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地下水源热泵空调系统与地下水环境问题的分析_以沈阳地区为例_王宏

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地热水开采利用产生的环境问题分析

地热水开采利用产生的环境问题分析

地热水开采利用产生的环境问题分析郭亚伟,杨　维,孙浩然,高雅玲(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168)[摘　要]　地热水的利用正日益受到人们的重视,随着对地热水利用范围和规模的日益扩大,开采量急剧增加,从而在利用过程中和利用后产生了诸如地面沉降、地震、热污染、土壤污染、水体污染等一系列环境问题。

分析了地热水开采、利用、排放所产生的环境问题、地质问题,并提出了防治这些问题的基本对策。

[关键词]　地热水;环境问题;地质环境;对策[中图分类号]　P314.1 [文献标识码]　B [文章编号]　1004-1184(2008)05-0093-02[收稿日期]　2008-06-10[作者简介]　郭亚伟(1983-),男,河北石家庄人,硕士研究生,主要从事环境工程方面的研究。

0　引言地热水作为水资源,它广泛应用于工业、农业与人民生活。

在工业上主要用于发电、纺织、印染、造纸、酿造和皮革加工处理等;农业上主要用于地热温室、培育良种、种植蔬菜、花卉、鱼苗越冬、孵化等;在人民生活上主要用于地热采暖、地热洗浴、浴疗、游泳等。

虽然地热水资源的利用十分广泛,但由此引发的一系列环境问题也不容忽视。

1　地热资源的分布我国蕴藏着丰富的地热资源[1],遍布30个省市和自治区,其中温泉出露最多的省是西藏、云南、台湾、广东和福建,约占全国的二分之一以上,其次是辽宁、山东、山西、湖南、湖北、河北和四川等省,每省温泉数都在50处以上。

2　地热能的利用211　地热能发电一般用于发电的地热流体要求温度较高。

我国地热能发电始于1970年[2],是中间介质发电的先驱之一,比如河北的后郝窖、湖北的灰汤等低温试验电站,但由于缺乏商业价值均相继关闭。

1977年在西藏羊八井建立第一个高温地热发电机组。

1996年在羊八井打出高温高产地热井,可建一个10MW 的发电机组。

212　地热直接利用地热直接利用要求的热水温度相对较低[3],中低温地热资源都可以加以利用。

219 严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的方案优选

219 严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的方案优选

严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的方案优选大连市建筑设计研究院有限公司王巍沈阳建筑大学市政与环境工程学院林豹摘要针对不同学者在严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的选择上存在的分歧，选取沈阳市的一家大型商场作为研究对象，设计了非水环双风机系统、水环单风机系统和水环双风机系统三种形式的地下水源热泵空调系统，继而对其能耗、经济性和地下水用量进行了计算和分析。

结果表明：非水环双风机系统的能耗、经济性和地下水用量较水环单风机系统和水环双风机系统都具有优势，可认为是严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的理想方案之一。

关键词地下水源热泵空调系统双风机系统水环热泵系统能耗经济性1 引言地下水源热泵系统是一种相对简单的地源热泵系统，投资少、开采易、运行管理方便，所以往往成为地源热泵系统的首选。

但是在对于严寒地区大型商业建筑地下水源热泵空调系统的形式，学术界仍存在异议。

众所周知，大型商业建筑的内区面积较大，且存在着全年性冷负荷。

因此，一些学者认为水环热泵系统在大型商业建筑的应用上具有一定优势；但另一些学者认为双风机系统在过渡季节和冬季利用室外的新风来消除内区的余热，可大幅降低运行能耗。

至于采用何种形式的地下水源热泵系统，既在技术上可行，能耗上节约，经济上又合理，业界尚没有达成一致，也鲜有工程实例能够较全面地对比不同地下水源热泵空调系统形式的优劣。

本文以期通过实际的工程设计以及能耗和经济性分析得到一个定量的比较结果，为严寒地区此类建筑地下水源热泵空调系统的方案选择提供一些参考依据。

2 研究对象的选择我国的建筑气候区一级区划分为7个，严寒地区属于第Ⅰ建筑气候区[1]。

大型商业建筑（Large-scale Commercial Building）是指用于商业经营活动的任一楼层建筑面积≥5000m2或总建筑面积≥15000m2的建筑[2]。

由于本文的研究对象为严寒地区的大型商业建筑，故选取沈阳市的一家大型商场做为研究对象。

地下水源热泵空调系统的设计与应用

地下水源热泵空调系统的设计与应用

地下水源热泵空调系统的设计与应用随着社会的不断发展，对于建筑工程的要求也越来越高。

如何实现低碳环保、节能减排已成为建筑节能技术的热点问题。

作为一种比传统空调更为节能的新型空调方式，地下水源热泵空调系统逐渐受到设计师和业主的青睐。

本文旨在探讨地下水源热泵空调系统的设计与应用，为相关工程师和设计师提供借鉴。

一、地下水源热泵空调系统概述地下水源热泵空调系统采用地下水源作为热源和冷源，通过热泵技术将地下水源的低温热能提取出来，加以处理实现供热或制冷，提高建筑物的能源利用效率。

