近幾年，我國(guó)城鄉(xiāng)建筑發(fā)展迅速，與氣候條件接近的發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)居住建筑單位面積供暖能耗為他們的3倍左右?，F(xiàn)在，這些高能耗建筑冬季供暖與夏季空調(diào)的使用正日益普遍，解決它們所造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題已成為緊迫的需要?，F(xiàn)在我國(guó)禁止在城鎮(zhèn)建設(shè)中小型燃煤鍋爐房。因此，除了集中供熱的形式以外急需發(fā)展其它的替代供熱方式。熱泵（包括地下水源熱泵）就是這樣一種可以有效節(jié)約能源、減少大氣污染和CO排放的供熱和空調(diào)新技術(shù)。

      1.基本工作原理

      地下水源熱泵系統(tǒng)的低位熱源是從水井或廢棄的礦井中抽取的地下水，熱泵機(jī)組冬季從生產(chǎn)井提供的地下水中吸熱，提高品位后對(duì)建筑物供暖，把低位熱源中的熱量轉(zhuǎn)移到需要供熱和加濕的地方，取熱后的地下水通過回灌井回到地下。夏季，則生產(chǎn)井與回灌井交換，而將室內(nèi)余熱轉(zhuǎn)移到低位熱源中，達(dá)到降溫或制冷的目的，另外還可以起到養(yǎng)井的作用。

      如果是水質(zhì)良好的地下水，可以直接進(jìn)入熱泵進(jìn)行換熱，這樣的系統(tǒng)我們稱為開式環(huán)路。實(shí)際工程中更多采用閉式環(huán)路形式的熱泵循環(huán)水系統(tǒng)，即采用板式換熱器把地下水和通過熱泵的循環(huán)水分隔開，以防止地下水中的泥沙和腐蝕性雜質(zhì)對(duì)熱泵機(jī)組的影響，同時(shí)防止對(duì)地下水造成污染。由于較深的地層不會(huì)受到大氣溫度變化的干擾，故能常年保持恒定的溫度，遠(yuǎn)高于冬季的室外空氣溫度，也低于夏季的室外空氣溫度，且具有較大的熱容量，因此地下水源熱泵系統(tǒng)的效率比空氣源熱泵高，COP值一般在3和4.5之間，并且不存在結(jié)霜等問題。此外，冬季通過熱泵吸收大地中的熱量提高空氣溫度后對(duì)建筑物供熱，同時(shí)使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通過熱泵把建筑物的熱量傳輸給大地，對(duì)建筑物降溫，同時(shí)在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣，在地下水源熱泵系統(tǒng)中大地起到了蓄能器的作用，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)全年的能源利用效率。

      地下水源熱泵系統(tǒng)還可以產(chǎn)出生活熱水，其水路連接方式大致有四種。最簡(jiǎn)單的方式有空調(diào)水系統(tǒng)與生活熱水水系統(tǒng)完全分開和相關(guān)聯(lián)且井水系統(tǒng)串級(jí)連接這兩種，但是前者冷凝溫差太小，后者也不能解決生活熱水用的水源熱泵機(jī)組停機(jī)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)容量減小的問題。所以有了在后者基礎(chǔ)上增加電動(dòng)三通閥的方式，這樣不僅減小了裝機(jī)容量、降低了初投資，而且機(jī)組的配置也更加合理，提高了系統(tǒng)總能效比。

      國(guó)內(nèi)的地下水回灌基本上采用原先的人工回灌方式，主要分為壓力回灌和真空回灌兩種。壓力回灌適用于高水位和低滲透性的含水層，也適用于低水位和滲透性好的地下含水層；而真空回灌則僅適用于低水位和滲透性好的含水層。

      2.工程應(yīng)用實(shí)例

      2009年，牡丹江江南某小區(qū)采用地源熱泵技術(shù)對(duì)2棟住宅樓進(jìn)行供暖，供暖形式為低溫地輻射采暖。因2009年?yáng)|北地區(qū)出現(xiàn)了少有的嚴(yán)寒天氣，室外最低氣溫達(dá)到-35℃左右，室內(nèi)溫度僅有12℃左右，造成住戶集體上訪事件，嚴(yán)重影響了居民的正常生活和社會(huì)秩序。后經(jīng)開發(fā)商召集廠家技術(shù)人員分析，主要是地下水量不充足和水溫度低，提供熱量有限所致。進(jìn)行調(diào)節(jié)增加水量后，供暖狀況有所好轉(zhuǎn)，但還是達(dá)不到供暖要求。這2棟樓于2010年供暖前，進(jìn)行了管網(wǎng)系統(tǒng)改造后，并入城市集中供熱系統(tǒng)，采用集中供熱方式供暖。

      2010年，牡丹江橋北某小區(qū)采用地源熱泵技術(shù)對(duì)4棟住宅樓進(jìn)行了初次供暖，供暖形式為低溫地輻射采暖，室內(nèi)溫度為21℃左右，供熱效果還不錯(cuò)。運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)回灌效果不好，小區(qū)附近有一個(gè)樓有地下室和一條城市內(nèi)河，發(fā)現(xiàn)回灌水從地下室滲出，造成地下室一片汪洋。而且小河堤壩也有幾處向外冒水。

