水源热泵空调系统水资源利用研究论文

水源热泵空调系统水资源利用研究论文
水源热泵空调系统水资源利用研究论文
［摘要］地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的
热源，具有中央空调合理利用能源、运行成本低和安全、环保、节能、灵活等优点。

本文以昌邑市东隅小区水源热泵空调工程水资源
论证为例，通过对区域取用水、退水合理性和供水水源的可行性、
可靠性及取水、回灌对周围水资源生态环境影响等方面进行了分析，提出切合实际的结论和建议，为水行政主管部门审批取水许可提供
技术支撑。

［关键词］地下水源;热泵系统;水资源研究
随着昌邑市经济社会的快速发展，人民生活水平的改善和城市化进程的加快，人们对保障供暖提出了更高的要求，对高品质、低能耗、环保型的供暖需求越来越高［1］。

地下水源热泵是一种采用水
中的热源，制取热水的高效节能空调设备。

具有中央空调合理利用
能源、运行成本低、安全、灵活、方便、便于管理等优点，更重要
的是地下水源热泵技术有环保、节能、节资的特点，在我国许多地
区得到了广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。

本文以昌
邑市东隅小区水源热泵空调工程水资源论证为例，在地下水源热泵
取用水、退水合理性和供水水源的可行性、可靠性及取水、回灌对
周围水资源生态环境影响等方面进行了分析，提出了切合实际的结
论和建议，为水行政主管部门审批取水许可提供技术支撑。

1工程概况
昌邑市东隅小区位于奎聚路以东，新昌路以西，新兴街以北，利民街以南，总建筑面积为145527m2。

本项目拟采用地下水源热泵技术，通过抽取地下水利用水源热泵空调系统实现冬季供热。

选用水
源热泵SM－200LI型1台、SM－400LI型2台作为项目主机，机组
设计满负荷运转时其最大循环水量为350m3/h，设计总热负荷为
4500kw，年取用水量为50．4万m3，用水采用“抽灌分离”的方式，用潜水泵抽取第四系孔隙地下水作为系统供水水源见图1。

取水井
工程打6眼取水井、18眼回灌井并配备潜水泵及输水管道等，设计
井深60m左右;单井涌水量在1500m3/d左右，部分地段大于
1500m3/d。

年地下水温在15℃～18℃之间，供水水源为第四系孔隙水。

2水文地质特征
昌邑市在大地构造上属华北台地，处在鲁西隆起、沂沭断裂带、鲁东隆起三个次级构造的交汇处。

本项目位于潍河冲积平原区的富
水地段，根据区内地质勘探资料，地层结构自上而下主要为粘土、
亚粘土、细砂、中细砂、中粗砂、粗砂砾石层等。

地形较平坦，地
下水补给条件较好，含水层厚度较大，调蓄能力较强，单井涌水量
在1500m3/d左右，部分地段大于1500m3/d。

年地下水温在15℃～18℃之间，水温变化较小。

地下水各项指标达到国家地下水质量标
准Ⅲ类水标准，水质良好，且该地段地下水位埋藏较深，地下水回
灌条件较好，是水源热泵空调系统供水理想的水源地区域。

3取用水合理性分析
3．1取水合理性
此项目地下水源热泵空调系统用水采用“抽灌分离”的方式，系统通过抽水井抽取地下水，提取完水中的热能后，再利用附近的回
灌井等量回灌到地下含水层中，系统在用水过程中全封闭、全回灌，基本不消耗水量，也不会增加用水量指标。

建成运行后不会增加昌
邑市的实际用水量指标，全市用水总量和地下水开采量仍在区域用
水总量控制指标和地下水分类控制指标范围内;不产生污水，对区域
水环境和水功能区影响较小。

取水符合《山东省用水总量控制管理
办法》和昌邑市城市发展总体规划要求。

该项目建设弥补了昌邑城
区热力管网供热能力的不足，解决了小区集中供热的问题。

根据供
热负荷和系统主机的.性能确定需水量，并结合区域水文地质条件确
定抽水井数量，取水方案是合理的。

3．2用水合理性
潍坊地区冬季供暖期为11月15日至翌年3月15日，期间最冷
时段(1～2月)为冬季空调使用的高峰负荷日，大约30d，其余90d
较为暖和，项目每天用水量为机组运行循环水量。

根据《昌邑市东
隅小区水源热泵空调系统工程项目设计方案》，东隅小区水源热泵
空调系统冬季供热，设计总热负荷为4500kw，设计最大循环水量为350m3/h，设计机组平均每天运行时间为12h。

按照潍坊地区气候变
化状况，供暖时间为每年的11月15日至翌年的3月15日，共计
120天，其中30d为冬季空调使用的高峰负荷日，90d较为暖和，每
天平均运行12h，全年需水量4200m3×120d=50．4万m3，设计年总
需水量基本合理。

4取水水源分析
4．1地下水储存量计算
根据抽水试验资料分析，并参照《潍坊市水资源综合调查与评价》成果，本区地下水总补给量小于总排泄量，地下水处于超采状态，
此情况下含水层的调蓄能力就成为水源地能否正常连续开采的关键，而含水层的调蓄能力则取决于地下水储存量的大小［2］。