该系统以独立循环为主要特点，能够实现快速供热和制冷，成为替代传统空调的有效方案。

二、地下水源热泵空调系统的设计1.选址以及水文地质条件的调查地下水源热泵空调系统的热源及冷源均来自地下水，因此选址是非常重要的。

选址时需要考虑到地下水的储量和水质情况，尽量选择储量大的地方，并保证水质适合使用。

同时，还需要对水源地进行水文地质条件的调查，包括地下水的地质构造、水文地质特征、水文地质条件及污染状况等方面的研究，确保地下水的供需平衡和保护地下水资源。

2.系统的热负荷计算热负荷计算是地下水源热泵空调系统设计中必不可少的一步。

通过热负荷计算确定建筑物的实际热负荷，预测冬季供暖和夏季制冷的需求量。

在参数设置时，应考虑空间方位、朝向、立面表面的结构特征以及建筑物的热阻等因素来考虑，确保热泵系统的正常运行。

3.管道系统的设计管道系统是地下水源热泵空调系统中的核心部分。

在设计时，需要确保管道系统与周围环境良好的热交换作用，使地下水源的低温热能得以有效利用。

同时，设计人员应考虑管道的保温性、密闭性、排水系统，以及连接和管道件的操作性和可靠性等方面的要求，确保系统的安全性、稳定性和高效性。

三、地下水源热泵空调系统的应用地下水源热泵空调系统是一种以环保、节能为核心的新型空调方式，已经得到了广泛应用。

特别在一些高端别墅、商业办公大厦、学校及医院等建筑项目中，地下水源热泵空调系统已成为必不可少的装备。

地下水地源热泵空调系统设计与运行工况分析

地下水地源热泵空调系统设计与运行工况分析

地下水地源热泵空调系统设计与运行工况分析陈焰华(武汉市建筑设计院，武汉 430014)摘要深入阐述了地下水地源热泵空调系统的技术特性，指出了系统运行效率提高和减少一次能源使用量的差别，并结合工程设计经验和实际运行工况分析，对影响地下水地源热泵空调系统设计和运行效果的热源井设计、空调系统设计及地源热泵机组的选型和配置等问题进行了深入探讨，提出了地下水地源热泵系统设计中应注意的问题。

关键词地下水地源热泵 热源井 系统设计 机组选型DESIGN GROUNDWATER GROUND-SOURCE HEAT PUMP AIRCONDITIONING SYSTEM AND ANALYSIS IT’S OPERATING MODEChen Yanhua(Wuhan Architectural Design Institute, Wuhan, 430014)Abstract Represent the technic characteristic of groundwater ground-source heat pump air conditioning system. Interpret the difference between increasing operational efficiency and reducing using primary energysources. Analyse some question, such as heat source well’s design, air conditioning’s design, ground-source heat pump unit’s lectotype and collocation, combining design experience and practical operating mode. Extract some question that we must pay attention to it in groundwater ground-source heat pump air conditioning system.Keywords Groundwater ground-source heat pump heat source well system design unit lectotype0．概述众所周知，地下水地源热泵系统因其换热效率高，设计施工相对简单、快捷，初投资较低，在实际工程中得到了大量应用，对地源热泵技术的推广应用起到了较好的带头和示范作用。

