地源熱泵在回灌困難地區的應用

  北京市是偉大祖國的首都，為改善空氣環(huán)境、減少大氣污染，市委市政府早在2000年就提出了大氣污染治理規劃。在城區內利用清潔能源取代燃煤鍋爐，禁止新建燃煤鍋爐。水源熱泵空調作為一種清潔、節能、環(huán)保新技術(shù)很快被人們認識和接受。但在水源熱泵系統的推廣應用中，如何合理地抽取和回灌地下水是困惑用戶(hù)的首要問(wèn)題。在水文地質(zhì)條件相對差的地區，回灌很難，出現了個(gè)別項目難以實(shí)現地下水的100%回灌，系統運行不穩定。

 

  地源熱泵空調系統正好彌補了水源熱泵系統的不足，它通過(guò)密閉的PE換熱管與地層進(jìn)行熱交換，為熱泵提供冷熱源，不再需要提取和回灌地下水。它的成功應用和示范，使在水文地質(zhì)條件較差的地區也能使用地能資源。本文將對比水源熱泵和地源熱泵系統，以及它們所適用的地質(zhì)條件和地區，并通過(guò)對朝陽(yáng)區綠化局辦公樓地源熱泵空調系統的介紹，使大家對地源熱泵進(jìn)一步了解。一、地能熱泵系統的介紹1.1地能概述人類(lèi)賴(lài)以生存的地球蘊藏著(zhù)豐富的各類(lèi)礦產(chǎn)資源，同時(shí)它還是一個(gè)非常巨大的能量資源庫。以淺層地表為例，據調查地表以下5~10米的地層溫度就不隨室外大氣溫度的變化而變化，常年維持在15~17℃。這樣的溫度相對于北京等的北方城市，冬季它比大氣溫度（5~-15℃）高，是可利用的低品位熱源；夏季它比大氣溫度（25~40℃）低，是可利用的冷源。

 

  地能熱泵系統就是利用地層的冬暖夏涼的特性，通過(guò)提取和釋放地層中的熱量，實(shí)現冬季供暖和夏季制冷。冬季通過(guò)輸入1kW的電能，熱泵機組可吸收2.5~3kW的地能，為建筑物提供3.5~4kW的熱能；夏季通過(guò)輸入1kW的電能，能為建筑物提供3.5~4kW的冷能。而該項目技術(shù)成功的關(guān)鍵就在于如何從地層中提取和釋放熱能。水源熱泵和地源熱泵都屬于地能熱泵的范疇，不同之處就在于它們提取和釋放地能的方式不同。1.2水源熱泵和地源熱泵1.2.1水源熱泵系統水源熱泵是通過(guò)抽取與地層同溫度的地下水，機組與地下水換熱后，地下水通過(guò)回灌井回灌到地層中。根據系統負荷量及需水量的大小，地層的出水能力和回灌能力來(lái)設計抽水井和回灌井的數量。

 

  抽灌井可為一抽一灌、一抽多灌或多抽多灌。1.2.2地源熱泵系統地源熱泵系統通過(guò)在密閉的換熱管里循環(huán)的循環(huán)液與地層之間進(jìn)行熱量交換，冬季吸熱、夏季散熱。根據系統負荷量的大小，地層的導熱能力來(lái)設計換熱孔形式、數量和深度。

 

  北京市水文地質(zhì)條件相對較好的地區主要分布在永定河古河道，潮白河古河道等，比較適合應用水源熱泵的地區有：海淀區南部、石景山區、豐臺區、大興北部、城區、順義縣城東北部等部分地區。根據具體地點(diǎn)的水文地質(zhì)條件不同，其單井的抽水量和回灌量都有所不同。

 

  基本上所有的地區都能使用地源熱泵，但平原區，如海淀北部、朝陽(yáng)區、昌平區、順義南部、通縣、大興南部等地區，地層顆粒細換熱孔施工容易，成孔費用相對較低；山區及山前地區，由于地層為巖石地層或顆粒較大，鉆孔費用較高。三、地源熱泵案例北京市朝陽(yáng)區綠化局位于朝陽(yáng)區紅領(lǐng)巾公園橋西北側，新辦公樓總建筑面積為4000m2，其中地上局部三層，地下一層。辦公樓于2003年初開(kāi)始建設，由于距離城市熱源主干道較遠，如采用燃氣鍋爐或城市熱力供暖都需要投入很大的接口費用。因為紅領(lǐng)巾公園所處地區，地層顆粒較細，主要以粘土、粉細砂、粗砂和砂礫層為主，所以選用了地源熱泵系統。

 

  建筑物的總熱負荷為450kW（含30kW生活熱水負荷），總冷負荷為480kW。空調系統選用東宇制冷設備廠(chǎng)生產(chǎn)的GWHP530Y30型水水熱泵機組。地埋管系統布置在辦公樓東側道路下，換熱孔共計26眼，成兩列排布，孔間距為4米。每孔下入DN32的高密度聚氯乙烯（HDPE）換熱管4個(gè)，底部采用U型接頭（雙U型）。換熱孔一次埋設成功后，地面鋪設了道路。

 

  系統建成后經(jīng)過(guò)了一個(gè)采暖季和一個(gè)制冷季，運行穩定，效果非常好。采暖季運行費用僅為16元/m2季，制冷季運行費用僅為18元/m2季。四、結論地源熱泵系統是清潔、節能、經(jīng)濟并環(huán)保的技術(shù)，利用少量的電能即可實(shí)現供暖和供冷。同時(shí)換熱孔系統不需要提取和回灌地下水，在水文地質(zhì)條件較差的地區也能實(shí)現地能利用。地源熱泵系統的推廣和應用，將會(huì )促進(jìn)“藍天工程”的實(shí)施，在能源結構的調整中占有一席之地。