地源熱泵空調系統及其在武漢地區的應用

　　3 地源熱泵設計中應重視的幾個問題

　　3.1水源和取水許可

　　使用水源熱泵的前提是必須有可供采取的充足的地下水源，漢口情況較好，地下水呈面狀分布，徑流緩慢，補給充足;武昌、漢陽就要根據具體情況掌握，地下水分布圖可找權威的水文技術行政部門了解咨詢。

　　有了水源以后，必須向水行政主管部門(水務局水資源管理處)申報，申報時必須有權威部門的地下水開采和回灌設計報告，得到批復后還必須繳交水資源使用費(生活用0.02元/米3，工業用0.03元/米3)。申報時還必須附上第三方確認，特別是取水井鄰近城市重大基礎設施和重點工程時。

　　3.2取水和回灌

　　從上面香榭里花園的水文地質分析和計算結果可以看出，只取水不進行有效回灌或回灌不慎造成地下水污染的都是極不負責任的行為，都會造成這項利國利民的好事以人人談之色變的惡名而夭折。并且這種不負責任的行為造成的損失是無法挽回的，天津唐沽地下水過量開采，導致海水滲透進去，對生態造成嚴重破壞;西安由于地下水過量開采，導致大雁塔傾斜近1M，并且形成十三條縱、橫向裂縫，長達50公里，鐘樓下陷135mm。華北地區形成4萬平方公里的華北大漏斗。

　　武漢地區的地下水開采和回灌都是極為有利的，46米左右，不回灌沒有理由。

　　3.3水源熱泵機組能效比問題

　　現在有很多廠家出于商業競爭的需要，極力夸大水源熱泵節能、省錢效果，盲目提高所謂機組的能效比(有的機組COP值達到5.3甚至到6)，實際上熱泵機組活塞機COP在3.8~4.2左右，螺桿機在4.0~4.6左右，水源熱泵機z*多在此基礎上提高10%，充其量到5。而且單純宣揚機組的COP值有多高也沒有任何的實際意義，應該是談整個水源熱泵系統的能效比，美國制冷學會(ARI)評定“地下水源熱泵”采用的就是水源熱泵系統的能效比，制冷工況時，地下水源熱泵系統的能效比(EER)=冷負荷/井泵功率+環路功率+水源熱泵功率;制熱工況時，地下水源熱泵系統的性能系數(COP)=熱負荷/井泵功率+環路功率+水源熱泵功率。在設計水源熱泵系統時，應盡量加大地下水的利用溫差，減少地下水的使用量，在較小的地下水用量和z*佳的水源熱泵機組工況的優化組合下才能達到z*高的水源熱泵系統的使用能效比。

　　3.4地表水水源熱泵機組的換熱問題

　　熱泵與地表水的換熱可采用開式循環或閉路循環兩種不同的形式。開式循環是用水泵抽取地表水在熱泵的換熱器中換熱后再排入水體。但在水質較差時換熱器中易產生污垢，降低換熱效果，嚴重時甚至影響系統的正常運行。因而地表水熱泵系統一般采用閉路循環，即把多組塑料盤管沉入水體中，熱泵的循環液通過盤管與水體換熱，可以避免因水質不良引起的污垢和腐蝕問題。由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，當環境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數也會降低。一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因數有關，需要根據具體情況進行計算。這種熱泵的換熱對水體中生態環境有無影響目前還未見到明確結論，必要時應預先加以考慮。深水湖在夏季會產生溫度的分層，湖底保持較低的溫度;冬季湖面結冰后會限制湖水溫度的下降。從目前的實際工程情況來看，自然形成的淺水性湖泊受外界氣候或熱污染影響較大，人工深水湖(水庫)是可以提供給熱泵使用的較好的地表水體資源。

　　3.5地下耦合熱泵機組的換熱問題

　　地下耦合熱泵系統換熱器為一個由地下埋管組成的地熱換熱器 (geothermal heat exchanger, 或ground heat exchanger)。地熱換熱器主要有水平埋管和豎直埋管兩種設置形式。水平埋管形式是在地面開1~2米深的溝，每個溝中埋設2、4或6根塑料管。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1~0.15 m的鉆孔或利用管樁，在鉆孔或管樁中設置1組(2根)或2組(4根)U型管并用灌井材料填實。鉆孔的深度通常為40~200m。現場可用的地表面積是選擇地熱換熱器形式的決定性因素，因此一般采用節省土地面積的豎直埋管地熱換熱器。地熱換熱器所需埋管的總長度需要根據埋管的形式、地下巖土的熱物性、地下的溫度和冷熱負荷的情況作詳細的計算才能確定。設置地熱換熱器的主要費用是鉆孔的費用，正確設計地熱換熱器埋管的長度對于保證系統的性能和經濟性十分重要。在有條件時可以結合建筑樁基形式利用樁孔進行埋管設置，可省去大量的鉆孔費用，施工也極為方便快捷。

　　4 結束語

　　地源熱泵空調系統在我國是一項新的技術，它是一項跨專業、跨學科的綜合能源利用技術，需要通過相關專業技術人員的通力協作，做好勘測、設計、施工、調試等各項工作才能使系統達到要求的節能、環保性能。近幾年在全國各地已經有大量工程投入使用，應該積極對實際運行經驗進行總結，以其使地源熱泵這項利國利民的可再生能源利用技術得到健康有序的發展。

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