水源热泵技术在沈阳地区供热空调工程中的应用

水源热泵技术在沈阳地区供热空调工程中的应用
由压缩机 、 蒸发器 、 冷凝器 、 阀等主要部件组成 。 膨胀
广有一定的困 难。 水源热泵是目 前我国应用较多的热泵形式， 它 是以水（ 包括江、 湖泊、 河、 地下水， 甚至是城市污水 等） 作为冷热源体， 在冬季利用热泵吸收其热量向建 筑供暖， 在夏季热泵 将吸收 到的热量向其排放， 实现
衰 １ 沈阳地 区冬 、 两季气 象参数 夏
室 外计算 （ 球） 干 温度 ／ ℃ 全年 平均 温 度 戊二 冬季 夏季 空调
３ ４ １
冬季 日
照车／ ％
日平均 温度 （ ５ 天数 ／ ℃ 天
日平均 温度
簇５ ℃期间的平
３ 建设部沈阳煤气热力 ６ ． 研究设计院， 沈阳 ｎＯ ） 辽宁 ２ ０
摘 要： 介绍了沈阳地区的气候及水资源情况 ， 水派热 泵技术 的工作原理 、 点及在供 热空调工 程应用 中 特 应 具备的条件， 对比分析 了水源热系、 热力 网、 空调 冷暖 家用机、 油锅 炉、 燃 澳化祖 直姑机、 电拐 炉、 气 然 锅 炉及 燃洋锅炉的初投资和运行费用 ． 并探讨 了水 源热 泵技 术应用中存在的一些问题。 关键词 ： 水源热泵； 节能 ； 环保； 热空调； 供 应用 中图分 类号： Ｋ ９Ｔ １２， 文献标识码 ： 文童编 号：０４一 ９８２ ）０ 一０２ 一０ Ｔ ７ ：入９５ １ ２ Ｂ ｌ ，４ 田７９ ０ ５ ４ （
２ ７年第 ９期 ０ （ 总第 ３２ ） ０期
节 能
Ｆ卜 Ｒ ＣＹ Ｃ（ＮＳＥ ＶＡ〕１ 压： Ｉ Ｒ ‘ 〕Ｎ 一 ２ ５
水源热泵技术在沈阳地区供热空调工程中的应用
胡俊生 ， 莹 ， １ 石 ２李慧星１ ， 谷海玲， ， 王春海３
（． １ 沈阳建筑 大学 市政 与环境 工程 学院， 辽宁 沈 阳 １０６ ２ 辽河油 田振兴公 司， 宁 盘钟 １ ００ １ ８ ． １ ； 辽 ４ ２１ ；

沈阳城区地下水地源热泵技术应用现状及回灌能力分析

沈阳城区地下水地源热泵技术应用现状及回灌能力分析

地 源热 泵作 为 一 种 使用 可 循 环 利用 能 源 的高效
目前 ， 国在 技术上 比较成熟 、 用 可行性 较大 、 我 利 实施 工程项 目最多 的是 地下 水换 热 系统 。 系统换热 该 性 能好 ， 耗低 ， 能系 数高 于地 埋管换 热 系统 ； 能 性 同地 表换 热 系统 相 比 ，地 下水 水文 具有 受气 候影 响较 小 、 在水 文 地质 条件适 宜 的地 区 即可实 施等 优点 。
第 ２期 总 第 ２０期 ０
２ １ 年 ２月 ０１
农 业科技 与 装备
ｃ ｌ ａ ｃ ｅ ｅ ｕｔ ｌＳ ｉｎｃ ＆Ｔ ｅ ｈ ｌ ｕｒ ｃ ｎｏ ｏｗ￣ ａ ｄ Ｅｏ ｉ ｍ ｅ ｎ ｕＤ ｎｔ
Ｎ Ｏ． ｒｌＮ ｏ ２ ０ ２ Ｔｏａ ． ０
Ｆ ｂ． １ ｅ ２０ １
地源热 泵 是利用 水 源热泵 的一 种形 式 。 利用 水 它
与地能（ 地下水 、 土壤或地表水 ） 进行冷热交换作为水 源热 泵 的冷 热 源 ： 季 把 地 能 中的 热 量 “ ” 冬 取 出来 ， 供 给室 内采暖 ，此 时地 能为 “ 源 ” 热 ；夏季 把 室 内热 量 “ ” 取 出来 ， 放 到地下 水 、 释 土壤 或地表 水 中 ， 时地 能 此
收 稿 日期 ：０ ０ １ — ４ ２ １— ２ １
区之一 。区域地 下水 流 向 由东 向西 。 沈 阳城 区 由于 但 开采程 度 高 ， 下水 径流 由东 、 、 向市 区汇集 。其 地 北 西 二是垂直渗入补给。 主要表现为大气降水和地表水体 的入渗 。 高地漫 滩砂 砾石 直接 出露 ， 接纳 大量 大气 可 降水和 浑河 的补 给 。 洪冲积 扇虽 然表 层分 布有 粉质 新 粘 土 ， 厚 度不 大 ， 可接 受 降水补 给 。 但 也 而地 下水 的排

