西安市地下水水源熱泵空調(diào)運行情況調(diào)查與治理對策研究

張 萍，徐 棟，史方方，吳繼強

(1.西安市水資源利用技術(shù)服務(wù)中心，西安 710018；2.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

1 水資源熱泵技術(shù)概述

水源熱泵技術(shù)[1-2]是利用地球表面淺層水源(如河流、湖泊或地下水)或者人工再生水源的低溫低位熱能資源，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能的轉(zhuǎn)移，既可供熱又可制冷，是一種節(jié)能環(huán)保又經(jīng)濟實惠的空調(diào)方式。

改革開放以來，中國工業(yè)經(jīng)濟高速發(fā)展，能源消耗越來越多，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。為構(gòu)建環(huán)境友好型社會，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的環(huán)境需求，水源熱泵空調(diào)技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點，成為供暖空調(diào)工程優(yōu)選方案之一。

為大力推進水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展，中國相繼出臺了一系列法規(guī)和政策。《中華人民共和國節(jié)約能源法》[3]明確提出國家鼓勵開發(fā)利用水源熱泵所使用的地?zé)崮埽粐野l(fā)改委制定并頒布了《中華人民共和國可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》；《建設(shè)部建筑節(jié)能“十五”計劃綱要》[4]指出：地源熱泵及水源熱泵技術(shù)系統(tǒng)開發(fā)與工程應(yīng)用要大力推廣等。

陜西省為貫徹國家對可再生能源發(fā)展應(yīng)用的政策，2006年研究制定了《陜西省節(jié)約能源條例(草案)》[5]，鼓勵利用地?zé)崮堋⑻柲艿瓤稍偕茉矗瑫r設(shè)立了水源熱泵推廣辦公室，加大對水源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用，省建設(shè)廳已將水源熱泵列為2008年及后期重點推廣項目，并出臺了相關(guān)的規(guī)定。2017年1月，國家發(fā)改委、能源局和國土資源部印發(fā)了《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》(簡稱：規(guī)劃)，根據(jù)《規(guī)劃》要求，陜西省將重點開發(fā)西安、咸陽等市水熱型地?zé)豳Y源，新增供暖面積4 500萬m2。

2 西安市水源熱泵運行現(xiàn)狀

西安市積極響應(yīng)國家號召，自2003年引入水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)項目后，其應(yīng)用一直呈上升趨勢。因其所處區(qū)域位置及水資源條件，西安市主要發(fā)展地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，截止2017年底城六區(qū)已建成地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)37處，其中未央?yún)^(qū)9處，灞橋區(qū)9處，新城區(qū)2處，雁塔區(qū)9處，發(fā)展較為迅速。未央?yún)^(qū)及灞橋區(qū)北部處于西安市渭河灘地及灞渭三角洲，水資源條件較好，水位埋深淺，單位降深出水量較大，水源熱泵井較淺，一般在70～120 m之間，抽回灌水井比例約為1∶3；其他區(qū)域水資源富水性較差，水位埋深較大，單位降深出水量較小，水源熱泵井較深，一般在120～200 m之間，抽回灌水井比例為1∶2或1∶2.5。西安市水源熱泵空調(diào)井37處水源熱泵空調(diào)用戶總的制冷供暖面積合計92萬m2，年抽回用水量約640萬m3。

為在全市范圍內(nèi)更好地使用和推廣水源熱泵技術(shù)，達到保護地下水和提高能源利用率的雙贏目標(biāo)，2017年西安市對已建的37處地下水源熱泵項目運行狀態(tài)進行了普查。普查結(jié)果顯示，因所處水文地質(zhì)環(huán)境、項目運行管理和建成時間不同，各項目運行狀態(tài)不盡相同。

2.1 運行現(xiàn)狀

在普查的37處地下水源熱泵空調(diào)用戶中，正常運行的為29處，占比78.4%；停止運行的為4處，占比10.8%；建成未運行的為4處，占比10.8%。據(jù)調(diào)查，停運原因：一方面由于企業(yè)用地規(guī)劃發(fā)生變化，導(dǎo)致水源熱泵占地被擠占，被迫停運；一方面由于長期運行，抽水井出水量驟減或水質(zhì)含沙量變大，水源熱泵機組制冷供暖效果較差或水質(zhì)不符合水源熱泵機組的要求被迫停運，這一部分水源熱泵用戶主要集中在灞橋區(qū)東南部。未運行原因基本與企業(yè)所有權(quán)發(fā)生變化有關(guān)。

