地下水源热泵的设计及应用

1、ARCHITECTURALENGINEERING建筑工程地下水源热泵的设计及应用随着我国经济的迅速发展，能源工业受到了来自经济发展和环境保护两方面的挑战。一方面，为了确保经济的高速发展，能源需求日益增加。现在，2020我国石油消费的40%靠进口，引起的环境问题困扰，年，这个数据将达到根据世界卫生组织的报告，50%。另一方面，我国一直在遭受能源预计到世界上10个污染最严重的城市，中国就有7个。我国CO2国之后，居世界第二位，1998年排出7140亿吨，的排放量，1990-1996位于美CO年，2排放量的增长占全世界总增长量的为解决以上问题，国家大力提倡开发利用可再生、90%。可持续发展的能源，并

2、于2006年1月1日正式颁布实施中华人民共和国可再生能源法。而地下水源热泵技术因其良好的节能和环保特征被广泛关注并迅速在国内众多工程中得以应用，现就此项技术的特点及在设计中需要注意的一些问题进行一下初步的探讨。一、基本工作原理及特点47的太阳能量，地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，比人类每年利用能量的500倍还多，它是一种收集了近乎无限的可再生能源；同时，地球表面或浅层水源温度有较恒定的特性，一年四季相对稳定，一般为1025，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。地下水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以

3、高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为制冷剂提升温度后送到建筑物中。地下水源热泵机组通过消耗少量高品位能量，通过打井的办法将地下水中不可直接利用的低品位热量提取出来，变成可以直接利用的高品位能源。与传统的供热空调系统相比，可以不断再生，1.属于可再生能源利用技术。可再生能源是指在自然界中地下水源热泵系统具有如下特点：可以永续利用，取之不尽、用之不竭的资源。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。其中地热能是储存在地下岩石和流体中心的热能。地热能可以用来发电，也可以为建筑

4、物供热和制冷，是一种很有前景的能源。根据全球地热潜力测算资料，潜在资源总量为每年49322能效比也提高；，2.水体温度比环境温度高，高效节能。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为亿吨标准煤。而夏季可利用的水体温度为所以热泵循环的蒸发温度提高，121830，比环境空82河南科技2010.2上机械工业第四设计研究院韩志峰气温度低，因此制冷冷凝温度低，冷却效果好于冷却塔和风冷技术，能效比也较高。经统计，通常情况下水源热泵的制冷COP值可达到5.06.0，制热COP值可达3.54.4，而传统的空气源热泵的制冷、制热COP值约为2.23.0，能量利用效率要比空气源热泵高出40%以上，相应制冷和供暖运行费用

5、也仅为传统中央空调的清洁能源，3.50%60%环境效益显著。水源热泵机组以电力为能源，。但发电实际上也是利用一次能源，并排出二氧化碳等电是一种温室气体，由于水源热泵系统良好的节电特性，它同样也减少了一次能源的消耗及有害物排放。设计良好的水源热泵系统的电力消耗比空气源热泵减少30%以上，与电供暖相比减少70%以上。表1为地下水源热泵的能源利用系数E与其他几种供热方式的比较（能源利用系数E的定义为供热量与消耗的初级能源之比）。表1几种供热方式的比较供热方式计算条件E电加热热网效率0.98，电厂供电效率0.350.34集中锅炉锅炉效率0.8，热网效率效率0.980.78空气源热泵供电效率0.35，热

6、网效率效率0.98，热泵使用效率0.45，热泵制热系数3.01.0地下水源热泵供电效率0.35，热网效率效率0.98，热泵使用效率0.45，地下水源温度15，热泵制热系数4.01.4空调供暖方式的初投资及运行费用比较见表4.节省初投资及运行费用。地下水源热泵系统与其他几种2。表2几种供热系统投资和运行费用比较投资及费用序单平方工程单平方工程初投资（元）运行费（元）使用号采用形式条件对比单项合计单季全年1传统中央空调热力外网夏：13受热力外配套260240500冬：20-2633-39网距离制约蒸汽溴化锂机组+热力外网260240500夏：20冬：20-2640-46受热力外网距离制约3模块风冷