浅析地下水源热泵空调系统应注意的问题


响水质 ． 在碳 酸盐 地区 可 以通过 加酸 来控 制水 的 Ｐ 值 ， 以防 止化 学沉 淀 的 Ｈ
生 成 。
３ １ ４ 气泡 堵塞 ．．
夏季 则提水 景 与回灌 井 交换 （ 推荐 采用， 但提 水 与 灌井 均应 安装 潜水 泵） 井 则为 了养 井， 二则 为 ｌ 用 冬天蓄 存 的冷量 ．如果 地 下水温 度较 低， 呵 『 利
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浅析ห้องสมุดไป่ตู้ 下水 源热泵 空调 系统 应注 意 的 问题
朱 大 力 隋 红 玲 ｚ
（ 大连 经济 技术 丌发 区规 划建 筑设 计 院 辽 宁 ｌ６０ ，关 东建 设有 限公 司 １ ６０
辽 ’ ｌ６ ０ ） ｊ １６０
［ 摘 要 】 简述 水源热 泵 空调 系统 的 ￣ 势及 其原 理和 麻 Ｈ场合 ， 分析水 源 热泉 空调 系统运 行 中应 注意 的 问题 Ｔ１优 Ｊ … ， Ｉ ｊ ［ 关键词 ］ 水源 热泵 回灌 阻塞 水 质 防腐 常能 ｊ 中图 分类 号 ： Ｕ ３ Ｔ８ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： ０ ９ ９ ４ ２ １ ） ３ ０ ４ — １ １ ０ １Ｘ（０ ０ １ — ０ ９ ０
灌井 用作 抽水 井 的频率 不 易太 高．
以 直接 利 地 Ｆ 水冷 却 或者预 冷 ，否则 可 以通过 地下 水带 走热 泵机 组冷 凝热 对建 筑物供 冷 ，旧时 把热 量转 移给 地下 水，供 冬季 使用 ． 因此 ，这 种地 下水 源热 泵 系统有 时 也称为 深井 蓄 热型地 下 水源 热泵 系统 ． ２适用 场 合 选 ｑ 水源 热泵 冷热 水机 组作 为中央 空调 冷 热源 的首要 条件 是 ：具 备可 以 ｛ 刹用 的 、可靠 的地 Ｆ 水源 ． 具 体来 说， 用的地 下 水应 满 足如下 条件 ： 适 ２ １ 水量 充足 地 Ｆ 水水 量是 否 能满足 ｆ ｔ所 需要 的水量 是 要回答 的第 一 问题． 程 程 上冬 季和 夏季所 需 要的地 下水 撮 是 由井 水源 热泵 冷热 水机 组性 能 、井水 水温 及 建 筑物 空调 的冷 、热 负衙等 闲紊决 定 的． 因此 ， 所 选择 的 地下 水 井 出水 量应满 足 １程 上的 需要 ． ： ２ ２ 水 温适 度 众所 周 知，井水 水温 越 高，井水源 热 泵冷 热水 机组 的制 热能力 和性 能 系 数 越 人． 因此， 希望井 水水温 不 要太低 ． 散 要 求 ：热 采工 况 时，井水 水温 为 ｌ ～２ ℃， 以 低 Ｊ ０ ℃为 宜 ：制 冷 Ｊ况为 ｌ ～３ ℃， ２ ２ １ 一 ８ ０ ２ ３ 水 质适 宜 防』： 管 路 、 殴备等 Ｊ’ 腐蚀 、黪 损 、 堵塞 等 ， 所 以保 ｝水 的 质 照 ｉ 对 ｊ Ｆ 是 卜 重要 的． 分 ２ ４ 供 水稳 定 井水源 热泵 冷热 水机 组在 冬季 每天 要连 续运 行 ２ｈ ， 因此， 要 求含 水 ０ 层 的蓄水 量要 大， 水井 要能 连续 而稳 定地 供水 ． ３地 下水 源 热泵 系统 运行 中 出现 的 问题 及预 防措 施 人们对 地 Ｆ 水源 热采 系统运 行 中出现 的问题做 了很 多详细 的调查和 分析 ， 主 要有 以下 三 类 ： 回灌 阻 塞 问题 、腐蚀 与水 质 问题和 运 行管 理 问题 ． ３ １ 回灌 阻塞 问题 回灌井 堵塞 和溢 出是 大多数 地 下水源 热 泵都 会 出现 的 问题． 吲灌井 堵塞 的原 因和 处理 措麓 大致 可以归 纳 为 下丽六 利 情 况 ： ， ３ １ ｌ悬 浮物 堵塞 ．， 注 入水 中 的恳浮物 含 量过 高会 堵塞 多孔 介质 的孔 隙，从 而使井 的 同灌 能 力不 断减 小直 到 无法 回灌 ，这 是 回灌井 堵塞 中最 常 见的情 况． 此通 过 预处 理控制 叫灌 井 中悬浮 物 的含量 是防 止 回灌井 堵塞 的 首要方 法． 在回灌 耿 岩含

