水源熱泵取水回灌技術(shù)研究應用

賈銀勇

【摘要】現(xiàn)如今，國家鼓勵建筑節(jié)能技術(shù)進步與引進國外先進的建筑節(jié)能技術(shù)，鼓勵發(fā)展太陽能、地熱等可再生能源應用技術(shù)和設(shè)備及空調(diào)制冷節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品。文章對地源熱泵的三種形式進行了分析，從理論方面進行了論述，提出了讓地源熱泵和太陽能熱泵等熱泵結(jié)合的方法，并對地源熱泵優(yōu)缺點和發(fā)展前景進行了研究。

【關(guān)鍵詞】水源熱泵；熱源井；取水回灌技術(shù)；應用

一、地源熱泵的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

國外學者和企業(yè)對地源熱泵技術(shù)進行了較早的研究和應用，國外的相關(guān)發(fā)展歷程可分為三個階段：（1）瑞士人Zoelly早在1912年就提出了利用土壤作為熱泵熱源的設(shè)想。一直到二戰(zhàn)結(jié)束，地源熱泵才興起研究熱潮，但因為當時能源價格低廉，這一階段并沒有持續(xù)太長時間就結(jié)束了。（2）第二階段是在1973年“能源危機”出現(xiàn)之后，出于需求，歐美國家對于地源熱泵的研究達到高潮。在政府的支持下，美國多所高校和重點實驗室完成了一系列的實驗研究和計算機模擬并形成了現(xiàn)在的地源熱泵的理論基礎(chǔ)。（3）第三階段是在20世紀90年代之后，地源熱泵進入了全面應用的新時代，歐美國家全面推廣，地源熱泵成為了家用熱泵的主力。地源熱泵的應用在歐美國家取得了良好的效果并已進入成熟階段，截至2015年，地源熱泵的裝機容量占全球地熱產(chǎn)能的68.3%。

地源熱泵技術(shù)在我國的發(fā)展歷程呈現(xiàn)出“起步晚、增長快”的特點，2005年后進入了高速發(fā)展階段。20世紀80年代以來，隨著改革開放后經(jīng)濟發(fā)展帶動的建筑產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，建筑能耗增加，亟需尋找可再生能源以減輕傳統(tǒng)石化能源消耗引起的環(huán)境污染問題，國內(nèi)相關(guān)高校和企業(yè)開始關(guān)注地源熱泵技術(shù)。20世紀90年代，北京、上海、天津、重慶、山東等地高校研究人員對土壤源熱泵進行理論和實驗研究，論證了地源熱泵技術(shù)在我國實施的適宜性，是地源熱泵推廣應用的重要依據(jù)。90年代中后期，地源熱泵技術(shù)開始大規(guī)模應用于國內(nèi)的公共建筑和居住建筑。

二、水源熱泵熱源井取水回灌技術(shù)研究應用

（一）地表水源熱泵

地表水源熱泵機組通過布置在水底的閉合換熱系統(tǒng)與江河、湖泊、海水等進行冷熱交換。按照熱交換的原理，地表水源熱泵系統(tǒng)可以分為閉路、開路系統(tǒng)兩種形式。開路式系統(tǒng)在熱交換過程中地表水進入熱泵設(shè)備內(nèi)部，因此開路式系統(tǒng)對地表水水質(zhì)要求較高。閉路式系統(tǒng)不同于開路式系統(tǒng)，熱交換過程中避免了地表水與熱泵設(shè)備的直接接觸。在大連、青島等城市均有采用海水源熱泵的建筑投入實際運行中并在不斷探索研究中。不僅在建筑行業(yè)，交通、石油等行業(yè)也紛紛投入水源熱泵的建設(shè)應用中。但這種地表水源熱泵系統(tǒng)應用時受到自然條件的限制，寒冷地區(qū)一般只采用閉路系統(tǒng)，在冬季北方地區(qū)應用時需進行防凍處理。而我國南方地區(qū)氣候溫暖，擁有眾多江河湖泊，為推廣地表水源熱泵提供便利。相比于其他兩種熱泵類型，地表水源熱泵的研究較少。

（二）地下水源熱泵

地下水源熱泵系統(tǒng)從水井或廢棄的礦井中抽取地下水作為熱源，利用熱泵技術(shù)，輸入少量高位電能，實現(xiàn)冷熱量由低熱能向高位能的轉(zhuǎn)化，從而達到為用戶供熱或供冷的目的。地下水源熱泵系統(tǒng)在使用時具有一定局限性，適合于地下水資源充沛的地區(qū)，并且要得到當?shù)刭Y源管理部門的允許才可以合理開采利用地下水。近幾年，地下水的水質(zhì)處理及地下水的回灌技術(shù)成為研究的主要內(nèi)容，一些城市專門成立了專家組來攻克有關(guān)地下水的研究課題。我國地下水源熱泵發(fā)展出現(xiàn)了地下水質(zhì)惡化和地下水超量開采的嚴峻問題，雖然地下水源熱泵并不是導致這個問題的主要原因，但也會加深這個問題的嚴重性。地下水作為珍貴的水資源，應當?shù)玫奖Ｗo和儲存，所以地下水源熱泵具有很大的限制性。但是在條件具備，100%回灌的前提下，還是因積極推廣使用。

（三）土壤源熱泵

土壤源熱泵利用了地下土壤溫度的穩(wěn)定性這一特點。10m以下的土壤溫度全年保持在12℃～20℃的恒溫，相對于地上溫度變化幅度小。土壤源熱泵除了室外管路系統(tǒng)，還有熱泵工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)和室內(nèi)空調(diào)管路系統(tǒng)為主要組成部分。它的工作原理是：冬天，從地下土壤吸取熱量輸送到地上為用戶進行供暖；夏天，吸收室內(nèi)熱量輸送到地下再釋放到土壤中，這樣可以保證土壤溫度保持平衡，減小對地下土壤的破壞程度，也避免了污染室外空氣。土壤源熱泵有水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三種埋管方式。水平埋管形式適用于有足夠空間的場所，埋管深度在1.2m～3m之間，采用單層或多層串、并聯(lián)水平平鋪埋管方式，水平埋管安裝方便、投入低，但相對來說它的應用效果差，不僅占用面積大還會在很大程度上受到地面溫度的影響。垂直埋管形式適用于10m～100m深度的U形垂直埋管或套管，該類型占地面積小，地下溫度穩(wěn)定不易受影響，熱泵效果運行良好，但初投資過高。螺旋型埋管結(jié)合了水平埋管和垂直埋管的優(yōu)勢，解決了占地面積大和造價高的問題，但螺旋型埋管結(jié)構(gòu)復雜，不易施工，后期維護困難，且系統(tǒng)運行阻力大。

三、結(jié)語

綜上所述，由實際數(shù)據(jù)測試可得，采用新型井水回灌技術(shù)后，通過對比供、回水井的流量、壓力、水位，回灌井的抽回比可達100%，能夠保證系統(tǒng)高效長時間的運行。在系統(tǒng)運行時通過利用高效沉淀過濾器，可以有效避免回地源熱泵系統(tǒng)還有巨大的發(fā)展空間和發(fā)展前景，發(fā)展地源熱泵也是勢在必得的事情，地源熱泵技術(shù)的完善也有利于節(jié)能減排和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。