周春华 任 静 王金山

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450053)

地下水地源热泵项目水资源论证关键问题分析

周春华 任 静 王金山

(河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450053)

针对地源热泵取用地下水过程中遇到的问题，根据《建设项目水资源论证导则》的相关规定，结合地下水地源热泵的特点，对地下水地源热泵项目水资源论证的关键问题进行了分析，并提出了区别于一般地下水取水水资源论证的关键论证技术要点。

地下水地源热泵，水资源论证，浅层地热能，热泵系统

地源热泵项目通过利用热泵系统开发利用浅层地热能，可以在冬季从大地吸收热量，夏季吸收冷量，再由热泵机组向建筑物供热供冷来实现节能，较常规供暖技术节能50%～60%，运行费用降低30%～40%。作为一种新型的可再生资源，浅层地热能与传统能源相比，具有清洁环保、分布广泛、储量巨大、再生迅速、受外界条件影响小、可长期循环使用、就近开发、节约传输和存放成本等优势，达到既节能又减排的目的。以上诸多优点，使得近年来地源热泵项目在我国迅猛发展，在北方地表水匮乏地区，地下水几乎成了热泵系统的最佳供水水源。随着不断开发利用地下水资源，在取得经济效益的同时，也带来了很多环境问题，加强地下水地源热泵系统项目取用地下水的管理十分必要和迫切。

地下水地源热泵的取水、用水和退水与一般建设项目取用地下水存在较大差异，刚刚实施的SL 322-2013建设项目水资源论证导则对地下水地源热泵水资源论证报告的取水水源论证进行了相关规定，但对地下水地源热泵所涉及的取用水合理性、取退水影响未作明确规定，水资源论证报告书编制单位对问题处理办法的不统一，也影响了水资源论证报告的质量。

1 地下水地源热泵系统原理

地下水地源热泵系统由地下水源系统、热泵机组和末端系统三大部分组成。地下水地源热泵系统是通过热泵机组将地下水源系统和末端供冷暖循环系统连接起来。地下水源系统由抽水井、回灌井、循环水泵和水管道等组成。地下水地源热泵系统是以地下水作为冷热能的载体，将地下水中的冷热能从地下提取出来，作为热泵机组的换热器的冷热源。在冬季利用热泵吸取地下水中的热量向建筑物供暖，在夏季热泵吸取地下水中的冷量向建筑物供冷。传统的空调系统需要有冷源和热源，而水源热泵系统(包括地下水地源热泵系统)，只需通过改变地下水或其他的水源进入热泵机组不同的换热器(蒸发器和冷凝器)来达到一套系统既可供热又可供冷的目的。地下水地源热泵工作原理见图1。

供冷时可通过阀门转换将地下水系统接至热泵机组的冷凝器—将末端的空调水接至热泵机组的蒸发器。水源热泵机组按结构划分，可分为冷热风型水源热泵机组(水—风型水源热泵机组)和冷热水型水源热泵机组(水—水型水源热泵机组)。

2 地下水地源热泵项目水资源论证的必要性

地下水地源热泵项目取水量一般较小，论证工作等级一般为二级、三级，需要的资质级别低，报告书审查部门一般为县、市一级，按SL 322-2013建设项目水资源论证导则，缺乏具有针对性的统一尺度。并且多数项目并未进行水文地质勘察或浅层地热能勘查，在没有查清当地的水文地质情况下，以经验值或者估算的方式进行水资源论证，与实际情况差异较大，导致水资源论证失去了应有的作用，没能为取水许可审批提供强有力的技术依据。在不适宜的地区采用地下水地源热泵系统开发利用浅层地热能，或者不合理开发，导致水位下降、地面沉降、回灌困难、乱排乱放等问题的产生。

