长春市地下水水源热泵技术的应用与讨论

孙景龙，原 野

吉林省水文地质调查所， 吉林 长春130103

长春市地下水水源热泵技术的应用与讨论

孙景龙，原 野

吉林省水文地质调查所， 吉林 长春130103

本文介绍了地下水水源热泵的工作原理，结合长春市地下水水文地质条件确定可利用地下水源热泵适宜区域。应用“比例法”对适宜地区地下水进行热储量计算，并得出长春市地下水水源热泵供暖潜力冬季可达1 600万平方米。 讨论目前长春市地下水水源热泵技术推广的现状，面临的问题，并提出如何推广建议。

地下水源热泵; 比例法; 供热潜能; 节能; 长春市

随着长春市经济的飞速发展，能源需求越来越大，而环境污染也日趋严重。如何开发利用绿色环保新能源，已成为当今长春市社会经济发展的重大课题。推广经济，节能，可靠的水源热泵技术，开发利用地下水中储存的冷热能资源，是发展绿色环保能源的一个有效途径，能有力促进长春经济社会发展。

水源热泵技术是以地下水为载体，采取地下冷热能资源的一种新型空调装置。它冬季可用来取暖，夏季可用来供冷。水源热泵与使用煤、气、油、电等常规供热制冷方式相比，具有高效节能，绿色环保等诸多优势。被国家建设部、环保局推广为21世纪绿色环保节能新产品，并享受许多国家相应的优惠政策，被国家发展和改革委员会列入第一批国家重点节能技术推广目录。

水源热泵技术在美国开发利用开始于20世纪70年代末期，在我国于2000年后开始从国外引进这一技术。北京的奥运村，辽宁的邮电新村等采用这一技术进行制冷和供热，效果十分良好，既清洁经济、又节能可靠，取得了较好的经济效益和社会效益。

长春市地下水中储存有巨大的冷热能资源，但至今还没有得到很好的开发利用。如果能将这一巨大的冷热能资源开发利用起来，对于保护环境，节约能源，缓解当前能源紧张局面，提高新能源综合利用率，有着十分重要的战略意义。

近几年来，笔者一直从事水文地质工作，帮助长春市几家企业采用水源热泵技术制冷和供热。经过几年的调查、实施和总结，得出以下结论：在长春市一个夏季的制冷期约90天，在初投资基本相同的情况下，采用水源热泵技术制冷，运行费用为6元/m2，而采用螺杆机制做中央空调制冷，运行费用为36元/m2，水源热泵技术每平方米可节约30元；供暖期为180天，利用水源热泵技术，平均运行费用为20元/m2，而采用集中供热供暖，平均费用为30元/m2，水源热泵技术每平方米可节约10元。可见，采用水源热泵技术，经济效果十分可观。环保效果也很好，冬天不用燃煤实现巨大减排，夏天热量通过地下水排入地下减少热污染。这就是笔者写这篇文字的目的，旨在推广利用水源热泵技术，将长春市地下水中蕴藏的巨大的冷热能资源提取出来，以解决长春市能源短缺的困局。

1 水源热泵原理

水源热泵技术的具体工作原理是：制冷时，从压缩机出来的制冷剂气体，处于高温高压状态。进入冷凝器后，制冷剂气体向地下水释放热量。在此过程中，制冷剂气体变成高温高压液体，并使地下水水温升高。高温高压的制冷剂液体再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，然后进入蒸发器吸收冷冻水中的热量，从而蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环，通过地下水吸收热量。

制热时，从压缩机出来的制冷剂气体，处于高温高压状态。进入冷凝器后，制冷剂气体向供热水中放出热量。在此过程中，制冷剂气体冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂液体再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收地下水中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使地下水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环，从地下水中采集热量。

2 开发利用水源热泵技术现状

根据1:50 000《长春市供水水文地质勘查报告》及图件资料综合分析和计算，长春市采用水源热泵技术可利用的范围是：高新北区至八一水库，呈北东—南西向带状分布，横贯长春市区中心，长约28 km，平均宽度3 km，分布面积为84 km2。

现采用比例法计算地下水中热能可开采量。在该宜采区域内已有一组地下水源热泵，井群区为60 m×25 m，每天抽水10 h，出水量为120 m³/h。据此，保守计算，按井群影响半径200 m计算，该宜采区域84 km2可布设地下水源热泵1 400组，出水量约168 000 m³/h。一个供暖期按180天计算，每天抽水10 h，利用温差为5 ℃，则可采集热量

Q=1.163×5×168 000×10×180=1 758 456 000 kwh=17.58亿kwh

制冷时，利用温差设为5 ℃，按每年90天制冷期计，则冷量为8.79亿kwh。

制冷制热合计一年能提供能量约26亿 kwh，对比使用煤集中供暖，考虑锅炉效率约为0.5，能折合68万吨标准煤。按供暖能耗110 kwh/m2，每年可提供清洁供暖面积1600万平方米。

长春市现有采用水源热泵技术的企业共有四家，总建筑面积约为3万平方米。每年消耗热能总量为3 140 000 kwh，仅占可利用热储资源的0.18%，每年消耗的冷量为31.4万kwh，仅占可利用冷量的0.04%。可见，采用水源热泵技术开发长春市地下水中冷热能资源潜能巨大。

3 利用水源热泵技术典型实例

长春市现在利用水源热泵技术最好的企业是吉林省光大集团，从2002年10月开始，利用至今已有11个年头。吉林省光大集团位于长春市长春大街，建筑面积1.2万平方米。当时建造供水井3眼，回灌井3眼，井深均为66 m，下入D273 mm铸铁井管，井距25 m。

