和回灌井之間設排氣裝置，在工作中宜能相互轉換。在抽水管與回灌管上均應設置水樣采集口與監測口。地下水供水管道應該設置保溫措施。

④在設計中為預防和處理回灌井堵塞，應考慮回揚措施，在確定回揚次數和回揚持續時間時，應考慮到含水層的滲水性、回灌井的結構和回灌方法等因素。

⑤當考慮到以地表水為冷熱源，地下水質應滿足《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019-2003）要求，當水源水質不能滿足要求時，應相應采取有效的過濾、沉淀、滅藻、阻垢、除垢和防腐等措施。

⑥地源熱泵在吸收地下水時，需要設置旁通閥，并且在膨脹水箱安置穩壓補水裝置。

⑦轉換閥門應該嚴密不漏水，質量可靠。在機組外進行冷熱轉換時應該單獨設置夏季和冬季的轉換閥門，并明顯區別。

⑧根據不同類型的建筑和不同的使用要求，以確定適合地下水資源熱泵機組的形式，同時由于地下水溫差的影響，機組的合理運行時需注意提高其整體機組性能。

6 小 結

通過實際調研，我們發現在漢中地區水源熱泵的利用前景是極為廣闊的，建筑師可以通過節能建筑的設計來完善水源熱泵技術的利用，可以為漢中地區的地下水利用開辟新的途徑。

[1]徐國平.試論水源熱泵空調系統的優缺點及安裝注意事項[J].中國科技縱橫,2013(3)

[2]趙郅剛，姜耀鵬.孫偉淺析水源熱泵在沈陽地區的應用優勢和節能設計措施[J].建筑設計管理,2009(4).

[3]吳玉民.試析地源熱泵系統應用過程中的常見問題[J].城市建設理論研究,2014(10).

[4]王蕾.淺談水源熱泵技術[J].城市建設理論研究,2013(6).