地源热泵系统抽灌模式下对地下水渗流场——温度场——应力场的影响

地源热泵系统抽灌模式下对地下水渗流场 温度场 应力场的影响作者简介：王科以（１９８６－），男，辽宁盖州人，本科，地质工程师，研究方向：地下水环境分析预测㊁机场软土工程勘察㊂王科以（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队，辽宁锦州１２１０００）摘㊀要：阐述了地下水源热泵的基本理论，建立地下水源热泵饱和土体渗流场 温度场 应力场耦合数学模型，运用ｃｏｍｓｏｌ软件模拟沈阳某地下水源热泵使用区的三场变化规律，结果表明渗流场的变化引起温度场和应力场的变化，温度场和压力场都是时间的函数㊂关键词：地下水源热泵；渗流场；温度场；应力场；数值模拟中图分类号：Ｐ６４１文献标识码：Ａ文章编号：２０９６－２３３９（２０１８）０１－００８３－０２１㊀地下水源热泵的基本理论地下水源热泵的工作原理是将浅层的地下水资源当作储存能量的场所，承压含水层或潜水层的水温是相对恒定不变的，将承压含水层或潜水层的水用泵抽到地面，输入少量的高位电能和运行压缩机的系统，在夏天将温度较低的水经过流动，吸收室内的高温再通过管道将水回灌到含水层内；在冬天通过水泵的作用将含水层中温度较高的水循环至室内，升高室温，循环后温度较低的水应用水泵回灌至含水层内，夏天实现冷能量从低位能转化到高位能，冬天实现热能量从高位能转化到低位能的目的，最终实现建筑物夏天制冷和冬天供暖的一种新型的无污染的能源系统㊂地下水源热泵系统的具体运行过程是将地下水应用水泵和管道的运行将水抽到地面，地下水在室内循环最终实现能量交换的过程，交换能量后将水再通过管路和水泵回灌至含水层内㊂在这个循环的过程中，夏天经过循环后的水温高于循环前的水温，冬天循环后的水温低于循环前的水温，最终实现制冷和供暖的目的㊂在地下水源热泵运行的过程中，如忽略灌水井和抽水井在运行中地下水在土壤和岩体多孔介质的运行规律，灌水井和抽水井的布置间距较近，非常容易产生热突破的现象，影响地下水源热泵的正常运行㊂当抽灌水的间距布置太远，水资源的能量就不能充分利用，降低资源的利用效率，因此必须合理布置间距㊂地下水源热泵在运行中，地下水在岩土体中的运移是渗流过程㊂在地下水流经的岩土体区域，岩土体和地下水间进行热量交换，地下水运用水泵从土壤和岩体中灌入和抽出的过程中其有效应力发生了改变㊂地下水源热泵运行中渗流场㊁温度场㊁应力场三场相互作用，如何在渗流场㊁温度场㊁应力场作用下布置抽灌水的合理间距是目前要解决的重要问题㊂２㊀模拟模型的建立本文以沈阳某地区的抽灌水井的布置实例，依照试验结果和该地区布置的实际灌水井和抽水井的位置，模拟范围为２８０ｍˑ２６０ｍ，该地区模拟的模型参数分别如下：抽水井温度：２８５Ｋ；地下水体积分数：０．２５；实体体积分数：０．７５；地下水导数系数：０．８Ｗ／（ｍ㊃Ｋ）；地下水比热：４２００Ｊ／（ｋｇ㊃Ｋ）；灌水井温度：２９８Ｋ；实体比热：８００Ｊ／（ｋｇ㊃Ｋ）；实体导热系数：２．