3 地下水地源热泵项目水资源论证的关键问题

目前，地下水地源热泵项目水资源论证除江苏省南通市试行了《地下水源热泵项目水资源论证报告书编写提纲》外，尚未有其他相关规定开始试行。该类项目水资源论证报告的编制主要依据SL 322-2013建设项目水资源论证导则，按照一般地下水水源论证要求进行，缺乏针对性。报告中对该类建设项目的用水系统缺乏针对性的阐述，编制人员对其用水工艺缺乏了解，用水合理性、用水量的确定、回灌能力、抽水井与回灌井的间距及比例、抽回灌井的施工工艺和成井结构、回灌水对地下水水质和水温，以及取水回灌对地质环境的影响等内容论证不到位，未能根据该类建设项目的特点，从取用水和回灌水等方面对项目实施的可靠性和可行性进行重点分析，并提出切实可行的地下水资源保护措施。

3.1 地下水地源热泵水资源论证的关键点

根据《建设项目水资源论证导则》，建设项目水资源论证主要包括以下几个方面的内容：1)论证等级划分；2)水资源及其开发利用状况分析；3)建设项目取用水合理性分析；4)建设项目取水水源论证(可靠性分析)；5)建设项目取水、退水影响论证。

结合地下水地源热泵系统工程项目地下取水和回灌的特点，该类建设项目水资源论证的重点是对取水可靠性和回灌能力进行分析，工程布局和回灌方案等内容进行有针对性的分析。

3.2 论证等级划分

地下水地源热泵取用地下水作为冷热源，主要用于制冷制热和热水供应，在回灌得当的情况下并不消耗水资源，其用水量取决于工程热负荷和取回水温差。结合工程特点，根据SL 322-2013建设项目水资源论证导则，该类项目取用地下水一般用于商业或民用建筑的热泵空调工程，属于生活用水的范畴。

项目退水通过管井回灌入地下含水层，按照地源热泵的要求，必须同层全部回灌，因此用水多，退水量就大。根据导则判定级别时，空调使用面积较大的项目，由于单项指标退水量的增大，使得原本为三级论证的建设项目，级别会定为一级。

3.3 取用水合理性分析

在进行取水合理性分析时，除根据《导则》要求，分析政策的相符性外，应结合区域水资源状况(包括地表水、地下水、再生水资源状况)，尤其是地下取水目标含水层的开发利用规划，重点分析水源热泵取地下水与水资源条件、规划的相符性。结合区域水资源管理，对三条红线的内容重点阐述；针对项目特点分析工艺技术的合理性。对于其用水是否合理，主要分析建筑物的冷、热负荷指标、水源热泵性能系数、设计取水回水温差等参数，以此核定建设项目的合理用水量。目前，国内尚无该类项目的用水指标，由于热泵机组种类繁多，厂家不一，用水量大小参差不齐，用水水平难以统计。因此，用水水平指标计算与比较可以结合邻近地区的类似项目作比较，判定本项目的用水水平高低。

3.4 取水水源论证

区别于一般地下水取水水源论证，地下水地源热泵空调系统对地下水水温有特殊要求，因此对地下水水温应进行分析；另外地下水取水经换热循环提取热能或冷能后又通过回灌井注入地下，抽水井与回灌井距离太近，容易发生热贯通现象，影响机组的运行效率，因此，需进行抽水井和回灌井工程布局的合理性分析。根据上述分析，结合导则要求，认为地下水地源热泵地下取水水源论证中应包括如下内容：水文地质条件分析；目标含水层地下水资源量计算与评价；地下水水温分析；地下水水质分析；取水可靠性分析；工程布局的合理性分析。

3.5 取水、退水影响分析

地下水地源热泵在取用地下热能或冷能时会造成水温的变化，在系统运行时可能会引起水质的改变，应从水资源基本条件、地下水资源管理、环境水文地质及对第三者的影响等方面，分析论证范围内的已建项目、在建项目、已批准的拟建项目和本项目同步取水与回水的累积与叠加影响，并针对本项目取水与回水造成的不利影响，提出减缓或消除不利影响的对策措施与补救、补偿方案建议。通过上述分析，认为地下水地源热泵项目取水、回水影响分析可以从以下五个方面着手：1)取水对区域水资源的影响分析；2)取水对其他用水户的影响分析；3)取水对地质环境影响分析；4)退水对地下水水质的影响分析；5)退水对地下水水温的影响分析。

