试述水地地下水地源热泵系统运用中有着理由讨论

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【摘要】：本文分析了地下水地源热泵系统和地埋管地源热泵系统在实际工程应用中存在的问题，并提出了相应的技术和管理对策。
【关键词】：地下水地源热泵；问题与对策
引言
在全球能源短缺的大背景下，地源热泵技术以其节能、环保、可利用低位热能的特性短期内在我国快速发展起来。随着地源热泵空调项目的逐渐增多，其设计、施工和使用过程中存在的一些问题也逐步暴露出来，使地源热泵系统的技术优势未能得到充分发挥。相对而言，热泵技术是一个较成熟的技术，利用地下浅层地热能的“源”问题才是地源热泵系统与传统空调技术不同的关键所在。解决好“地下源”这一热泵机组获取冷热量的途径和源头问题，地源热泵系统高效、稳定和节能环保的特性才能得以充分发挥。

一、地下水地源热泵应用存在的主要问题

1、地下水源的探测开采问题

水源的探测、开采技术与相应的开采成本制约着地下水地源热泵系统的广泛应用。地下水地源热泵系统理论上可以利用一切地下水资源，但在实际工程中，不同的地下水资源利用的成本差异是相当大的，而且地下水地源热泵系统对水源系统有原则性的选择要求：水量充足、水温适度、水质适宜、供水稳定。水源的水量必须能满足用户供热负荷或制冷负荷的需要；水源的水温应符合机组运行工况要求；水源的水质应适宜于热泵系统机组、管道和阀门的性能要求，不至于产生严重的堵塞和腐蚀损坏。另外水源的供水保证率要高，供水功能应具有长期可靠性，能保证地下水地源热泵空调系统长期稳定运行。所以在不同的地区、不同的水文地质条件下是否有合适的水源成为地下水地源热泵应用的一个关键问题。
地下水资源条件好的地域，不仅可以减少水井的单位打井费用，而且回灌也较容易，整个系统的初投资和运行费用都将大幅度降低，必将增大系统的经济优势。反之，如果水文地质条件差，打井深度将增加，打井费用也会加大；回灌困难也将使打井数量增加，从而使系统的费用大幅增加。在不同的地区、不同的水文地质条件下，地下水地源热泵系统的投资经济性会有所不同。

2、地下水地源热泵系统设计

地下水地源热泵系统设计首要问题是确定合适的水源热泵机组运行温差和地下水循环水量。地下水在夏季和冬季的实际需要量，与空调系统选择的水源热泵机组性能、地下水温度、建筑物室内设计参数和冷热负荷以及换热器的型式、水泵能耗等都有密切关系。最佳的地下水温差和地下水量应使地下水地源热泵系统达到较高的能效比和性能系数。
加大地下水使用温差，可以减少地下水使用量，减小井泵功率和环路功率，但在一定条件下会增大水源热泵机组的使用功率；反之则相反。因此，一定要根据实际工程的使用情况，在两者之间进行分析和比较，得到最优结合点。一般来说，在地下水温度较高、单井出水量较小的情况下，可选择较大的地下水利用温差；在地下水温度较低、单井出水量较大的情况下，可选择较小的地下水利用温差。如此因地制宜、合理搭配，才可能既提高地下水地源热泵系统的能源利用效率，又尽可能减少地下水的开采量，保护珍贵的水资源。

3、热源井设计

井群是深井回灌式地下水地源热泵系统的一个关键组成部分，要满足地源热泵空调系统的使用要求，除了成井工艺要到位外，热源井群的设计也相当重要，其正常运行与否决定了水源热泵系统工程的成败，井群的设计布局应当是实际工程中慎之又慎的关键环节。
目前国内此类工程的井群设计中，系统方案的可行性判据基本取决于单井出水量是否满足要求，以及能否实现良好的人工回灌，实际上这是不全面的。热源井的设计应在水文地质勘察的基础上进行，试验井的开凿和抽水、回灌试验环节尤为重要，这些基础性技术数据是决定热源井井群设计的关键，如单井取水量、回灌量、地下水径流方向、径流速度、渗透系数、影响半径等，很多工程因经验不足或受场地限制，抽水井间距、抽水和回灌井间距都未能达到设计要求，井群的抽水、回灌干扰和热干扰都很严重，既影响抽水的全部回灌又影响地下水的出水温度。不同的水文地质结构、热源井的设计和成井工艺也是至关重要的，井的结构、过滤方式、回填方式都直接影响到成井质量和使用寿命。井群设计时，抽水、回灌井各井之间的水力平衡也往往被忽视，这同样会影响总取水量和总回灌率。

4、水井堵塞及回灌问题

水井堵塞的产生，一方面是水井论文导读：
施工质量不过关，井水含砂量高，另一方面是在运行过程中管理不善，有泥沙、污物等落入井中。这两种水井堵塞的形成，是造成水井回灌率不能达到要求的重要原因，既使正常的抽水、回灌无法进行，又会加速水井的枯竭，影响地下水地源热泵系统的长期稳定运行。根据井的堵塞性质和原因，目前国内普遍采用的解决方法是回扬和洗井。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间主要由含水层颗粒大小和渗透性确定，其次要考虑井的特征、水质、回灌量和回灌技术方法。在回灌过程中，采取适当回扬次数和时间，才能获得较好的回灌效果。取水井、回灌井使用过程中，应定期进行洗井，既可保证取水井、回灌井的正常使用，又能够提高热源井的使用寿命。

5、地下水水质与污染防治问题

腐蚀、结垢和生锈是地下水地源热泵系统遇到的普遍问题。地下水的水质是引起腐蚀的根源因素，对地下水水质的基本要求是：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。地下水对水源热泵机组的有害成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子、盐碱度等。地下水的混浊度高，会在系统中形成沉积，阻塞管道，影响正常运行。地下水的含砂量高对机组、管道和阀门造成磨损，加快钢材等的腐蚀速度，严重影响机组的使用寿命，而且混浊度和含砂量高还会造成地下水回灌时含水层的阻塞，影响地下水的回灌。为保证地下水地源热泵机组长期稳定运行，原则上应采用间接式系统，即地下水通过板式换热器与水源热泵机组间接换热。
如果地下水地源热泵机组利用地下水源的进出温差过大，将会导致地下水在土壤中的温度调节效果达不到预期状态或不能接近初始状态，造成地下水资源的热污染问题。另外，由于地下水地源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，都会使外界的空气与地下水接触，导致地下水中离子氧化过程发生。

6、地质灾害问题

地下水的回灌问题是地下水地源热泵技术应用中首先要考虑的重要问题。如何解决取水与回灌的水位平衡问题，以及长期取水和回灌是否会给周围的建筑物、构筑物造成质量和安全上的问题，是否会对地质环境产生较大的影响，是否会由于不合理地大量开采地下水而导致地面塌陷，以上这些是取用地下水时，必须要认真研究和严肃考虑的问题。
若大量开采地下水而不采取回灌措施，地下水位的下降必然导致上层土体孔隙水压力减小，上部土体的有效应力增加，容易产生地面沉降和导致采用天然地基作为基础的建筑物的不均匀沉降；在岩溶地区，由于地下水位不断变化容易形成空洞，从而导致地面塌陷。因此，为了恢复含水层的水位和水量，防止区域地下水位下降和保持取水建筑物供水能力，防止地下水资源枯竭，地源热泵空调系统抽取地下水后必须进行回灌。同时在系统设计时应考虑设置监测孔，监测地下水的水位和水质，防止发生地下水水位的异常下降和地下水质的恶化。