２Ｗ／（ｍ㊃Ｋ）；实体密度：２４００ｋｇ／ｍ３；地下水流速依据条件变化；地下水初始温度：２８５Ｋ㊂按照沈阳的地理位置，每年的供暖期为４个月，休整期２个月，制冷期４个月，休整期２个月，制冷期和供暖期是互逆的过程，原理基本是一样的㊂文中以制冷期为研究对象，在制冷期中，含水层中的水温比室温低，水经过水泵和管道的运输达到室内，经过循环，吸收室内的温度后，水温温度变高，再经过灌水井回灌至含水层内㊂将研究区域的所有抽灌水井的平面布置图输入ｃｏｍｓｏｌ软件内，输入模型的各个设定参数，其中７口抽水井在模拟区域的下方位置，６口灌水井在模拟区域的上方位置，渗流方向是从北至南㊂３㊀实验模拟结果及参数分析（１）运用ｃｏｍｓｏｌ软件进行模拟，地下水源热泵制冷期运行１０ｄ㊁１２０ｄ应力场的变化特点如图１所示㊂图１㊀１０ｄ㊁１２０ｄ应力场（Ｐａ）变化的规律从图１的模拟结果可以看到，应力的大小沿着每个３８灌水井的周围向外面逐步增大：时间越久灌水井周边应力的颜色就越深，表明灌水总量增加应力加大㊂抽水井的应力变化和灌水井的应力变化是相反的㊂从图中可以看到，１０ｄ时抽水井和灌水井周边的应力有了一些变化，应力的变化主要集中在灌水井和抽水井周边的位置，应力变化范围比较小，１２０ｄ抽灌水井周边的应力变化范围更大，变化更明显㊂（２）运用ｃｏｍｓｏｌ软件进行模拟，地下水源热泵制冷期运行１０ｄ㊁１２０ｄ温度场的变化特点如图２所示㊂图２㊀１０ｄ㊁１２０ｄ温度场（Ｋ）变化规律从图２可见，时间增加，温度场的影响范围也会增加，制冷过程中吸收室内的温度，回灌水井的温度就会变高，随着运行时间增加，灌水井的温度影响整个模拟区的温度场更明显，１０ｄ影响灌井周边的温度，１２０ｄ影响整个区域的温度场㊂从图中可以看出１０ｄ时，高温使回灌井周边的小部分的温度升高，地下水是从北向南流动，沿着渗流的方向温度会有一定的拉伸作用，但不非常明显㊂制冷时间变长后，１２０ｄ时温度的影响范围已经遍布整块模拟区，１２０ｄ抽水井周边的温度也受到影响㊂抽水井和灌水井的距离布置越近，发生热贯通现象的时间就会越早，因此必须布置合理间距㊂温度场的变化随着时间的变化而变化，上面的模拟是定性分析，没有进行定量分析，下面依据模拟的数据和实际检测数据对比，来检验运用软件模拟的实用性和准确性㊂（３）图３是一号抽水井不同时间的温度变化曲线㊂一号抽水井位于模拟区的左下方，图３可以看出实值和软件模拟数值差别比较小，抽水井的周边水温在合理的范围内，没有发生热贯通的现象，表明模拟软件的模拟结果可信度高，可以作为未来设计类似地下水源热泵抽水井灌水井的井距布置的依据㊂将一号抽水井作为研究对象，由于制冷期灌水井水温高于抽水井水温，因此容易发生热贯通现象㊂本文定义温度变化大于１Ｋ表明发生热贯通现象㊂在沈阳的夏天，抽水井的初始温度约２８５Ｋ，灌水井因为水进行了热交换作用，灌水井的温度就会高于抽水井的温度㊂从图中看出抽水井的温度低于２８６Ｋ，在地下水源热泵运行期间，没有发生热贯通的现象㊂模拟软件的参数选择和输入以及实测仪器有一定的误差等问题，只要实测数据和模拟数据的误差在一定范围内就是合理的㊂模拟地区的地下水源热泵系统的抽水井和灌水井的井间距的布置很好，没有出现热贯通现象，地下水源热泵系统运行的比较稳定㊂图３㊀一号抽水井实测和模拟温度变化曲线４㊀结论本文运用ｃｏｍｓｏｌ软件，以沈阳某地下水源热泵为实例，对该地区的三场规律进行了模拟分析，得出如下结论：（１）温度场和应力场随着回灌水量的变化而变化㊂在制冷期间，增加回灌水量，最终进入土壤中的热量就会增多，温度场随之发生变化㊂回灌水的水量变大，土壤和岩体的孔隙水压力也变大，有效应力减小，回灌水井周围的应力变小㊂（２）温度场和应力场的变化都是时间的函数，时间越久，温度场和应力场受到的影响范围就越大，应力场随时间的变化和灌水量的变化而变化明显㊂参考文献：［１］㊀周学志．抽灌井群地下水运移能量传输及其传热研究［Ｄ］．长春：吉林大学，２０１３．［２］㊀王慧玲．区域流场作用下地下水地源热泵系统抽灌模式对地温场的影响［Ｊ］．地下水，２０１０（４）：４２－４４．４８。

