1引言

地下水水源熱泵是一種采用水中的冷(熱)源,制取冷 (熱)風(fēng)或冷(熱)水的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。除了具有中央空調(diào)合理利用能源、設(shè)備能效系數(shù)高、運(yùn)行成本低和安全、可靠等優(yōu)點(diǎn),又具有分散空調(diào)調(diào)節(jié)靈活、方便、便于管理等優(yōu)點(diǎn),更重要的是地下水源熱泵技術(shù)還具有環(huán)保、節(jié)能、節(jié)資的特點(diǎn),目前在我國許多地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用,并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

雖然地下水源熱泵優(yōu)點(diǎn)頗多,但使用范圍受水源條件和取水地質(zhì)條件限制。適合、可靠的水源是有效應(yīng)用水源熱泵的前提,也是這種系統(tǒng)問題的關(guān)鍵所在。地下水源熱泵采用地下水,地下水的開采容易影響取水區(qū)域水資源環(huán)境條件,須經(jīng)過建設(shè)項(xiàng)目水資源論證和取水許可審批。地下水水源熱泵項(xiàng)目水資源論證是根據(jù)國家對(duì)建設(shè)項(xiàng)目及其水資源利用的有關(guān)政策和規(guī)定,對(duì)建設(shè)項(xiàng)目取退水方案,取用水的合理性,供水水源的可行性和可靠性,取水、回灌對(duì)其周圍環(huán)境的影響等方面進(jìn)行分析論證,提出切合實(shí)際的結(jié)論意見,為水行政主管部門審批取水許可提供技術(shù)依據(jù)。

2地下水源熱泵建設(shè)項(xiàng)目水資源論證報(bào)告的主要內(nèi)容

2.1地下水源熱泵系統(tǒng)簡介

地下水水源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的一種系統(tǒng)方式,利用地下水作為低位熱源,采用熱泵技術(shù),通過輸入少量高位電能,實(shí)現(xiàn)熱量由低位能向高位能的轉(zhuǎn)移,從而達(dá)到為使用對(duì)象供熱或供冷的目的。

空調(diào)系統(tǒng)集中使用的區(qū)域主要在城市,地下水水源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展讓城市中心空調(diào)系統(tǒng)建設(shè)擺脫了江、河、湖水及工業(yè)余熱的條件限制。地下水水源熱泵系統(tǒng)由水源熱泵機(jī)組、熱能交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)工作時(shí),將地下水從深井中抽入熱能交換系統(tǒng),在蒸發(fā)器中汽化吸熱、冷凝器中液化放熱,使熱量不斷得到交換傳遞,并通過閥門切換使機(jī)組實(shí)現(xiàn)制熱或制冷功能,最后將熱能傳送到建筑物內(nèi),達(dá)到供熱或供冷的目的。地下水源熱泵系統(tǒng)制熱工況如圖1所示,夏季運(yùn)行,2、4、5、7閥門打開,1、3、6、8關(guān)閉;冬季運(yùn)行,1、3、6、8閥門打開,2、4、5、7關(guān)閉。

地下水通過熱交換后排回地下,僅僅利用了地下水的冷量(熱量),而不消耗水資源,整個(gè)過程中地下水并不與空氣接觸,因此也不會(huì)造成地下水資源的污染。

2.2建筑內(nèi)需熱量的計(jì)算

建筑內(nèi)需熱量的確定是計(jì)算熱泵機(jī)組需水量的關(guān)鍵, 公式如下: Qn=q×F

式中:Qn———建筑物的供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷(W);F———建筑物的建筑面積(m2);q———建筑物的供暖面積熱指標(biāo) (W/m2)。

2.3熱泵機(jī)組需水計(jì)算

地下水源熱泵系統(tǒng)的需水量主要取決于機(jī)組的冷熱負(fù)荷和當(dāng)?shù)氐叵滤疁囟?。根?jù)建筑內(nèi)的需熱量,計(jì)算夏季制冷、冬季供暖最大循環(huán)用水流量。需水計(jì)算公式如下:

冬季制熱需水量:Q冬=0.86×(Q熱-PW)/△t熱

夏季制冷需水量:Q夏=0.86×(Q冷+PW)/△t冷

式中:Q冬———冬季制熱時(shí)循環(huán)供水流量(m2/h);Q夏——— 夏季制冷時(shí)循環(huán)供水流量(m2/h);Q熱———冬季供熱量(kW); Q冷———夏季供冷量(kW);PW———輸入功率(kW);△t熱——— 供熱時(shí)的溫度變化(℃);△t冷———供冷時(shí)的溫度變化(℃)。 根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況,確定日工作時(shí)間和年運(yùn)行天數(shù),從而計(jì)算年用水量。

2.4單井出水量計(jì)算

單井出水量受區(qū)域的氣候,地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄及水文地質(zhì)條件的影響。計(jì)算井的出水量是否滿足取水要求,公式如下:

