摘要：内蒙古科技馆新馆工程采用单井抽灌地能利用系统，满足生活热水供应、全年的空调需求等。

单井抽灌地能利用系统的主要能量（约75%）取自浅层地下，储量十分巨大，使用这一系统将使建筑总能耗的50%以上来自可再生能源，是增加能源供给、改善供暖能源结构的重要战略技术措施。该系统运行时节省能源，是传统电锅炉的1/4，制冷用电低于分体空调的1/2，同时本技术使用时不排放任何污染物，值得大力推广。

关键词：单井抽灌，地能利用，再生能源

Abstract: the Inner Mongolia project by a single well a new science and technology museum in irrigation can use system, satisfy life hot water supply, annual the air conditioning needs, etc.

The single well pumping irrigation can use the system's major energy (about 75%) are taken from the shallow ground, is a huge reserves, using this system will make more than 50% of the total energy consumption of building from renewable energy, is to increase energy supply, improve heating energy structure of the important strategic technological measures. The system is running to save energy, is a quarter of traditional electric boiler, refrigeration electricity below half of the family air-condition, at the same time the technology it doesn't any pollutants discharge, is worth promoting.

Keywords: single well pumping irrigation, can use, renewable energy

中图分类号：[TE992.4]文献标识码：A 文章编号：

绪论

目前天然气等清洁能源的使用越来越广泛，但是天然气冬季用量大，夏季用量小，峰谷差很大。另一方面单纯用电作为空调能源，城市现有电网远远不能满足需要，所以内蒙古科技馆新馆工程采用单井抽灌地能利用系统，用1KW电能可提供4KW的热量或冷量，有效解决了以上矛盾。单井抽灌地能利用目的在于引导人类更多地开发、利用可再生的环保能源。

一、单井抽灌的原理、特点

1、原理

单井抽灌地能利用系统由三部分组成：能量采集系统、能量提升系统和能量释放系统，核心为能量采集系统。能量采集系统以单井抽灌技术为核心，采集浅层地能。

所谓单井抽灌即以地下水为介质，利用传统的钻井工艺，井内安装能量采集器，利用深井潜水泵将地下水抽取上来，通过井口间壁式换热的方式，将介质水中的低位能量交换给热泵系统，释放能量以后的水又回到同一口井内。水通过井内能量采集器，将回灌水按照设计的流量分布，回灌到井周围的土壤之中，其介质水在回灌过程中与土壤进行热交换，使其采集了土壤中的能量，并使其温度得以恢复；介质水构成了半封闭的循环回路，连续不断地采集浅层地下能量。

2、特点

（1）地下低位能量采集的原理是以水为介质，利用一口井及井内换热装置，采用半封闭循环回路，实现水与地层土壤及砂岩的热交换，从土壤、砂石中取热，实现抽水与回灌水在能量交换与流量间的动态平衡及能量采集过程。

（2）单井抽灌采用独特的半封闭循环回路，无移砂问题，不破坏地质结构，因此不造成井及周边土地的塌陷与沉降。

（3）单井抽灌具有流量上的平衡性，因此不破坏地下水的自然分布；使地下水与岩性结构的作用压力保持平衡。采用单井换热技术，同一口井，同一水质，不会造成地下水的污染。

（4）定量的循环水与地层的土壤及砂石换热，换热量决定于循环水与土壤间的交换能力，而不取决于地下水的补给量，实现了严格意义上的只用热不用水，因此单井抽灌最大限度地减少了对地下水含量的依赖。

二、单井抽灌系统简介

内蒙古科技馆新馆工程冷、热源采用两种方式：第一种是采用3台离心式制冷机组为建筑物供冷，采用市政热力为建筑供暖；第二种是采用单井抽灌地能利用系统满足工程如下需求：

1、常年生活热水的供应（600KW）；

2、冬季建筑内区冷负荷需求（846KW）；

3夏季建筑空调再热负荷需求（1000KW）。

本工程单井抽灌地能利用系统配置三台冷热源主机，功能分配如下：

1、一台HD660B型地能热泵主机负责常年制备生活热水；

2两台HD660B型地能热泵主机为一组负责在冬季提供建筑内区冷负荷，夏季提供一部分空调再热负荷。使用该系统运行模式和优势如下：

1）冬季工况：单井抽灌地能利用系统三台主机中两台处于制冷状态，一台处于制热状态。在两台制冷主机运行时，以二次循环水作为载体，将制冷状态主机的低位冷凝热量释放至二次循环系统，二次循环系统将得到的热量供至制热机组，不足的低位冷量由冷热源井补充。

