潜水地源热泵采暖系统水资源论证技术探讨

张安昌

（山东省聊城市水文局 聊城 252000）

潜水地源热泵采暖系统水资源论证技术探讨

张安昌

（山东省聊城市水文局 聊城 252000）

地源热泵技术制冷供热能量转换效率高，得到越来越多的关注。本文根据某地源热泵项目的水资源论证工作，从取水影响、退水影响、回灌井设置及回灌技术要求等方面进行了分析，提出了开展水资源论证工作的相关建议，希望能够推动该项技术健康有序地发展。

地源热泵 回灌 合理论证 水资源保护

1 问题的提出

地源热泵是以大地为冷热源对建筑进行空气调节的技术，地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍，且效率大大提高。冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。由于该制冷供热方式不存在能量形式的转换，几乎是一种能量的“搬运”过程，因而其能量转换效率高、运营成本低、节能、环保、热稳定等特点，已经引起了国内建设机构设计单位、房地产商和生产厂商以及公众的广泛兴趣，这一技术欧美等发达国家的利用已有几十年的历史，自20世纪90年代开始已经广泛应用于我国空调工程领域，取得了很好的采暖和节能效果，备受关注，也是国家扶持的节能减排产业，目前已经成为华北和中原地区空调系统的一大热点。但是，目前在研究与推广的热潮中也隐含着一些问题，尤其是水资源论证工作中应该给予足够的关注和冷静的思考，从而推动这项技术健康有序地发展。

2 地源热泵取退水影响分析

2.1取水影响

以山东省聊城市某项目为例，根据项目所在地含水层的分布、岩性等水文地质条件分析，项目区浅层地下含水层赋水条件较好。该项目用水采补平衡，不会对地下水进行超量开采，不会形成地面沉降、地面裂缝等地质灾害。

根据以往抽（回）水试验结果，在抽（回）水试验时，仅抽水井与回水井水位和局部地下水流场有一定的改变，周边水位在其正常范围内小幅波动。说明地下水在一个小范围内可形成一个地下水采、补平衡的循环系统，地下水被开采后能及时补充。因此，该项目只对局部地段地下水温产生影响，而对区域地下水位基本无影响。

每年采暖季开采地下水，开采的地下水在经过完全密闭的热泵机组系统热量交换后，通过回灌井完全及时地回灌到地下同层含水层中，这样就在一个小范围的区域内基本形成一个采、补平衡的循环系统，项目用水不影响项目区周边地下水的开采。

2.2退水影响分析

项目退水经过滤后全部进行同层回灌，因此项目退水不会对环境产生不良影响。但运行期间，仍应加大对退水水质监测力度，杜绝人为二次污染。

浅层地能（热、冷）一部分储存在含水层的地下水中，而大部分储存在含水层岩土颗粒骨架、顶底板岩土中。通过地下水源热泵系统的回灌井，冬季把温度较低、夏季把温度较高的水回灌到含水层中后，重新与含水层及其顶、底板岩土进行能量交换。地下含水层的水热运动与当地水文地质条件、环境气象因素、工程措施之间的关系极其复杂，目前国内尚无成熟的经验和研究来量化水源热泵系统回灌水与原始含水层温度存在温差的影响范围。根据清华大学建筑学院的研究成果，项目区的水文地质特点和该系统的具体情况，可以确定该项目的运行过程会引起取水层水温度的波动，引起地下水水温偏离背景值。根据同类工程长期水温观测资料分析，回灌水对取水含水层水温影响程度、范围有限。

2.3回灌井设置及回灌技术要求

回灌开采被看作是地下水持续利用的重要措施之一。回灌的意义在于给地下水一个“休养生息”的时间，让它不仅服务当前，还要服务后代。

根据场地含水层水文地质条件，初步计算21眼回灌井来满足项目回灌水量的需要。通过对聊城市已建热泵系统抽、注水试验资料分析，浅井无压回灌量一般能达到单井出水能力的40%～50%，因此21眼回灌井能满足回灌要求。为了提高单井的回灌能力，也可采取加压回灌。

项目退水如果含有少量砂粒颗粒和沉淀物，不进行处理容易发生回灌井的堵塞现象，因此在加压泵前应安装水过滤设备，防止回灌井堵塞。回灌期间，每一小时记录一次回灌井的回灌水量和水位，非运行期应继续对回灌井水位进行监测，直至回灌井水位稳定为止。经常检查水过滤设

备，应保持回灌水体的清洁，无沉淀物，无污染物，及时检查有无堵塞现象，定期更换过滤器滤料。

3 水资源论证和推广建议

3.1科学普查规则，充分合理论证

既要搞清水文地质条件，为具体应用提供基础技术条件，也要调查已经建成的地源热泵项目，掌握技术应用现状和存在的问题，为新建项目提供借鉴。发展规划应重点对发展目标、重点应用领域、资源区划、应用技术路线及时间安排提出原则性意见。应统筹考虑燃煤、燃气、燃油、地热能、太阳能等传统能源和可再生能源的共存问题，注意生存与发展的关系。此外，地源热泵毕竟增加电的负荷，电力供应能力也必须充分考虑。