4 建议

根据水源热泵的相关技术规范和《浅层地热能勘查评价规范》等规范规程的要求，地下取水的地源热泵项目，退水必须全部回灌入同一含水层，避免串层现象的发生。目前部分项目由于未搞清水文地质条件、设计施工不合理等原因造成回灌困难，偷排偷放，导致一系列地质环境问题的发生，这些问题表明，该类项目仅仅对取用水合理性、退水影响进行分析显然不够，因此，除根据《导则》的要求外，建议对水源热泵的适宜性进行分析，并对退水的合理性和可靠性进行分析。

在分析水源热泵的适宜性时，应根据区域水资源的条件，如水源分布、水量、水温、水质、保障程度等，分析不同水源地源热泵的适宜性(包括地埋管地源热泵的适宜性分析)，确定建设项目取用目标含水层地下水的合理性。

在分析退水合理性时，可以分析区域地层条件、水文地质条件、区内同类地层地下水的回灌能力，了解目标含水层的回灌条件。通过取水井、回灌井设计方案的对比，保证目标含水层地下水的同层回灌，对回灌合理性进行分析。还应在水文地质剖面图上绘制取水井和回灌井设计结构图。

在分析退水可靠性时，应对设计成井结构与工艺，含水层岩性，水位埋深、回灌井水位变幅、回灌井的回灌能力(回灌量大小、单位涌水量与回灌水量比例)、抽回灌井比例与数量、抽水井和回灌井的距离等进行分析，综合分析回水的可靠性，并提出合理的取水井和回灌井的比例。应根据含水层补给、径流和排泄条件、含水层参数的不确定性等情况，重点论证特丰水年和连续丰水年地下水补给条件发生变化、水位持续上升的情况下地下水退水的可靠性。

5 结语

地下水地源热泵项目的特点决定了该类项目水资源论证报告书的编制主要依据《建设项目水资源论证导则》，但必须结合其独有的取用水和退水的特点，有针对性地进行水资源论证报告书的编制，主要突出以下几方面内容：

1)热泵工程项目取用地下水源的合理性，突出分析地下水地源热泵的适宜性；2)在分析计算取水可靠性的同时，对地下水水温、工程布局的合理性进行分析；3)结合工程布局对退水的合理性和可靠性进行分析；4)突出取水对地质环境的影响分析；5)对集中开发浅层地热能的地区或者论证级别较高的报告，退水对地下水水质，尤其是对地下水温度场的变化应该重点分析。

[1] SL 322-2013，建设项目水资源论证导则[S].

[2] 王贵玲，刘 云，蔺文静,等.我国地下水源热泵应用水适宜性评价[A].地温资源与地源热泵技术应用论文集(第二集)[C].2008.

[3] 江 剑，董殿伟.水源热泵项目取用地下水水资源论证技术要点分析[J].中国水利,2013(3)：50-52.

[4] 王二英，刘 伟.水源热泵建设项目水资源论证中有关问题的探讨[J].南水北调与水利科技,2006(5):56-58.

On analysis of key issues on water resources demonstration of groundwater heat pump program

ZHOU Chun-hua REN Jing WANG Jin-shan

(No.2GeologicalEnvironmentSurveyInstitute,HenanBureauofGeo-explorationandMineralDevelopment,Zhengzhou450053,China)

According to some problems in pumping groundwater process with the ground source heat pumps, the paper analyzes the key issues in the water resources demonstration of groundwater heat pump programs according to related regulations ofGuidanceofWaterResourcesDemonstrationinConstructionProgramsand combining with features of groundwater heat pumps, and points out the technical points for the key demonstration of ground water resources demonstration differed from common groundwater resources.

groundwater heat pump, water resource demonstration, shallow geothermal energy, heat pump system

2014-07-18

周春华(1981- )，男，工程师； 任 静(1983- )，女，工程师； 王金山(1981- )，男，工程师

1009-6825(2014)27-0129-02

TU991.112

A