由机房供来的二次循环水（水温15℃）通过制冷机组冷凝器，此部分循环水温升至20～25℃；二次循环水再通过制热机组的蒸发器，此部分循环水水温降至18℃；最后通过冷热源井放热后水温降至15℃供回机房。

以上循环流程制冷设备散出的低位热量被完全利用，制冷主机所不足的小部分冷量由能量采集装置采集到的可再生能源补充，整套系统在冬季可以达到最经济、最可靠的运行效果。

2）夏季工况：单井抽灌地能利用系统三台主机均处于制热状态，其中两台为空调再热系统提供热量，另一台主机提供热水制备热量。由于空调再热负荷仅在制冷系统运行时存在，因此两台空调再热用热泵主机可以采用制冷系统的冷却水作为稳定的低位热源，组成水循环热泵系统。

制冷系统运行时，供至冷却塔的高温冷却水旁通出部分流量供至回收冷凝余热用板式换热器，冷却水在通过冷却塔降温后通过板换进一步降温，这样不仅提高了制热机组的制热量和制热效率，也降低了冷却塔的设计负荷，提高了制冷系统的效率，一举两得，系统节能效果最佳。

供至冷却塔的冷却水对于再热机组来说是一个稳定的热源，但其運行频率无一定规律，因此考虑在制冷系统不运行时采用冷热源井作为制热水机组的热源，以保证稳定地供应生活热水。

以上循环流程单井抽灌地能利用系统回收利用了冷却水的热量，稳定持续性生活热水负荷在制冷系统不运行时由能量采集装置提供，整套系统在夏季以最经济、最合理的运行模式运行。

三、单井抽灌地能利用系统经济及社会效益分析

1、经济效益分析

以系统为1.8万㎡的公共建筑供暖、制冷为例，分析投资、运行费用如下：

（1）初始投资少

单井抽灌地能利用系统能实现供暖、制冷、洗浴热水加热等功能，一机多用，不仅节省了机房面积，还免去了冷却塔、燃气对建筑功能的特殊要求，初始投资比同样满足供暖、制冷和生活热水要求的其它系统组合节省投资费用15%—25%。

（2）运行费用低

经计算单井抽灌地能利用系统冬季采暖的运行费用即电费为16万元，夏季制冷的运行费用为15.6万元；热力供暖系统运行费用为43.2万元，与采用单井抽灌地能利用系统相比需多负担27.2万元的采暖费用；采用单井抽灌地能利用系统为中央空调系统散热比采用冷却塔散热节省6.6万元。

（3）单井抽灌地能利用系统运行过程中无燃烧，不产生高温和高压的气体或液体。主机的运动部件设计为自润滑状态，换热系统全部是封闭循环，没有结垢问题，安全稳定，使用寿命长。

2、社会效益分析

（1）利用可再生能源：单井抽灌系统的主要能源取自浅层地下，是地能的合理使用，储量十分巨大，其补充速度相当于我们人类能源消耗的500倍。使用这一系统，将使建筑总能耗的50%以上来自可再生能源，是增加能源供给，改善供暖能源结构的重要战略技术措施。

（2）对环境零污染：本系统使用时不排放任何气态、液态、固态污染物；不产生热污染及噪声污染，彻底解决了燃煤、燃气、燃油产生的污染问题，对改善大气质量的作用是直接而显著的。

（3）保护水资源：单井抽灌系统采集浅层地能，彻底免除了传统技术（一井抽多井回灌）对地下水的破坏和污染；不需要冷却塔，只提取水中热能，不消耗、不污染、不转移地下水，从根本上避免了移砂、塌陷、塞井、污染等问题，最大限度地保护了水资源。经相关专家鉴定，单井抽灌技术“较传统地下水源热泵技术有突出优点，水体21项指标在出水和回灌水中除水温外均没有明显变化，未对地下水质量造成影响”。

结论

内蒙古科技馆新馆工程中应用单井抽灌地能利用系统后，不仅能够缓解冬季市政热力使用量大、夏季用电量大等问题，还能很好地实现环保和节能的效果。单井抽灌地能利用系统利用可再生能源，具有初投资少、运行费用低、对环境零污染、运行安全可靠等特点，值得大力推广。

作者简介：郑良玉 （1971.9—）河南信阳人 大学本科 中级职称 研究方向：暖通空调