7、热泵+采暖（油、气、电）锅炉30-40280310-320夏：20冬：40-6060-80运行费最高4直燃溴化锂机组（燃油、燃气）270-290270-290夏：20冬：40-5060-70运行费高受政策限5传统中央空调+55315夏：13制，燃煤锅炉房260冬：20-2633-39环保条件差，占地面积大6传统中央空调+受消防要燃油锅炉房26040300夏：13冬：4558求限制，运行费极高7传统中央空调+运行费较燃气锅炉房26030290夏：13冬：4053高8地下水源热泵8-12中央空调300-350300-350夏：冬：14-1622-28运行费低比较计算基础：冷负荷指标：90100W/

8、m2。热负荷指标：7080W/m一机多用，5.一机多用。地源热泵系统可供暖、一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或空调，还可供生活热水，系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。二、设计及应用中应注意的问题任何一种能源都有它的适用范围，地下水源热泵系统也不例外，在应用中必须根据中国的国情，结合工程所在地的具体情况分析，利用的地下水源，1.地下水源。地下水源热泵应用的首要条件是具备丰富可进行周密的调查研究。地下水的出水量满足设计计算要求；地下水的水温应适度，地下水的温度越高，水源热泵冬季运行的制热性能系数越高，节能性也越好，通常情况下要求冬季工况时，井水温

9、度应在1222，不宜低于10，夏季工况时要求水温1830用的地下水可直接利用，若温度过低，应采取混合措施；否则均应在地下水进入热泵机组前采水质适宜，通常可直接饮取除砂等措施，以防止设备及管道的腐蚀及磨损；适合于地下水源热泵的地下水质大致为：含沙量应小于1/200000、浊度应小于20mg/L、钙镁离子总矿度应小于200mg/L。如果系统中采用板式换热器，水源中固体颗粒的粒径应小于0.5mm。地下含水层应蓄水量大，出水量稳定，通常要求地下蓄水层厚度不小于5m，同时地下的含水层结构有利于回灌，表3列出了国内针对不同的地下含水层情况下不同的灌抽比、井的布置和出水量情况。表3不同地下含水层的灌抽比、井

10、的布置及流量含水层情况灌抽比%井的布置井的流量m3砾石一抽一灌中粗砂一抽二灌细砂一抽三灌100%2.地下水回灌。虽然从理论上讲，地下水的回灌能达到水层砂粒较细的情况下，但是实际上由于国内回灌技术还不够成熟，水井很容易被堵塞，地下水的回灌速度特别是在含大大小于抽水速度，形成这种问题的原因主要有：注入水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙、水中微生物的生长形成一层生物膜堵塞介质孔隙、水中的钙镁离在井中的受热面上析出沉积形成水垢、水中粘粒的膨胀和扩散、含水层细颗粒重组等因素均能够使井的回灌能力不断减小直到无法回灌，严重影响系统的使用寿命。解决的办法主要是采取回扬、洗井和酸化处理的办法，3.水资源保

11、护。目前，但是回扬会浪费一定量的地下水。，各个城市也纷纷制定了自己的国家为了保护有限的水资源，城市用制定了水管理条例。为了维持地下水的水质、水位，防止在很多地区已经出现的地面下沉现象，地下水源热泵系统在设计及应用中必须进行周密的调查及精良的设计，确保地下水的完全回灌。同时，政府也应加强监管力度，杜绝水源热泵在使用中以回扬的理由大量浪费地下水。同时由于地下水源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，在回灌和回扬的过程中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,导致地下水氧化，水的4.从而会对地下水的水质产生影响。100%地面沉降。由于很多工程在实际应用中并没有做到地下回灌，加上系统回扬浪费掉的地下水，会加快地面沉降的速度。三、结束语随着现代科