式中:Q———設(shè)計(jì)開采量(m3/d);K———滲透系數(shù) (m/d);T———含水層導(dǎo)水系數(shù)(m2/d);H———含水層厚度 (m);h———任意點(diǎn)處含水層動(dòng)水位高度(m);r———任意點(diǎn)至井的距離(m);a———水位傳導(dǎo)系數(shù)(m2/d),t———抽水時(shí)間(d)。

2.5回灌井能力分析

回灌井是將被水源熱泵機(jī)組交換熱量后排出的水再注入地下含水層中,可以補(bǔ)充地下水源,調(diào)節(jié)水位,維持儲(chǔ)量平衡。

回灌量大小與水文地質(zhì)條件、成井工藝、回灌方法等因素有關(guān),其中水文地質(zhì)條件是影響回灌量的主要因素。一般來說,出水量大的井回灌量也大。在基巖裂隙含水層和巖溶含水層中回灌,回灌水位和單位回灌量變化都不大;在礫卵石含水層中,單位回灌量一般為單位出水量的80%以上; 在粗砂含水層中,回灌量是出水量的50%~70%;細(xì)砂含水層中,單位回灌量是單位出水量的30%~50%。

2.6抽水井水位降深及影響半徑

利用抽水時(shí)水位降深計(jì)算抽水井的影響半徑：

式中:R———影響半徑(m);S———水位降深(m);K———滲透系數(shù)(m/d)。

如果抽水井為2眼以上,各井之間的距離小于影響半徑時(shí)就要考慮干擾井的影響。

抽水影響半徑的計(jì)算主要是考慮用水量對(duì)周邊用水戶是否有影響,影響范圍內(nèi)任一點(diǎn)任一時(shí)刻的水位降深使用泰斯函數(shù)計(jì)算

式中:S———計(jì)算點(diǎn)的降深(m);Q———井的日開采量 (m3/d);T———含水層導(dǎo)水系數(shù)(m2/d);r———計(jì)算點(diǎn)到抽水井的距離(m);λ———含水層的貯水系數(shù);t———計(jì)算時(shí)間(d)。 在回灌時(shí),為避免回灌井對(duì)抽水井“熱貫通”影響,保持抽水井水溫恒定,抽灌井間要保證足夠距離。

3編制論證報(bào)告應(yīng)注意的問題

3.1對(duì)取水水源的要求

水源熱泵對(duì)水源的原則要求是:水量充足,水溫適度, 水質(zhì)適宜,供水穩(wěn)定。具體說,水源的循環(huán)利用水量應(yīng)當(dāng)充足夠用,能滿足用戶制熱負(fù)荷的需要,如水的循環(huán)量不足, 機(jī)組的制熱量將隨之減少,達(dá)不到用戶要求;水源的水溫應(yīng)適度,適合機(jī)組運(yùn)行工況要求;水源水含砂量應(yīng)<1/20萬, 渾濁度<20mg/L,固體顆粒物的粒徑應(yīng)<0.5mm,pH值應(yīng)為 6.5~8.5,水源水中的CaO質(zhì)量濃度應(yīng)<200mg/L,水源水礦化度應(yīng)<3g/L;水源的水質(zhì)應(yīng)適宜于系統(tǒng)機(jī)組、管道和閥門的材質(zhì),不至于產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕損壞;水源系統(tǒng)供水保證率要高,供水功能具有長期可靠性,能保證水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2對(duì)回灌的要求

目前困擾地下水水源熱泵發(fā)展的瓶頸是回灌問題。地下水源熱泵的地下水回路并不是嚴(yán)格意義上的密封系統(tǒng), 回灌過程中會(huì)使外界的空氣與地下水接觸,導(dǎo)致地下水氧化。地下水氧化會(huì)產(chǎn)生一系列的水文地質(zhì)問題,如地質(zhì)化學(xué)變化、地質(zhì)生物變化。所以,必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)情況來考慮回灌技術(shù)方式。

當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí),設(shè)備中極少量油污會(huì)隨系統(tǒng)循環(huán)水一起回灌地下,從而造成地下水的輕微污染,應(yīng)做好設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)油污水對(duì)地下水的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防,建立必要的預(yù)防措施和機(jī)制。在回水管設(shè)置閥門,發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常及時(shí)關(guān)閉閥門,防止地下水污染事故的發(fā)生。

4結(jié)語

水資源論證工作是辦理取水許可的前提,是實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度的保障。地下水水源熱泵技術(shù)是一種有益于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的冷熱源形式,使城市建設(shè)擺脫了江、河、湖的限制。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和水資源管理的發(fā)展, 地下水水源熱泵項(xiàng)目水資源論證內(nèi)容會(huì)逐步完善,水源熱泵技術(shù)會(huì)逐漸成熟并得到廣泛應(yīng)用。