浅谈地下水水源热泵建设项目水资源论证

2014-02-27类潇

治淮 2014年3期

关键词：出水量源热泵含水层

类潇

（山东省临沂市水文局临沂 276001）

浅谈地下水水源热泵建设项目水资源论证

类潇

（山东省临沂市水文局临沂 276001）

地下水水源热泵是一种环保节能新技术，为了更好地发挥其优势，实行最严格水资源管理制度，本文提出地下水水源热泵建设项目水资源论证的主要内容及报告书编制时需注意的问题。

水资源论证地下水水源热泵

1 引言

地下水水源热泵是一种采用水中的冷（热）源，制取冷（热）风或冷（热）水的高效节能空调设备。除了具有中央空调合理利用能源、设备能效系数高、运行成本低和安全、可靠等优点，又具有分散空调调节灵活、方便、便于管理等优点，更重要的是地下水源热泵技术还具有环保、节能、节资的特点，目前在我国许多地区得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益和社会效益。

虽然地下水源热泵优点颇多，但使用范围受水源条件和取水地质条件限制。适合、可靠的水源是有效应用水源热泵的前提，也是这种系统问题的关键所在。地下水源热泵采用地下水，地下水的开采容易影响取水区域水资源环境条件，须经过建设项目水资源论证和取水许可审批。地下水水源热泵项目水资源论证是根据国家对建设项目及其水资源利用的有关政策和规定，对建设项目取退水方案，取用水的合理性，供水水源的可行性和可靠性，取水、回灌对其周围环境的影响等方面进行分析论证，提出切合实际的结论意见，为水行政主管部门审批取水许可提供技术依据。

2 地下水源热泵建设项目水资源论证报告的主要内容

2.1地下水源热泵系统简介

地下水水源热泵系统是地源热泵系统的一种系统方式，利用地下水作为低位热源，采用热泵技术，通过输入少量高位电能，实现热量由低位能向高位能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的目的。

空调系统集中使用的区域主要在城市，地下水水源热泵系统的发展让城市中心空调系统建设摆脱了江、河、湖水及工业余热的条件限制。地下水水源热泵系统由水源热泵机组、热能交换系统、建筑物内系统组成。

系统工作时，将地下水从深井中抽入热能交换系统，在蒸发器中汽化吸热、冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热或制冷功能，最后将热能传送到建筑物内，达到供热或供冷的目的。地下水源热泵系统制热工况如图1所示，夏季运行，2、4、5、7阀门打开，1、3、6、8关闭；冬季运行，1、3、6、8阀门打开，2、4、5、7关闭。

图1 地下水源热泵系统制热工况图

地下水通过热交换后排回地下，仅仅利用了地下水的冷量（热量），而不消耗水资源，整个过程中地下水并不与空气接触，因此也不会造成地下水资源的污染。

2.2建筑内需热量的计算

建筑内需热量的确定是计算热泵机组需水量的关键，公式如下：

式中：Qn——建筑物的供暖设计热负荷（W）；F——建筑物的建筑面积（m2）；q——建筑物的供暖面积热指标（W/m2）。

2.3热泵机组需水计算

地下水源热泵系统的需水量主要取决于机组的冷热负荷和当地地下水温度。根据建筑内的需热量，计算夏季制冷、冬季供暖最大循环用水流量。需水计算公式如下：

冬季制热需水量：Q冬=0.86×（Q热－PW）/△t热

夏季制冷需水量：Q夏=0.86×（Q冷＋PW）/△t冷

式中：Q冬——冬季制热时循环供水流量（m2/h）；Q夏——夏季制冷时循环供水流量（m2/h）；Q热——冬季供热量（kW）；Q冷——夏季供冷量（kW）；PW——输入功率（kW）；△t热——供热时的温度变化（℃）；△t冷——供冷时的温度变化（℃）。

根据系统运行情况，确定日工作时间和年运行天数，从而计算年用水量。

2.4单井出水量计算

单井出水量受区域的气候，地下水的补给、径流、排泄及水文地质条件的影响。计算井的出水量是否满足取水要求，公式如下：

式中：Q——设计开采量（m3/d）；K——渗透系数（m/d）；T——含水层导水系数（m2/d）；H——含水层厚度（m）；h——任意点处含水层动水位高度（m）；r——任意点至井的距离（m）；a——水位传导系数（m2/d），t——抽水时间（d）。

2.5回灌井能力分析

回灌井是将被水源热泵机组交换热量后排出的水再注入地下含水层中，可以补充地下水源，调节水位，维持储量平衡。

回灌量大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关，其中水文地质条件是影响回灌量的主要因素。一般来说，出水量大的井回灌量也大。在基岩裂隙含水层和岩溶含水层中回灌，回灌水位和单位回灌量变化都不大；在砾卵石含水层中，单位回灌量一般为单位出水量的80%以上；在粗砂含水层中，回灌量是出水量的50%～70%；细砂含水层中，单位回灌量是单位出水量的30%～50%。

2.6抽水井水位降深及影响半径

利用抽水时水位降深计算抽水井的影响半径：

式中：R——影响半径（m）；S——水位降深（m）；K——渗透系数（m/d）。

如果抽水井为2眼以上，各井之间的距离小于影响半径时就要考虑干扰井的影响。

抽水影响半径的计算主要是考虑用水量对周边用水户是否有影响，影响范围内任一点任一时刻的水位降深使用泰斯函数计算。

式中：S——计算点的降深（m）；Q——井的日开采量（m3/d）；T——含水层导水系数（m2/d）；r——计算点到抽水井的距离（m）；λ——含水层的贮水系数；t——计算时间（d）。

在回灌时，为避免回灌井对抽水井“热贯通”影响，保持抽水井水温恒定，抽灌井间要保证足够距离。

3 编制论证报告应注意的问题

3.1对取水水源的要求

水源热泵对水源的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。具体说，水源的循环利用水量应当充足够用，能满足用户制热负荷的需要，如水的循环量不足，机组的制热量将随之减少，达不到用户要求；水源的水温应适度，适合机组运行工况要求；水源水含砂量应＜1/20万，浑浊度＜20mg/L，固体颗粒物的粒径应＜0.5mm，pH值应为6.5～8.5，水源水中的CaO质量浓度应＜200mg/L，水源水矿化度应＜3g/L；水源的水质应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏；水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期稳定运行。

3.2对回灌的要求

目前困扰地下水水源热泵发展的瓶颈是回灌问题。地下水源热泵的地下水回路并不是严格意义上的密封系统，回灌过程中会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题，如地质化学变化、地质生物变化。所以，必须结合当地的地质情况来考虑回灌技术方式。

当设备在运行过程中出现故障时，设备中极少量油污会随系统循环水一起回灌地下，从而造成地下水的轻微污染，应做好设备出现故障时油污水对地下水的风险预防，建立必要的预防措施和机制。在回水管设置阀门，发现机组异常及时关闭阀门，防止地下水污染事故的发生。