地下水源热泵技术在新农村建设中应用的思考——以甘州区为例

胡小平,李小东

(甘肃省甘州区水务局,甘肃 张掖 734000)

地下水源热泵技术在新农村建设中应用的思考
——以甘州区为例

胡小平,李小东

(甘肃省甘州区水务局,甘肃 张掖 734000)

甘州区从 2009年整体推动新农村建设,先后有 15个乡镇 65个行政村规划采用地下水源热泵技术进行冬季供热和夏季制冷。以甘州区为例,分析了水源热泵技术在新农村建设中的应用现状,提出新农村建设中水源热泵技术推广应用的建议。

新农村建设;地下水;水源热泵技术;应用;建议

1 水源热泵系统原理及特点

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源(如地下水、河流和湖泊)中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,采用热泵原理,通过消耗少量的高位电能,将低位热源“水”中的热量转移到需要加热或升温的地方(如室内采暖系统),实现低位热能向高位热能转移的一种技术。同时还可以将室内或降温过程的余热转移到低位热源“水”中,达到降温或制冷的目的。在夏季,系统水通过蒸发器被制冷,能量被转移到冷凝器,通过热交换将被利用的热源带到地下、江河、湖泊之中;在冬季,通过蒸发器吸收所有水源中的热量,将热量转移到冷凝器,以加热系统循环水,达到制热的目的。因此,水源热泵空调系统就是同一台机组,利用不同情况下的两个过程即制冷循环与热泵循环来满足冷热的需求。

由于水源热泵技术利用地下水作为空调供热制冷的水源,因此具有可再生利用、高效节能、运行稳定可靠、运行费用低、环境效益显著的特点。

2 地下水源热泵空调系统建设现状及存在的主要问题

2.1 地下水源热泵系统在新农村建设中推广应用现状

甘州区在建和已建成的水源热泵系统共有 15个乡镇 65个村,均以地下水源作为热源,取水井和回水井井深100～150m。区域地下水水温冬季和夏季比较恒定,一般在15℃ ～18℃。冬季取水井出水水温 15℃,热量提取后,回水水温 7℃;夏季取水井出水水温 18℃,吸收热量后,回水水温 29℃。根据甘州区水文地质条件和地下水径流条件,区内除安阳、花寨、龙渠、甘浚等南部山前洪积扇后沿地带地下水埋深在 150 m以上,水文地质复杂,不宜建设地下水源热泵空调系统外,其它广大区域地下水埋深 20～100m,城区及外围、黑河、山丹河沿岸 3～10 m,补给条件较好,含水层水温恒定,水质较好,均可适宜推广地下水源热泵空调系统。区内细土平原区水文地质单元为潜水 -承压水区,含水层为多层结构的砂、砂石,回灌率为 35%～40%,一般采取一采三灌形式,即采灌比例为 1∶3,可满足取水、回水要求。

2.2 甘州区农村水源热泵系统建设存在的主要问题

根据已建成的水源热泵系统运行情况看,农村地下水源热泵系统建设主要存在以下问题:

(1)缺乏统一规划

水源热泵系统建设,涉及发改、规划、能源、水务、环保等多个部门,而张掖市尚未出台规范建设水源热泵项目的制度和办法,水务部门仅按照水法规定,从取水许可审批和水资源论证方面进行规范和要求,水源热泵系统建设缺乏统一规划,建设不尽合理。如沙井镇一些村以社为单位分散建设住宅小区,建筑规模在 3 000～5 000m2,均采用地下水源热泵空调技术,设备及取、回水工程一次性投资大,供热面积小,经济上不合算。

(2)取水回灌不畅

在新农村住宅小区水源热泵系统建设过程中,一些乡镇村社为了降低投资,对回水问题不够重视,没有按照水务部门的要求和水资源论证报告确定的取水、回水工程数量进行建设,只打取水井,没有回水井或没有按照比例打回水井,而是采取渗坑渗水、向河道、渠道、沟道排水,一方面造成水资源的巨大浪费,另一方面造成周边水环境污染。

(3)水文地质影响水源热泵系统建设

由于甘州区城区及周边地区地下水位浅,地下水埋深3～5m,采取常规回灌方法无法解决完全回灌问题,必须采取多打回水井和加压回灌、真空回灌等措施,而增加回水井的比例、采取加压回灌等措施又必然增加工程投资。因此回灌难的问题形成了技术瓶颈,既制约了水源热泵的推广应用,又限制了这一新技术的可持续发展。

(4)成井工艺、成井质量影响水源热泵系统整体运行

甘州区水源热泵机井钻井方式主要为冲击钻井,在钻井过程中,破坏了土壤的结构,堵塞了土壤的孔隙,不利于回水。另外,甘州区碱滩、上秦等乡镇部分区域地下为流沙,取水井、回水井质量难以保证,地下水含砂率大,对水源热泵系统设备造成损害,直接影响水源热泵的使用寿命。