      3.存在問題分析

      3.1地質(zhì)問題

       地下水屬于一種地質(zhì)資源，大量采用地下水源熱泵，如無可靠的回灌，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的后果。地下水大量開采引起的地面沉降、裂縫、塌陷等地質(zhì)問題日漸顯著。地面沉降除了對(duì)地面的建筑設(shè)施產(chǎn)生破壞作用外，還會(huì)產(chǎn)生海水倒灌、河床升高等其他環(huán)境問題。對(duì)于地下水源熱泵系統(tǒng)，若嚴(yán)格按照政府的要求實(shí)行地下水100%回灌到原含水層的話，總體來說地下水的供補(bǔ)是平衡的，局部的地下水位的變化也遠(yuǎn)小于沒有回灌的情況，所以一般不會(huì)因抽灌地下水而產(chǎn)生地面沉降。但現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)的實(shí)際使用過程中，由于回灌的堵塞問題沒有根本解決，很有可能出現(xiàn)地下水直接地表排放的情況。而一旦出現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境問題，往往是災(zāi)難性和無法恢復(fù)彌補(bǔ)的。

      3.2水質(zhì)問題
     
      現(xiàn)在國(guó)內(nèi)地下水源熱泵的地下水回路都不是嚴(yán)格意義上的密封系統(tǒng)，回灌過程中的回?fù)P、回路中產(chǎn)生的負(fù)壓和沉砂池，都會(huì)使外界的空氣與地下水接觸，導(dǎo)致地下水氧化。地下水氧化會(huì)產(chǎn)生一系列的水文地質(zhì)問題，如地質(zhì)化學(xué)變化、地質(zhì)生物變化。另外，目前國(guó)內(nèi)的地下水回路材料基本不作嚴(yán)格的防腐處理，地下水經(jīng)過系統(tǒng)后，水質(zhì)也會(huì)受到一定影響。這些問題直接表現(xiàn)為管路系統(tǒng)中的管路、換熱器和濾水管的生物結(jié)垢和無機(jī)物沉淀，造成系統(tǒng)效率的降低和井的堵塞。更可怕的是，這些現(xiàn)象也會(huì)在含水層中發(fā)生，對(duì)地下水質(zhì)和含水層產(chǎn)生不利影響。更深層的問題是地下水經(jīng)過地下管路時(shí)溫度、壓力的變化是否會(huì)影響其熱力學(xué)平衡狀態(tài)，地下熱環(huán)境會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)帶來怎樣的影響。水資源是當(dāng)前最緊缺、最寶貴的資源，任何對(duì)水資源的浪費(fèi)和污染都是絕對(duì)不可允許的。

      4.個(gè)人分析思考

      4.1地下水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

      ①根據(jù)熱力學(xué)第二定律，采用熱泵的形式為建筑物供熱可大大降低一次能源的消耗，提高一次能源的利用率，因此地下水源熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

      ②地下水源熱泵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的供熱和制冷，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以代替原來的鍋爐加制冷機(jī)的兩套系統(tǒng)。系統(tǒng)緊湊，省去了鍋爐房和冷卻塔，節(jié)省建筑空間，也有利于建筑的美觀。

      ③地下水溫度恒定的特征，使得地下水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐、制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。

      4.2地下水源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)

      ①這種系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。由于打井的成本并不與取水量的大小成正比，因此較大系統(tǒng)的投資效益比較高。地下水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性還與地下水層的深度有很大關(guān)系。

      ②在冬季我國(guó)北方地區(qū)土壤溫度較低，并且以熱負(fù)荷為主，如果采用地下水源熱泵供暖，則機(jī)組和換熱器的初投資比較高，連續(xù)運(yùn)行的效率也較低。夏季運(yùn)行時(shí)，機(jī)組容量過大，造成浪費(fèi)。我國(guó)政府、建筑設(shè)計(jì)人員和公眾對(duì)這一技術(shù)缺乏了解。不僅因初投資高于其它系統(tǒng)而得不到認(rèn)可和推廣，而且給運(yùn)行管理帶來了很大的問題。運(yùn)行管理是任何一個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于地下水源熱泵這種特殊設(shè)計(jì)更是關(guān)鍵因素。

      ③環(huán)境方面的問題一旦出現(xiàn)，基本上是無可挽回的或挽回的成本將非常巨大。從某種程度上講，造成的危害不亞于大氣污染。

      4.3對(duì)于地下水源熱泵應(yīng)采取的態(tài)度

      ①地下水資源在某種程度上是國(guó)家的一種戰(zhàn)略物資，而且一些水文地質(zhì)界的專家對(duì)當(dāng)前地下水源熱泵的發(fā)展也持保留意見，因此，對(duì)于在我國(guó)大面積推廣這種系統(tǒng)應(yīng)采取慎重的態(tài)度。

      ②在決定采用地下水源熱泵系統(tǒng)之前，一定要做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，出具地質(zhì)報(bào)告，詳細(xì)了解地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并先打勘測(cè)井，以獲取地下溫度、地下水溫度、水質(zhì)和出水量等數(shù)據(jù)，合理地配置整個(gè)系統(tǒng)。并分季節(jié)進(jìn)行抽水回灌試驗(yàn)，積累資料，各方面條件都滿足，才能決定采用，否則會(huì)付出慘痛的代價(jià)。

      ③設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)都要有謹(jǐn)慎小心的態(tài)度，確保系統(tǒng)不會(huì)因負(fù)荷不當(dāng)、水泵功耗過高、管理不善而降低效率。

      ④針對(duì)不同地區(qū)的地質(zhì)條件和氣候條件，采取不同的態(tài)度。對(duì)適宜地區(qū)，國(guó)家應(yīng)鼓勵(lì)大力發(fā)展新能源項(xiàng)目；對(duì)不適宜地區(qū)，應(yīng)嚴(yán)格禁止，以免勞民傷財(cái)，污染環(huán)境。

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