水源热泵项目取用地下水水资源论证技术要点分析

江 剑，董殿伟

（北京市地质工程勘察院，100048，北京）

地下水资源是我国水资源的重要组成部分，尤其是在我国北方地表水匮乏地区，地下水往往是当地唯一的供水水源。近年逐步兴起的水源热泵项目就是利用地下水作为介质提取水中的冷、热能量，以实现制冷、供暖的目的。由于水源热泵具有环保、节能等诸多优点，符合我国目前环保节能的需求，在国家及地方政府相关政策的支持下，已经得到了快速的推广和应用。据不完全统计，截至2010年12月，全国水源热泵项目4500多个，供热制冷总建筑面积达8 600万m2左右，占各类热泵项目供热制冷面积的40%左右，地下水年循环使用量约 18.0亿 m3。预计到2020年，全国的水源热泵使用规模将比目前增长5～8倍，发展规模及地下水循环使用量越来越大。

一、水源热泵系统原理

水源热泵系统是一种利用地下水温度相对恒定的特点，采用热泵原理，通过输入少量的高位电能，实现建筑物供热、制冷的高效、环保、节能的空调系统。

水源热泵系统由水源热泵机组、地下水热量交换系统及建筑物末端空调系统组成（见图1），其中水源热泵机组由蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀节流装置组成。

水源热泵项目通过取水井抽取地下水，采用热交换方式将热（冷）量传递到地下水中后，再通过回水井把地下水回灌入地下含水层中，原则上只是利用地下水作为能量转移的介质，不消耗水资源量。

目前，水源热泵项目水资源论证报告编制依据《建设项目水资源论证导则》（以下简称《导则》），尚无专门的、针对水源热泵项目取用水这一特殊行业的技术要求或导则，但水源热泵项目独有的取用水特点又要求在报告编制时论证重点与普通取水项目不尽相同，如论证工作等级、范围、合理的取用水量、取退水的可靠性和可行性等章节。

二、水源热泵项目水资源论证技术要点分析

水源热泵项目水资源论证的技术要点分析首先要结合《导则》，同时充分考虑水源热泵项目取退水特点，分析如下：

表1 水源热泵项目水资源论证分级指标

图1 地下水源热泵系统原理图

1.工作等级及论证范围

《导则》要求水资源论证工作等级由分类等级的最高级别确定，分类等级由地表取水、地下取水、取水和退水影响分类指标的最高级别确定。其中地下取水方面主要从取用水量及地质条件、开发利用程度考虑；取水和退水影响主要从水资源利用、生态、水域管理要求及退水类型、退水量等考虑。《导则》中工作等级的划分标准不适用于水源热泵项目的论证，此类项目应从循环水量、水文地质条件及回灌影响等方面来确定工作等级，推荐水源热泵项目水资源论证分级表见表1。

《导则》中建设项目论证范围应包括项目建成区和规划区，一般以覆盖较为完整的或独立的水文地质单元，或不小于地下水水位降落漏斗及其影响的范围为地下取水水源论证范围。由于水源热泵项目的抽灌特点，其影响范围相对较小，应结合水文地质条件、循环用水量、供暖季（制冷季）贮存的热（冷）量及对附近已建水源热泵、已有取水井的影响大小等因素来确定合理的论证范围。

2.项目所在区域水资源状况及开发利用分析

《导则》中要求简述区域内水资源量及其时空分布特点、质量状况，简要介绍区域内自然地理、社会经济、气候特征、水系、水文及水文地质条件等；进行供需平衡分析、现状开发利用程度分析和开发利用潜力分析，评价区域用水水平，有针对性地提出现状水资源开发利用中存在的主要问题。

水源热泵项目论证时除 《导则》要求的内容外（部分内容可以适当简化，如供需平衡分析、现状开发利用程度分析和开发利用潜力分析），还应论述区域内水源热泵项目发展现状及存在问题，重点分析拟建项目周围同类项目的建设情况和运行状况，为拟建的水源热泵项目论证提供参考。

3.取用水合理性分析

《导则》中要求，取水合理性应从与国家产业政策的符合性进行分析；从符合有关水资源规划、配置和管理要求，遵守经批准的水量分配方案等，符合地下水超采区和水功能区的管理规定等方面进行分析；用水合理性分析是根据业主提供的取水方案和用水工艺，阐述和分析建设项目取水、用水、耗水和退水情况。

水源热泵项目论证时除 《导则》要求的内容外，水源热泵项目取水合理性论证还应结合能源或热泵方面的规划进行分析，并分析与国家或地方出台的水资源管理或水源热泵项目管理政策文件的相符性。用水合理性应根据冷热负荷计算合理的地下水循环使用量，需要指出的是，冷热负荷应由有资质的暖通空调设计单位计算得出，然后由论证单位根据项目使用情况及国家相关设计标准进行校核；为保护地下水环境，循环水可提取的温差应根据当地水务、环保主管部门发布的控制性数据为准，若无相关控制性数据，建议原则上提取温差控制在7℃以内，最大不能超过10℃；循环用水量应根据建筑物不同使用功能单独计算日高峰用水量、年用水量，如同样面积、地点的学校与办公楼年循环用水量就相差较大；节水措施应明确要求建筑物应是节能建筑，如果不是节能建筑，建筑物外墙应采取一定的保温措施，同时系统应采用变频控制，以最大限度减少地下水循环用水量。