地下水储
存量的计算公式为:V=100μFM(1)式中:V为地下水储存量(万m3);μ
为潜水含水层给水度;F为含水层分布面积(km2);M为含水层砂层平
均厚度(m)含水层给水度μ:采用《潍坊市水资源综合调查与评价》
成果，确定为0．17［3］。

计算区面积F为22．1km2。

根据地质勘
探资料和已有的研究成果综合分析，确定论证区内含水层平均厚度
为17．4m。

经计算，地下水储存量为6537．2万m3，可满足空调系
统用水。

4．2水源水温分析
根据历年地下水温监测资料，地下水年内最高水温为18℃，最
低水温为15℃，平均水温为16．5℃，水温相对稳定，符合该项目
空调系统要求。

4．3水源水质分析
根据项目热源井地下水质监测资料和《地下水质量标准》
(GB/T14848—93)［4］，本区地下水的水化学类型主要为HCO3－
Ca—Mg—Na型水。

总硬度598mg/L(以CaCO3计)，pH值7．54。

地
下水无色无味，物理性状良好，总硬度、氯化物、锰及硝酸盐氮超标，经单项组分评价为Ⅴ类水，F值为7.13，综合评价为水质较差，不适合做饮用水源，但水质符合水源热泵空调系统的要求见表1。

5退水对水资源的影响及保护措施
5．1退水对水资源的影响
本项目水源热泵空调系统用水采用“抽灌”封闭循环用水系统，系统封闭式循环，自成体系，通过抽水井抽取地下水，系统提取完
水中的热能后，退水通过回灌井再回灌到地下含水层中，用水工艺
为抽灌平衡，基本不消耗水资源量，不会对区域地下水资源产生影
响［5］。

水源热泵空调系统在运行过程中水是在封闭的循环系统中
进行能量交换，不与外界接触，水不易受到污染，只是水温有一定
变化，退水对区域生态环境基本没有影响。

5．2水资源保护措施
水源热泵空调系统用水采用“抽灌分离”循环用水，整个系统不消耗地下水资源，因此，水资源保护重点应该为保证项目退水100%
完全回灌和水质保护。

针对项目用水过程，为保护地下水资源，提
出如下工程保护措施和非工程保护措施。

5．2．1工程措施1)在抽
水井中安装变频装置，严格控制抽水井的出水量。

2)制定详细的水
井运行管理程序，包括运行时数，单井开采量和回灌量统计、水井
运行维护方法和计划等。

3)安装水表，严格记录抽、灌水量，确保
回灌水量达到100%回灌。

4)根据以往的水质监测资料，回灌井周围
的温度场变化对水质没有明显的变化。

但由于水质变化是慢长过程，因此，建议系统建成后仍需要建立长期的水质、水温监测。

5．2．2
非工程措施1)成井深度要严格控制在60m以内，遇60m左右粘土隔
水层即可停止，防止穿透咸水层污染浅层淡水，以保护昌邑市自来
水公司水源地安全。

2)洗井应采用拉活塞、空压机等物理方法，严
禁用含有污染元素的化学洗井。

3)严格控制抽水井和回灌井的成井
工艺，尤其控制止水层的位置和厚度，严格控制滤水管和滤料的使用，确保成井质量。

4)水源井井口要封闭，井周围禁止有污水管道
和明渠通过以防地下水体污染。

5)严格控制回灌水的温度，冬季大
于7℃，避免大温差回灌对地下水水质造成影响。

6)以水源井为中
心设置保护区，井口周围设置围档，严禁闲杂人员随意进入。

6结语
(1)根据供热负荷和空调系统主机性能确定用水量，并结合区域
水文地质条件确定打水井24眼，有6眼抽水井和18眼回灌井，采
用竖井式自然回灌，采用1抽3回灌的布井方案，大于试验1抽2
回灌的试验结果，依据试验结果和实际运行结果，退水方案可行。

设计最大循环水量为350m3/h，年取用水量为50．4万m3。

(2)加强
回灌水水质监测，监测项目运行期间，区内地下水水质变化情况。

每个供暖期结束后，对抽水井进行捞砂洗井，对回灌井进行回扬、
拉活塞和捞砂等洗井。

为了防止单向堵塞，建议抽水井和回灌井定
期交换使用，并对抽水井中的含砂量进行沉砂过滤处理后再回灌。

参考文献
［1］赵旭升．地下水资源的保护［J］．青海师专学
报．2001(6):98－100．
［2］江剑，董殿伟．水源热泵项目取用地下水水资源论证技术
要点分析［J］．水资源论证专刊．2013(3)．50－52．
［3］潍坊市水资源综合调查与评价［M］．潍坊市水利局．2004．
［4］GB/T19923－2005．城市污水再生利用工业用水水质标准．2005．
［5］曹永凯，曹世掀．等．山东地下水资源开发与保护综合研
究［J］．中国地质灾害与防治学报．2002(4):39－43．08第40卷
第5期地下水2018年9月。