2.2 監(jiān)測設(shè)備安裝

根據(jù)GBT50625-2010《機井技術(shù)規(guī)范》，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)用戶必須安裝抽、回灌計量設(shè)備。而目前主城區(qū)正常運行的29戶水源熱泵用戶中僅24戶安裝有計量設(shè)施，安裝率為82.7%；24戶中22戶安裝有抽、回灌完整計量設(shè)施，且質(zhì)量良莠不齊,部分水表因使用年限過長導(dǎo)致水表顯示或水表線路發(fā)生故障，其余2戶僅有抽水計量設(shè)施。

2.3 抽回灌現(xiàn)狀

部分水源熱泵用戶為節(jié)省運行成本，沒有嚴(yán)格按照項目水源熱泵論證報告中設(shè)計的抽回灌井比例開啟抽水井、回灌井，僅開啟部分抽回灌井，導(dǎo)致抽水井水位降深較大，達到8～12 m之間，超過了西安市水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)規(guī)定的最大水位降深5 m，這對周邊建筑物地基安全產(chǎn)生潛在隱患。同時各水源熱泵用戶因溢井或其他因素，未實現(xiàn)100%回灌的既定任務(wù)，破壞了區(qū)域抽回灌平衡狀態(tài),對區(qū)域地下水環(huán)境造成一定影響。據(jù)初步統(tǒng)計，2016—2017年度西安市水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)采暖季平均回灌率為95.6%，制冷季回灌率為94.4%，全年平均回灌率為95.1%。

3 治理對策研究

3.1 存在問題

通過多年來對地下水源熱泵應(yīng)用技術(shù)的研究，以及調(diào)查已建成的水源熱泵運行狀態(tài)可知，西安市水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在建設(shè)和運行過程中主要存在以下問題：

(1) 行政管理能力薄弱，有待加強。西安市地下水源熱泵用戶計量設(shè)施安裝率不高，水務(wù)主管部門不能對取水量、回水量、回灌水質(zhì)進行實時監(jiān)測和監(jiān)管，不能滿足水資源管理、水環(huán)境保護等方面的需求。

(2) 從業(yè)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)不高，需進一步提升。普查中發(fā)現(xiàn)，部分水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)因設(shè)計的取水量過小而導(dǎo)致使用效果不佳，部分水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)因水源中含沙量較大，被迫停運，這均與前期水資源論證、鑿井等技術(shù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)不高緊密相關(guān)，需進一步提升。

(3) 用戶運行管理無序，應(yīng)逐步規(guī)范化。在實際運行管理中，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)管理人員隨意確定抽水井、回灌井井?dāng)?shù)，導(dǎo)致抽水井單井水位降深較大，對周邊建筑物地基安全產(chǎn)生潛在威脅；同時實際回灌井?dāng)?shù)量少，單井回灌負荷重，容易出現(xiàn)溢井現(xiàn)象，造成水資源水質(zhì)的污染和浪費，后果嚴(yán)重。

3.2 治理對策

(1) 水務(wù)主管部門要著眼全市水資源分布狀況，對全市水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用進行統(tǒng)一規(guī)劃、科學(xué)開發(fā)。

(2) 建設(shè)單位應(yīng)由有資質(zhì)的相關(guān)單位做好前期水文地質(zhì)勘查工作，進行水資源論證，及取水井、回灌井的鉆鑿。

(3) 水務(wù)主管部門強制要求所有水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)用戶安裝取回水計量監(jiān)測設(shè)備，做到與熱泵機組同時安裝，同時運行。

(4) 后期嚴(yán)格監(jiān)督水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)回灌及效果，要求所取水量在誤差范圍內(nèi)100%回灌；同時建立相關(guān)的獎懲機制，對未完成回灌任務(wù)的用戶進行罰款。

(5) 水務(wù)主管部門加強對水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)用戶后期運行的監(jiān)管，對未嚴(yán)格按照項目設(shè)計的抽回灌井比例開啟抽水井、回灌井的用戶進行技術(shù)教育和培訓(xùn)，提高運營人員素質(zhì)，充分認識到水位降深過大對地基安全的影響的嚴(yán)重性。

4 結(jié) 語

綜上，西安市水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)發(fā)展較快，但運行管理存在一定不足。為加強地下水資源管理和保護，全面落實水資源管理制度，還需水務(wù)主管部門、技術(shù)人員和水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)用戶共同努力，采取一定對策進行治理。