马跃　赵建洲

摘 要：水源热泵系统是一种高效节能、经济合理、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。锦州市某物流园拟采用水源热泵地温空调系统，以解决物流仓库室温调节问题。文章结合区域水文地质条件，对该系统的可行性进行分析。结果表明，该系统合理可行，且对区域水资源状况和地质环境等基本没有影响。

关键词：水源热泵；水文地质；井群设计；环境影响

引言

随着能源和环境问题日益突出，如何高效地使用能源、回收各种余热和减小对环境的污染成为人们关注的焦点。水源热泵正是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的新型空调系统。水源热泵机组工作原理：地球表而浅层水源吸收了太阳进入地球的辐射能量，在夏季将建筑物中的热量转移到水中，由于水温度低可以高效地带走热量，冬季则从水源中提取热量，经过热泵机组使水升温后送到建筑物中。

锦州市某物流园为解决室温调节问题，拟采用水源热泵地温空调系统，利用地下水为供水水源。为了保证水源热泵系统取用地下水的合理性、可靠性及可行性，对该项目进行论证，以保证水源热泵空调系统可以提供安全、可靠长期稳定的地下热（冷）源，促进地下水资源的合理利用和保护。

1 工程概况

拟建的物流园位于辽宁省锦州市凌河区百股村，规划用地面积100908m2，总建筑面积62109.15m2，其中：地上建筑面积57514.50m2，地下建筑面积4594.65m2。物流园内供暖面积约50000m2，由水源热泵地温空调系统进行夏天制冷，冬季供热。根据计算，本项目夏季供冷时冷负荷为2423kW，建筑物冬季供暖时热负荷为2872kW。本项目采用的机组设备参数如下：制冷工况时设计供回水温差为11℃、COP为5.2；制热工况设计供回水温差为5℃，COP为5.2。本系统拟运行状态如下：夏季运行50天、每天运行10小时，设计取水量240m3/h、日最大取水量2400m3；冬季运行150天、每天运行8小时，设计取水量400m3/h、日最大取水量3200m3，年取水量为60.0万m3。

2 水文地质条件

该场地所处地貌单元为小凌河冲积平原，地层岩性上部为填土、黏性土、粉细砂，中下部为圆砾，底部为基岩。地下水类型属孔隙潜水，含水层为第四系圆砾层。其补给来源主要为大气降水入渗补给、地下迳流侧向补给和丰水期小凌河河水补给，以蒸发、地下迳流及人工开采形式排泄。含水层富水性中等～强。水位变幅在1.0m～1.5m，水温变化较小。地下水埋深6.0m，含水层厚度15.0-18.0m，含水层连续稳定，透水性较好，地下水迳流条件较好。地下水总的径流方向为由北向南，水力坡度1.2‰左右。根据抽水试验结果可知，单井涌水量为1440t/d，渗透系数K为73.4m/d，影响半径R为132.7m。根据水质检测分析成果并结合区域水文地质资料，本区地下水无色、无味、无肉眼可见物。按照《地下水质量标准》评价，除总硬度为Ⅳ类外，其余指标最高为Ⅲ类，总体评价水质较好。

3 取用水合理性分析

3.1 取水合理性分析

水源热泵系统是一种高效节能、经济合理、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。它间接利用地下水，借助压缩机系统，完成制冷（制热）。它取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式，不向外界排放任何废气、废水、废渣，是一种理想的绿色技术，具有节能环保、运行稳定、维护简单等特点。本项目的建设符合国家的产业政策，项目建设有利于锦州市的能源结构，有利于促进区域经济发展和水资源合理开发和利用，因此本项目取水合理。

3.2 用水合理性分析

场地所在区域地下水资源比较丰富。水源热泵系统通过抽水井群将地下水抽出，经过二次换热或直接将提取的地下水送至水源热泵机组，在经过提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下原含水层。由于循环过程中的地下水仅仅是能量的提取，且在提取能量过程中井水处于封闭状态，并未与空气及其他物质接触，故在理论上地下水在循环过程中不会遭受任何污染物的污染，而且水量也没有损失，不会对地下水环境带来负面影响。水源热泵系统取水与回灌同时进行，其影响范围不大，且每天用水时间不连续，地下水位有恢复的时间。因此场区地下水具备作水源热泵水源的条件，本项目用水工艺合理。

3.3 用水量计算

依据勘察资料冬季地下水水温为11.2℃，夏季为14.4℃， 按照本项目水源热泵机组设计供热（或制冷）工况，冬季回灌水的温度为6.2℃，夏季为25.4℃。根据工程概况中提供的冷热负荷及机组设备参数，可以计算得出系统用水量。

3.3.1 夏季供冷时

式中：G：冬季供冷时需要的地下水量，m3/h；Q：建筑物冬季供冷时热负荷，kW；COP：冬季制冷能效比；Δ：进出换热器地下水温差，℃。

计算结果表明，项目制冷用水量应为225.8m3/h，采暖用水量为398.9m3/h，本项目预计的制冷用水量为240m3/h，采暖用水量为400m3/h，与理论计算值接近。因此本项目制冷用水量为240m3/h，采暖用水量为400m3/h是合理的，设计时最大水量可按400m3/h考虑。

4 井群设计

根据抽水试验及干扰井出水量计算，抽水井降深1.5m时单井干扰出水量为54.3m3/h。为满足本项目设计最大用水量400m3/h，需建8眼取水井方能满足要求。设计时通常考虑1眼为备用井，因此取水井设汁为9眼。根据回灌试验成果，单井回注量为25m3/h，为保证将设计最大取水量400m3/h全部回注地下原含水层，需建16眼回水井方能满足要求，另需考虑2眼为备用井。因此回水井设计为18眼。

5 结束语

本项目采用水源热泵系统，符合国家产业政策和项目区域地下水开发利用要求，项目取水合理可行。水源热泵系统用水只是提取或释放地下水的热量或冷量，用水过程不消耗地下水量，也不会对地下水环境造成影响，项目用水工艺合理，设计冷、热负荷符合国家标准，项目用水合理可行。本项目用水过程不消耗地下水量，用水过程为封闭状态，其退水不会影响区域地下水水质状况。因此本项目取水对区域水资源状况基本没有影响，亦不会对区域水环境和地质环境等造成影响。

参考文献

[1]赵建洲，尹金香.基于抽水-回灌试验的水源热泵井设计[J].科协论坛（下半月），2013，5：100-101.

[2]杨逢涛，陈君，卢海燕.浅析几种污水源热泵系统利用的形式及特点[J].中国西部科技，2009，24：31-32.

[3]陈晓.地表水源热泵系统的运行特性与运行优化研究[D].湖南大学，2006.

[4]蓝玉.利用电厂余热的水源热泵空调系统的研究[D].大连理工大学，2005.

作者简介：马跃（1982，9-），男，工程师，从事土木工程设计施工作。

赵建洲（1986，6-），男，工程师，从事岩土工程勘察设计工作。