地源热泵技术对地下水的影响分析


水 源热泵 仅是 以地下 水作 为能量 传 导介 质 ， 下水 通过 抽水 地 系统 进入 热泵 系统 经 过热 交换 又从 回水 系统 回灌 到地 下 含 水层 中。如果 抽取 的地下 水能 够完全 回灌 到地 下含 水层 中 ， 则整 个过
２ 地 源 热泵 在 国 内外 的 利 用和 研 究 现状 、 不 “ 源热泵 ” 地 的概念 ， 最早 于 １ １ 年 由瑞 士的专家提 出 ， ９２ 而该 程 中对水 源不产 生浪费 。但 是各 地 的地质情 况不 一样 ， 同的结 出水 能 力不同 ， 回灌能 力也 不 同 ， 常容 易 出现 水 资源 非 技术 的提 出始于英 、 美两 国 。１４ ９ ６年美 国在俄勒 冈州 的波兰特市 构含 水层 。 严重 时可能 引发 一些生 态破 坏 问题 。尤 中心 区建成 第一个 地 源热 泵 系统 市 中心 区安装成 功 。上世 纪 ７ 浪费 和水 质污 染等 问题， Ｏ 年 代初 期 ， 由于 石 油危 机 的 出现 和环 境 的恶化 ， 引发 了人 们 对新 其 是对 回 灌温 度 的控制 对水 源 热泵 的 可持续 发 展有 着 长远 的意
能 源 的开发 和利 用 ，因而地 源 热 泵 以其节 能 的特 点 开始 受 到重
义。
视 。上世纪 ８ Ｏ年代 后期 ， 源热 泵技术 己经趋 于成 熟 ， 多的科 地 更 学家 致力于 地下 系统 的研究 ，努力提 高热 吸收 和热 传导 效率 。 同 时越来 越重视 环境 的影响 问题 。上世纪 ９ 年 代 以来 ， Ｏ 欧美 国家的 科技 工作者 的联 系更加 密切 ， 同对地 源热 泵有 关 的环境 问题 开 共 展 了广 泛和深入 的研究 。我 国对地源 热泵 的研究始于 ２ Ｏ世纪 ５ ０ 年代 ， 要是 由各 个 大学 研 究 ， 主 而水 源热 泵 真正 大 量应 用开 始 于 ２ Ｏ世纪 ９ 年代 ．但 是水源热 泵 的长 期利 用对地 下水温度 的影 响 Ｏ 研 究较 少 ． 目前 有关 水源 热泵 对地 下水 影响研 究 主要侧 重在 两 个 方面 ： 一是 地下 水 资源 总 量 的保 护 ， 主要 集 中在 回灌 井 的结 构设 计 和成井 工艺研 究 ，以及 在使 用过 程 中如何保 证井 的 回灌顺 利 。