应加强项目应用的前期论证。将宏观规划论证和具体应用论证相结合，从技术、经济和环境等方面充分论证项目的可行性。宏观规划论证由管理部门组织完成，以指导项目建设，具体应用论证由建设单位组织完成，向管理部门报审。建设项目除了要对地源热泵系统的技术性和经济性进行论证，还对要针对区域水文地质条件，对用水方案、用地方案的合理性、可靠性，对其周围环境的影响等方面进行分析论证，提出切合实际的结论意见。

3.2加强技术研发，综合利用资源

鉴于目前技术的不完善，地源热泵在推广应用过程中要注意加强技术研发。政府和有关单位应该加强对于相关科研的投入，开发拥有自主知识产权的技术产品，并加强相关技术人才和管理人员的培养、培训。政府应从基础研究、应用技术研究、技术集成研究和环境影响研究等几个方面，组织相关科研单位、大专院校和开发商通力合作，进行课题研究。地下水热泵系统应深入研究成井技术、取水技术、回灌技术及井的维护保养技术；土壤源热泵系统应深入研究不同地区的土壤热特性、高效埋管换热规律和设计方法。有关地源热泵控制与监测系统、技术经济环境评价指标体系和环境生态影响与对策等的研究以及相关软件的开发也应得到重视。

3.3重视水资源保护措施

3.3.1工程措施

（1）该建设项目必须按照节水设施与主体设施同时设计、同时施工、同时投产的“三同时”原则，进行设计、施工和管理。

（2）做好回灌水保护工程。为保证回灌后不会引起区域性地下水污染，地下水应在封闭系统中输送，系统中与地下水接触的部件采用耐腐蚀材料制造，取水管路和回灌管路上应装有水表和采集水样用的旋塞阀。

（3）采取开采及回灌井周围保护措施。设计施工要确保回灌井的回灌质量，最好将回灌井设计成有压回灌，加设法兰、密封井口。采取有效措施，防止雨污、生活污水、道路积水等污水顺着井口进入地下，污染地下水资源。

3.3.2非工程措施

水资源保护不但要运用工程措施，还要建立制度和内部用水规范等综合措施，以达到有效保护水资源的目的。建立健全水源热泵系统管理制度，进行统一管理。同时还应不断加强用水节水宣传和学习，树立节水意识。

（1）严格执行《中华人民共和国水法》《中华人民共和国水污染防治法》等法律法规，以“水权，水市场”理论为指导，在国家政策规划原则范围内因地制宜地进行管理，使经济发展与水资源负载能力相协调，以水资源的可持续利用调整区域经济结构布局，实现经济、社会、生态环境协调发展。

（2）实行最严格水资源管理制度，不断完善并全面贯彻落实水资源管理的各项法律、法规和政策措施，划定水资源管理红线，严格执法监督。围绕水资源的配置、节约和保护，明确水资源开发利用红线，严格实行用水总量控制；明确用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费。

以加强立法和执法监督为保障，规范水资源管理行为。要加强水资源管理法规、标准体系建设，建立适合我国国情和水情、较为完备的水资源管理法规体系和技术标准体系。要强化监督管理，严格执行已有的涉水法规，规范行政行为，重点加强取水许可、水资源费征收使用、节水管理等制度落实情况的专项检查，严厉查处违法取用水、破坏水资源等行为，做到有法必依、执法必严和违法必究。

（3）水源热泵工程实施后，要适时开展水平衡测试，杜绝跑、冒、滴、漏现象，做到科学用水、合理用水。

3.4细化建成项目日常监督和管理

（1）建设项目采暖面积大，水源热泵系统取水量、回灌量较大，应根据场地条件及含水层水文地质条件合理调整布置取水（回灌）井。水源井的施工要符合《供水管井技术规范》及《供水水文地质钻探与凿井操作规程》等现行国家标准，水源井的设计、施工单位应具有相应资质。严格控制成井深度，加强电测井工作，避免揭露中层咸水，坚决杜绝浅层淡水和中层咸水混层开采的现象，以保护浅层淡水资源不被污染。严格按照“谁开采，谁保护”的原则，严防地表污水经过井孔进入地下含水层污染地下水。

（2）加强对地下含水层动态监测，建立地下水动态监测体系，对抽回水井水量、水位、水质实时监测，及时分析动态变化特征。由于地下水动态影响，水质有一定变化，热泵机组安装前应重新采集水样进行化验，以便更好地满足设备运行要求。

（3）坚持节约用水、不浪费水资源，该机组在运行过程中要加强管理，确保水循环系统的密闭性，杜绝“跑、冒、滴、漏”等浪费水资源的现象发生。根据气温变化情况，调整机组的运行参数，提高机组运行效率，最大限度地以减少取用水量。取水井和回灌井要加装水表，对取水量和注水量进行实时监测，以满足水资源统一管理的需要■