地下水源热泵供热方式实用研究

【摘要】文章设计了一套地下水源热泵系统。系统采用地下水源热泵作为冷源，地下水源由抽水井经潜水泵被输送至热泵机组的冷凝器侧，吸收热量后，再输送回回灌井；同时，热泵机组蒸发器侧产生7/12℃的冷冻水，通过循环水泵被输送到用户末端系统；或直接利用地下水源通过换热器冷却系统循环水，送到用户末端系统。

【关键词】地下水源热泵；回灌；水源量

1、前言

我国人口众多，能源不足是我国面临的一个严重问题。北方城市冬季采暖燃煤造成严重的大气污染，环境污染直接或间接造成的经济损失占国民生产部值的比例已经达到3～4%，是我国面临的另一大问题。

地下水源热泵与锅炉（电、燃料）供热系统相比，地下水源热泵要比电锅炉加热节省70%以上的电能，比燃料锅炉节省80%以上的能量；因此，近十几年来，地下水源热泵技术在北美如美国、加拿大及中、北欧国家取得了较快的发展，中国的地下水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和空调用供冷技术之一。

2、地下水源热泵

地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水源，吸收了太阳进入地球的相当多的辐射热量，水源的温度大都十分稳定。而地下水源热泵技术就是是利用地下水源中的这种稳定的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的低位热能向高位热能转移的一种技术。

地下水源热泵系统的工艺流程为：冬季，地下水源由抽水井经潜水泵输送至热泵机组的蒸发器侧，被冷却后，再输送回回灌井；同时，热泵机组冷凝器侧产生45℃的热水，通过循环水泵被输送到用户末端系统。

夏季，采用地下水源热泵系统作为冷源，地下水源由抽水井经潜水泵被输送至热泵机组的冷凝器侧，吸收热量后，再输送回回灌井；同时，热泵机组蒸发器侧产生7/12℃的冷冻水，通过循环水泵被输送到用户末端系统；或直接利用地下水源通过换热器冷却系统循环水，送到用户末端系统。

3、设计主要参数

3.1水文地质概况

地下水源热泵系统的建设应当在当地水文条件许可的条件下进行建设，且其关键技术就是要保证稳定的地下水源水量和温度并能将地下水源100%自然回灌。本项目所在地的水文地质条件是适用于地下水源热泵系统建设的。

在本项目所在地打两口钻孔直径1000毫米、100米深的勘测井，单井出水量可达100吨/小时，单井回水量达75吨/小时，水温冬季为13.5度，夏季为14度，可以实现水的100%的回灌。

由冷热负荷计算可知，冬季采暖负荷与夏季空调负荷数值不一，地下水源热泵系统长期运行，效率会随之下降。但根据地质勘察报告，地下80m以下有径流，径流量较大，部分地下水源热泵产生的热不平衡由径流消除。另外，该项目地质渗水性好，夏季考虑雨水渗透也可消除部分热不平衡。

3.2地下水源井数量的确定

在冬季里，热泵机组按制热工况运行，根据前面计算本工程所需热负荷为2984千瓦，热泵机组制热系数取4.0，地下水源提取温差7℃（井水供水14℃、回水7℃）计算可得，冬季所需地下水源量m=275吨/小时。

在夏季里，热泵机组按制热工况运行，根据前面计算本工程所需冷负荷为2558千瓦，夏季按照热泵机组制冷时能效比为4.5，地下水源取温差10℃（井水供水14℃，回水24℃）计算可得，冬季所需地下水源量m=269吨/小时。

3.3真空回灌

真空回灌是指在泵内开成-0.1Mpa压力的条件下，由泵管回灌入井下含水层的一种方法。在具有密封装置的回灌井中，开泵扬水时，井管和管路内充满地下水源，停泵，并立即关闭泵出口的控制阀门，此时由于重力作用，井管内水迅速下降，在管内的水面与控制阀之间造成真空度，在这种真空状态下，开启控制阀门和回灌水管路上的进水阀，靠真空虹吸的作用，水就迅速进入井管内，并克服阻力向含水层中渗透，真空回灌很适合本地这种地质水文条件。

为保证地下水源的水质、水量和回灌量，地下水源井的井管应采用桥式滤水管。地下水源输送管道保温材料根据目前成熟做法，采用聚氨酯硬质泡沫保温材料，玻璃钢管壳保护，厚度取经济厚度。

3.4地下水源热泵机房

机房设计在北面绿化带的下面，地下机房面积150平方米。夏季制冷量为2558kw，冬季制热量为2984kw，根据制冷热量进行机组的选型。选用9台LSBLGR-530半封闭螺杆机组（7用2备），制冷量为482kw，输入功率为102kw，制热量为515kw，输入功率为130kw。

通过水质测试报告，对地下水源采取相应的技术措施。当水源中含量砂量较高时，可以在取水系统中加装除砂器，降低水中含砂量，避免机组和设备遭受磨损；为了使热泵机组更好地运行，减少金属对机组的腐蚀性，通常加装板式换热器中间换热的方式，把水源水与机组隔离开，使机组彻底避免了水源水产生腐蚀的可能性，本项目的板换是在地下水源温度14℃，水量100t/h前提下选型。换热器的具体设计参数如下，冬季热负荷为2984kw，一次二次侧的流量为100t/h，传热系数5231W/m2，换热面积为290m2，板片数为470片；夏季负荷为2558kw，g一次二次侧的流量为100t/h，传热系数5231W/m2，换热面积为290 m2，对数温差1.7K，板片数为470片外形尺寸2660×650×1885。

3.5系统启动

一次预启动检查和检验是最基本的，以保证所有热泵、其他的设备和部件符合每项设计的规定，包括型号、电压、电流等；是否安装正确，是否清洁，是否校准并做好了启动准备。

确定系统总流量并保证水环路温度在设计界限以内；所有热泵和其他设备的电压是否合适；打开热泵机组的制冷或供热开关，检查热泵热交换器的输出；试一下作反向循环并像前面所述检查输出是否符合要求。对水环路中的所有热泵重复这一过程，一旦机组性能与设计不符合，确定原因并采取适宜步骤修正出现的问题。

上述过程完成后，保证所有的温控器、系统控制器和设备都按设计要求定位，通过每一热泵热交换器的液体温度差都应在设计规定的范围内。

对水环路中的所有热泵重复这一过程，一旦机组性能与设计不符合，确定原因并采取适宜步骤修正出现的问题。

上述过程完成后，保证所有的温控器、系统控制器和设备都按设计要求定位，通过每一热泵热交换器的液体温度差都应在设计规定的范围内。

4、结论

采用热泵技术利用地下水源中蕴含的能量，为建筑物供暖提供热源冷源，这对于减少空气污染，提高人们生活质量，具有重要的意义，通过项目的实施，推动地热下水源热泵技术在周边地区的应用。充分体现了“节能”、“资源综合利用”的理念。

参考文献

[1]王新北.地源热泵技术应用过程中应注意的问题[J].工程建设与设计，2009（06）

[2]胡连营.地源热泵推广应用的问题与建议[J].现代农业，2007（12）

作者简介

王维利（1976 -），男（汉族），内蒙古包头人，硕士，主要从事热能工程专业的应用研究工作。