4.取退水水源论证

取水、退水水源论证是水源热泵项目水资源论证的核心，也就是论证取水水量、水质、取退水工程能否满足水源热泵项目运行时的需水、退水要求。需要指出的是，根据水源热泵项目地下水水源论证工作等级，除《导则》中规定的调查区域地质背景、含水层特征、地下水的补径排以及地下水动态变化等条件外，最重要的是调查项目所在地区含水层的出水能力和回灌能力，它不仅是评价水源热泵项目建设适宜性的依据，也是其地下水循环系统设计的依据。对于工作等级为三级的论证或论证区研究程度较高的水源热泵项目，可根据周边地区水文地质试验数据或条件相似的同类项目对比，确定含水层的抽灌能力；而对于工作等级为二级或以上且论证区研究程度较低的项目，须首先开展水文地质勘查工作，至少施工2眼勘探井，开展抽水和回灌试验，确定含水层出水能力、回灌能力及水文地质参数等，编写场区水文地质勘查报告。

水文地质勘查、抽水试验等工作的具体要求及其他参数计算参照《供水水文地质勘察规范》（GB 50027）和《供水水文地质手册》中的相关要求。

取退水井工程的布设内容包括水源井的数量、结构、分布以及与周围建筑物的距离等。

①水源井数量：包括抽水井的数量和回灌井的数量。抽水井的数量主要由抽水试验确定的含水层出水能力和水源热泵系统高峰循环用水量确定；回灌井的数量主要由回灌试验确定的含水层回灌能力和水源热泵系统高峰循环用水量确定。

②水源井结构：水源井结构应根据当地的水文地质条件和取水特点确定，设计合理的井深、井径、井管等。

③水源井布置：水源井布置包括水源井之间的距离及其与周围建筑物之间的距离等。在有些地区水务主管部门对水源热泵水源井的布设有规定，依照相关规定执行。

5.取水和退水影响论证

水源热泵项目运行时必然会导致地下水原始流场、温度场的改变，也势必会对地质环境带来一定影响。但从水源热泵项目运行情况来看，只要地质、水文地质条件适宜，且设计、施工合理的水源热泵项目并未监测到对环境造成较大的负面影响，在论证级别较高（一、二级论证）的报告中，仍建议根据数值法模拟地下水流场和温度场，评价因为水源热泵运行而导致的局部水位、温度升降幅度和对其他用水户的影响。

需要指出的是部分水源热泵项目由于抽取、回灌地下水引起了地面沉降、地面塌陷等问题，对地质环境带来了影响，也对周围建筑物的安全造成了威胁，其问题实质是水井施工质量问题，也就是井水含砂量大于国家规范，但在部分第四系深层承压水分布区，出现由于未做到同层回灌，导致水质交叉污染和地面沉降等问题应引起重视。建议在第四系承压水分布区应严格控制水源热泵项目，基岩水源热泵项目应根据当地水资源状况及水功能区划分来决定是否允许上水源热泵项目。

三、结 语

2002年我国正式建立和施行水资源论证制度，2005年水利部发布了《建设项目水资源论证导则》，为建设项目水资源论证报告的编写提供了参考和依据。取水项目涉及的行业有自来水厂、建筑业、餐饮业、农业等，同时对一些特殊行业也做了一些关键技术方面的补充要求，但缺少针对水源热泵项目水资源论证相关的技术要求，建议尽快出台相关技术要求或导则。水源热泵项目水资源论证报告编制主要依据《导则》，但其独有的取用水特点决定了其论证的要点与普通项目不尽相同。水源热泵项目水资源论证报告应简明扼要地突出体现以下几个方面：

①水源热泵项目与相关政策的符合性：对于水源热泵项目节能环保特点及其与国家政策的符合性可简略，着重突出与水源热泵相关管理政策及水资源管理政策的符合性。

②水源热泵项目建设的适宜性：主要是场地地质、水文地质条件与项目规模、需水量及场地条件的相互适宜性。

③项目合理的循环用水量及适宜提取的温差。

④在水源热泵项目适宜性的基础上，重点分析水源井抽灌系统的推荐设计方案能否满足项目循环用水的要求，分析地下水换热系统中抽灌井的数量、井深、井径、布井方案等相关参数。

⑤在论证级别较高的报告中，应分析水源热泵运行时，区域流场、温度场改变对地质环境和其他用户的影响。

[1]建设项目水资源论证导则（SL/Z 322-2005）[S].2005.

[2]江剑，董殿伟，等.地下水源热泵项目水资源论证关键技术和审查要点研究报告[R].2011.

[3]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 [J].地温资源与地源热泵技术应用论文集（第二集），2008.