水井坐落在兴隆山至贾家洼子断裂构造带上，地下水类型为白垩系碎屑岩类孔隙裂隙水。单井出水量36 t/h,地下水水温10 ℃。

在制热时，将供水井抽出的地下水经过水处理设备后，进入到水源热泵机组，机组把供水井抽出10 ℃的水的热能提出，使水温变成5 ℃。把提出的热能用热交换器送到用户端，再把5 ℃的水送到回灌井，回到地下，这样不断循环、交换，就把热能提取出来。当热能达到用户设定温度时，机组自动停机，整个过程无人看管，全部由电脑自控，节约了大量人力物力。

在制冷时，将供水井抽出的水经过水处理后，不经过水源热泵机组做功，直接送到风机盘管。因为地下水水温为10 ℃，而风机盘管适宜温度为8～12 ℃，这样不需机组做功，可节省大量电费。在2003年测定时，保证室内温度22 ℃。整个制冷期运行费用为3元/m2。冬季取暖期，在保证室内温度不低于22 ℃，其运行费用为12元/m2。经过十几年的运行，采用水源热泵技术，真正做到了冷热效果好，环境无污染，节约能源，安全可靠，运行维护费用低。

4 水源热泵技术应用推广存在的问题

4.1 主管部门重视不够，缺乏应有的舆论宣传

水源热泵技术应属于新能源技术，应归于市科技局主管。由于当今技术发展日新月异，各种新技术新方法不断涌现，主管部门领导难以了解每一项新技术，再加之我国的科技宣传不够，很难做到让主管部门高度重视，这样就限制了水源热泵技术的使用与推广。

4.2 政府缺少相应的政策法规支持

长春市迄今为止，还没有对开发新能源制定政策及法律法规，更没有优惠政策。如采用水源热泵技术就要在合适的地方建井，建井时往往会遭到水行政主管部门的制约，由于市政府没有相应的政策及法律法规，水行政主管部门就会从水行政管理方面限制建井，办理相应的审批手续相当困难，这就严重制约了水源热泵技术在长春市的推广和发展。

4.3 地下水相对贫乏，也严重制约了水源热泵技术的推广

长春市是一个地下水相对比较贫乏的地区，由于水源热泵技术在提取地下水中的能量时，要求地下水必须丰富，而且含水层要有一定的厚度，含水层的透水性，连通性都要好，供水井抽出的水经过机组提取冷热能后，要求全部回灌到回水井中去，它的适用条件是一个特殊的水文地质条件，这就严重制约了水源热泵技术的推广使用。

5 适宜利用水源热泵技术区域

在长春市，只有兴隆山—贾家洼子断裂带这一区域最适宜水源热泵技术的推广和使用。该断裂带走向北东，倾向北西，倾角高达70°，发育在白垩系青山口组地层中，由于受该断裂构造的影响，岩石破碎严重，含水层的透水性和连通性极好，为地下水的赋存提供良好的储存空间，地下水资源十分丰富。单井用水量20～50 t/h，个别地段可达70 t/h。由于岩石破碎，在施工中漏水极为严重，但回灌效果非常好，经过供回试验，可以达到1:1回灌效果，是最适宜采用水源热泵技术的区域。

6 推广水源热泵技术几点建议

6.1 加强推广水源热泵技术的舆论宣传工作

水源热泵技术属于绿色环保新能源开发技术项目，舆论应当大力宣传，使全社会都认识到它的作用，使有条件的企业使用它，这样有助于发展和推广使用这一技术。

6.2 政府引导制定相应的政策与法规

政府应积极引导、制定推广水源热泵技术的政策与法律法规，如水利部门要简化建井审批程序，电力部门给使用水源热泵技术享受民用电价格等政策，给使用单位在政策上和资金上给予奖励和支持，这会加快推广使用水源热泵技术的进程。

6.3 鼓励有条件单位参加水源热泵技术的推广工作

尽管水源热泵技术要求有特殊的水文地质条件，但长春市有得天独厚的这一条件，兴隆山—贾家洼子构造带就具备这个条件，在这个大的断裂构造带上，不仅储存了丰富的地下水资源，而且也储藏了巨大的冷能热资源，冷热储量可达26亿kwh，相当于68万吨标准煤的煤锅炉供暖热量，可清洁供暖1 600万平方米。 政府应鼓励有条件的单位成立相应的水源热泵技术推广公司，积极参与开发研究工作，尽快将长春市的地下水中的冷热能资源开发利用起来。将这一资源优势转化为经济优势。这样，既保护环境不受污染，又有利于促进长春经济建设发展。

[1] 吉林省地矿局水文地质工程地质大队.1:50 000长春市供水水文地质勘查报告及图件[R]. 1981.

[2] 孟 华，龙惟定.地源热泵技术在暖通空调中的应用[J].节能与环保，2003，09： 22-25.

[3] DZ/T 0225-2009,浅层地热能勘查评价技术规范[S].

[4] GB 50366-2005,地源热泵系统工程技术规范[S].

Application and discussion of groundwater source heat pump technology in
Changchun City

SUN Jing-long,YUAN Ye
Hydrogeologic Survey of Jilin Province, Changchun 130103, Jilin, China

This paper introduces the work principle of groundwater source heat pump system, the suitable areas for groundwater source heat pump in Changchun City are Determined according to the hydrogeologic conditions of Changchun City groundwater . Reservoir capacity is calculated by used “ratio method” for the suitable areas and it come to conclusion that the groundwater source heat pump can supply heating potency for 16,000,000 m2in winter. The application status and problems of the groundwater source heat pump in Changchun city are also discussed at present and proposed recommendations to develop.

groundwater source heat pump; ratio method; heating potentialites; energy saving; Changchun City

TU833+.3

：A

1001—2427（2013）04 - 126 -3

2013-05-05;

2013-12-25

孙景龙（1961—）, 男 , 吉林公主岭人，吉林省水文地质调查所工程师.