郑州市某住宅小区浅层地热能中央空调系统设计

庞立东 闫天阳

摘 要：按照《建设项目水资源论证管理办法》【1】的规定，根据项目需水要求，在完成水源地水文地质勘察的基础上，进一步对项目区水资源及开发利用状况进行分析，从水量和水质两方面论证建设项目取用水的合理性，提出切合实际的论证结论与建议，为建设项目取水许可审批提供科学依据。

关键词：浅层地热能;地埋管换热;水质评价

1 论证区概况

郑州位于东经112°42～114°14，北纬34°16～34°58之间。地势西高东低，西部多山地区丘陵占总面积的2/3，东部平原占总面积的1/3。海拔75～1512米。境内有大小河流35条，分属于黄河和准河两大水系。黄河水系主要河流有黄河干流、洛河、光水河、枯水河，其中流经郑州段的黄河150.4公里。淮河水系主要河流有贾鲁河、双洎河、索须河、金水河。

根据《郑州市水资源公报》【2】成果，郑州市多年平均地下水资源量11531.71万m3，资源模数11.62万m3/a·km2。其中山丘区地下水资源量2741.86万m3，地下水资源模数2.76万m3/a·km2;平原区地下水资源量10760万m3，地下水资源模数10.84万m3/a·km2。重复计算量1970.14万m3。

2 项目所需换热功率及水量计算

根据《全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调·动力）》【3】中各类建筑的热负荷指标及本项目特点，论证区冷、热负荷指标分别取60W/m2，35W/m2。

系统冷热负荷及项目年用水量计算结果见表2-1、2-2。

3 地埋管换热功率计算：

在层状均匀的土壤或岩石中，稳定传热条件下U形地埋管的单孔换热功率按下式计算：

将各参数代入计算公式可得地埋管单孔换热功率为D夏=2809.87W，D冬=3184.5W。

由此得出，该项目若采用地埋管地源热泵系统，则至少需要240孔地埋管井，若单孔地埋管的影响半径为5米，则240孔地埋管占地面积约为6000㎡。

4 浅层地热能容量计算

本方案采用体积法计算浅层地热容量，分别计算包气带和饱水带中的单位温差储藏的热量，然后合并计算评价范围内地质体的储热性能。计算公式如下：

将各参数代入计算，得出结果为：包气带地热能储存量为4.37×1013kJ/℃，饱水带地热能储存量为4.18×1014kJ/℃。

5 地下水换热功率计算

地下水换热功率按下式计算

将论证区浅层地热能换热功率参数代入可得计算得论证区地下水换热功率为：夏季970.224kW，冬季776.179kW。该地区地下水换热功率满足该项目所需换热功率。

6 水质评价

6.1 地下水腐蚀性评价

对地下水中因含有氯根、硫酸根、游离二氧化碳和硫化氢等组分而对金属有一定的腐蚀性，可通过挂片试验等测定其腐蚀率，对其腐蚀性做出评价。

因所测地下水pH为7.43属于碱性水，经计算Kk=-2.494，故该区域地下水为非腐蚀性水。

6.2 地下水结垢评价

参照工业上用锅垢总量H0来衡量地下水的结垢性。对地下水中所含二氧化硅、钙和铁等组分因温度变化而产生结垢，可通过试验，评价其结垢度。

若锅垢总量H0<125，称为锅垢很少的地下水;锅垢总量H0=125～250，称为锅垢少的地下水;锅垢总量H0=250～500，称为锅垢多的地下水;锅垢总量H0≥500，称为锅垢很多的地下水;经计算，H0=363.873，故该层段為锅垢很多的地下水。

7 总结

（1）地埋管地源热泵与地下水水源热泵对比分析

项目所需换热功率为706.28kW， 地埋管单孔换热功率约3000W，若采用地埋管水源热泵系统，则需要约6000㎡的区域来布设240根地埋管地埋管;而该项目地下水水源热泵供暖单孔最大换热功率为776.179kW，供冷单孔最大换热功率为970.224kW，仅需一孔取水井即可满足该项目所需的换热功率，项目单井最大出水量2000m3/d，设计开凿1眼取水井，热泵高峰用水量为1431.84m3/d。由此可见该项目宜采用地下水水源热泵系统。

（2）取用水合理性

水源热泵建设项目生产用水取用第四系浅层地下水，经使用后全部回灌同一含水层，水质水量没有发生大的变化，符合区域水资源规划要求。建设项目符合国家的产业政策项目设计施工中充分考虑了各环节用水的水质要求，符合节约用水的原则。核定后，项目取水量为12.5415万立方米/a，用水工艺合理、节水技术先进，取水量合理。

（3）取水水源可靠性

项目区内的水文地质条件较好，项目单井最大出水量2000m3/d，设计开凿1眼取水井，热泵高峰用水量为1431.84m3/d，水量满足项目取水要求。

水质符合《地下水质量标准》（GB/T14848-2017）[4]水质标准，基本满足《采暖通风与空气调节设计规范》[5]冷却水水质标准。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.GB/T35580-2017.建设项目水资源论证管理办法（水利部第49号令）.中国标准出版社，2017-12-22

[2]中国知网.全国民用建筑工程设计技术措施（暖通空调？动力），2007-10

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T14848-2017.地下水质量标准.中国标准出版社，2018-05-01

[4]中华人民共和国建设部.GB/T50019-2003.采暖通风与空气调节设计规范.中国标准出版社，2004-04-01

作者简介：

庞立东（1998.11.10-）女，汉族，河北省廊坊市，本科生，研究方向：水文与水资源工程

闫天阳（1998.07.30-）男，汉族，山东省菏泽市，本科生，研究方向：水文与水资源工程