(5)计量设施不完善

一些村社在取水和回水井口没有安装智能计量设施和水质监测设施,不能对取水量、回水量、回灌水质进行实时监测,不能满足水资源管理、水环境保护等方面的需要。

3 对农村建设水源热泵供热系统的思考及建议

3.1 科学规划,分区实施

这是水源热泵供热系统建设的前提。要根据区域水文地质条件、新农村建设总体规划、节能发展规划、水资源开发利用规划等,由水务、建设、规划等部门对水源热泵建设区域、范围及规模进行统一规划,制定水源热泵空调系统建设管理办法,编制全区地下水源热泵建设规划,对饮用水源地保护区、地下水补给量不足、地下水位埋深较深开采难度大的地区、地下水超采区、地质条件复杂不利于回灌的区域限制审批水源热泵空调系统,确保水源热泵技术得到科学合理的推广应用。

3.2 开展水文、工程地质勘察与设计

这是做好地下水源热泵空调系统建设的基础。水源热泵系统施工前,前期的水文分析十分重要。要根据地下水源实际情况,进行可行性研究分析,按照水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定、回灌可靠的原则,建设单位在建设水源热泵系统前,必须由相关部门进行工程地质勘察,编制工程勘察报告,设计文件和施工图纸,并完成施工组织设计,根据地下水补给来源、补给量、水文地质条件合理确定水源热泵系统的取水、回灌的各项指标。

3.3 开展建设项目水资源论证,严格审批

这是做好地下水源热泵空调系统的关键。要按照国家实行最严格的水资源管理制度要求和取水许可审批程序规定,对水源热泵项目实行严格的水资源论证制度,由建设单位委托有资质的单位编制水资源论证报告,根据水资源论证结论和专家评审意见,确定取水、回水的方式,取水井,回水井的间距、井深、井的管径、类型、抽水、回水井的数量、质量要求以及水资源保护措施等。由于甘州区区域地下水位较高,设计单位必须对取水能否完全回灌进行充分论证,根据地下水位、井深、土壤渗透系数等指标确定回灌方式,采取可靠的回灌措施,确保所抽取的地下水 100%回灌到同一层含水层中,防止回灌后各个含水层相互贯通,造成地下水上下层串层污染。

3.4 强化机井施工质量控制

这是强化水源热泵空调系统建设质量的重要保证。水源热泵的关键技术在于水井,水井的成井工艺极为重要。热源井的设计应符合现行国家标准《地源热泵系统工程技术规范》、《供水管井技术规范》的相关规定。热源井的施工单位应具有相应资质。建设单位必须通过公开招标方式确定在水行政主管部门办理了《凿井施工企业登记备案证》,有专业打井资质的打井队进行施工,并严格按照《供水管井技术规范》GB 50296-99的标准和规定进行施工,水源热泵井管材应以铸铁管或厚壁水泥管为主。地下水换热系统取水工程竣工后,建设单位必须报请审批部门进行验收,提交成井相关地质、水文、抽水试验、水质化验、地下水回灌回情况等文件资料。

3.5 建立完善的计量设施和水质监测设施,加强监督

这是水源热泵系统建设的重要措施和手段。完善计量设施,加强水质监测,这是水资源保护的要求,也是规范建设单位取、回水的重要手段。要督促建设单位在抽水井和回灌井口安装计量水表,回灌井口安装先进的水质监测仪器,对抽水量、回灌量变化,抽水井、回灌井水质及对周边生态环境影响情况进行实时监测。

3.6 确保回灌,严禁取水退水对水环境造成影响

这是水源热泵系统建设的核心。地下水源热泵系统必须采用全封闭管道输水系统,取水只用于热交换,不得用于生活、环境、绿化等其他用途。对不符合设计规范要求的,督促其限期改正;对取水、回灌井达不到规定比例,不能按要求回灌的,要求限期增补回灌机井;对采取渗坑回灌的,下达整改通知,期限整改,期限内没有整改达标的,封闭取水工程。退水水质达不到排放标准,直接回灌造成地下水串层污染的,由水务、环保、建设等部门按照《水法》、《水污染防治法》等法律法规严肃查处,并依法关闭取水设施。

3.7 加强管理,完善各项制度

这是水源热泵系统正常运行的制度保证。建设单位必须加强用水管理,完善地下水源热泵系统用水管理制度和机井设备管理制度,节约和保护水资源。

[1]高小青.浅谈水源热泵空调系统的优缺点[J].安装,2005,(8):30-32

[2]胡小平.张掖市地下水源热泵系统建设存在的问题及对策建议.农业科技与信息,2010,(18):57-58

TV 833+.3

B

1004-1184(2011)01-0168-02

2010-09-21

胡小平(1968-),男,甘肃临洮人,高级工程师,主要从事水资源管理工作。