地源热泵空调系统对地下水资源的影响及保护措施


地源热泵空调系统 7 简称地热空调系统 : 是我国 近年来研制成功的一种新型的中央空调系统， 具有节 临汾信合大楼在山西首家安 能、 环保的优点， 0//3 年， 装地热空调取得成功。 该空调系统以地下水作为热量 交换媒介， 运行过程中对地下水会产生一定影响。 3 地源热泵空调系统的工作原理 “冷媒—— 传统空调是通过风扇进行热量交换的 — 空气”交换器，在地热空调系统中换成了“冷媒—— — 水”交换器，利用恒温的地下水代替空气作为热量的 载体。 交换器中的通水管道一端接在抽取地下水的水 泵上，另一端接在回灌井的注水管道上，地下水从一 个井抽出， 经过热交换器以后从另一个井又回灌到原 含水层中。 夏季室内热量通过热交换器由管路中的水 带到地下，散发到地下水中 < 冬季又将地下水中的热 交费往来的衔接和对账。所以制度修订应以“权责发 “借 生制” 为结算基础， 并采用现行会计规范中通用的 贷记账法” 。 01 0 取消制度中的不适条款 “上年收取， 比如 下年使用” 就完全是计划体制下
全符合国家饮用水标准，回灌井回扬水比抽水井水温 升高了 +( + , ， 钙离子和硫酸根离子的含量分别增加 了 ’’ - 和 #& - ， 总铁增加了 ") 倍， 硫酸根离子和铁 超标 $( #! 和 "( ) 倍 . 其他成分基本没有变化。 据调查，信合大楼在凿井施工中，人工填砾所用 的机械粉碎石为石灰岩，这些石灰岩取自奥陶系地 层， 其中含有石膏层， 所填砾石中含有一定量的石膏， 再加上回扬水温度较高，石膏的溶解度随温度的升高 而增大， 使砾料中的石膏溶解， 导致回扬水中钙离子、 硫酸根离子含量增加。地下水从抽出到回灌到地下， 整个过程都在铁质管道中进行，新管道中含有的大量 铁锈被带入地下，一时难以排出，使回扬水中铁的含 量有大幅度的增加。但随着回扬抽水时间的延长，铁 的含量会有所降低。 ) )( " 地下水的保护措施 严格成井工艺， 保证成井质量 由于地热空调系统中的抽水井和回灌井轮流使 用，对成井工艺要求应该比普通水井要高，必须严格 《供水管井施工及验收规范》 按照 要求施工。砾料不能 用机械碎石代替，要选择没有易溶矿物、磨圆度较好 的河砾石，保证砾料的透水性，同时防止砾料中矿物 溶解， 污染地下水。严格洗井工艺， 把施工过程中的泥 浆清洗干净， 防止泥浆堵塞回灌井。 )( # 密封回灌井 回灌井井口一定要密封，一方面可以减少回灌过 程中空气混入，另一方面密封条件下可以增大回灌压 力， 增加回灌水量。 )( ) 单井抽水， 多井回灌 在含水层介质颗粒较细的地区，可以采用一井抽 水 . 两井或多井回灌的方式增大回灌流量，尽可能将 所抽地下水完全回灌到原含水层中。 )( * 合理确定取水层位 地热空调系统对水质要求不高，因此，在水量允 许的情况下要优先使用已被污染的浅层地下水。根据 临汾市的地下水状况，城区范围内 &$ % 以内的浅层 地下水水位埋深较浅， 但污染严重， 不能作为饮用水； ""$ % / )$$ % 的承压水水质较好，是城市饮用水源， 但现已超采。根据前面分析，地热中央空调系统运行 过程中，回灌井回扬是不可避免的，所以临汾市城区 再上地热空调，在条件允许的情况下应优先使用浅层 地下水， 严格控制利用深层地下水。
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热泵工程容易导致的地面沉降等问题 , 并阐明地下水源热泵空调系统与地下水环境的相关关系 。作
者结合沈阳地应用地下
水源热泵技术之前 , 必须经过专家论证 , 由主管部门审批 , 严格把关 , 方可实施的建议 。
关键词 :地下水源热泵 ;空调系统 ;地下水环境
(4)采用地下水源热泵空调系统 , 必须考虑国 家的政策法规以及我国目前的地下水源情况 。 根据 《中华人民共和国水法》 、 《 中华人民共和国城市规 划法》 、 《城市节约用水管理规定》 、 《取水许可制度 实施办法》 和 《 城市 地下水 开发利 用保护 管理规 定》 , 我国对城市使用地下水有着非常严格的规定 。 地下水源热泵系统建设必须要遵循这些法规 。
工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying 39
水井指向回灌井 , 抽水井温度变幅比地下水流向垂 直于井对连线方向时要小 。
吉林大学建设工程学院 2007 年对 沈阳某施工 场地进行了回灌试验 , 探讨了不同回灌量 、 回灌温 度等参数影响下含水层温度场的发展规律 。 在相关
根据张远东等 (2003)研究结果表明 :随着含 水层厚度 、 井对距 离和抽 、 灌井过 滤器长 度的增 加 , 抽水井的温度变幅呈减小趋势 ;若含水层中存 在弱透水夹层 , 在弱透水层下部和上部分别进行抽 水和回灌 , 抽水井温度变幅显著减小 ;增加地下水 抽灌量会导致抽水井的温度变幅增大 ;随着地下水 天然流速的增加 , 抽水井的温度变幅呈减小趋势 。 在相同的地下水天然流速下 , 若地下水的流向沿抽
地下水源热泵空调系统与地下水环境问题的分析
———以沈阳地区为例
王 宏1 , 刘 嵘2 , 成红之3
(1.煤炭研究总院沈阳研究院 , 沈阳 110016;2.中国地质环境监测院 , 北京 100081; 3.苏州中岩勘察有限公司 , 苏州 215007)
摘要 :本文简要分析了地下水源热泵引起地下水环境改变 , 如地下水温 、 水质的改变 , 大面积地源
师 , 博士 .
2009 年第 8 期
设 “资源节约型 、 环境友好型社会” 是全社会的奋 斗目标 。 国家已经明确节能目标责任制和节能考核 目标体系及建 筑能耗在 社会总能 耗中占 有很大比
例 , 降低建筑能耗成为城市节能工作的重点 。 使地 下水源热泵空 调技术在 我国得到 广泛的应 用 。 同 时 , 中国大多数地区的地质条件也适合发展地下水 源热泵 。 预计未来几年也将进入其快速发 展时期 。 中国每年城乡新建房屋建筑面积近 20 亿 m2 , 其中 80 %以上为高耗能建筑 ;已有建筑面积近 400 亿 m2 , 95 %以上是高耗能建筑 。如以每年 2 亿 m2 建筑面积 使用地下水源热泵计算 , 其市场份额可达 600 亿元 左右 。 因此 , 地下水源热泵空调系统在我国的推广 应用具有极其广阔的前景[ 2] 。
(3)多能源 、 多用途的综合利用 。 只要热源温 度适宜 , 地下水 、 各种地表水 、 污水 、 海水 、 工业 余热水等各种低温热源都可以考虑采用热泵技术 。 热泵技术的另一个特点是一机三用 :供热 、 制冷 、 制造生活热水 。 因此技术人员在设计地下水源热泵
2009 年第 8 期
系统时应根据这些特点 , 尽量做到多种能源 、 多种 用途的综合利用 , 以最大限度地发挥热泵系统的优 势。
论文中提到 :假设含水层提高 0.5 ℃的区域 , 即为 回灌所 影响的区域 , 当回灌量为 400t 时 , 在 380h 后达到稳定状态 , 影响半径为 15.2m ;当回灌量为 800t 时 , 在 500h 后温度场趋于稳定状态 , 影响半径 为 17.1m 左右 。另外 , 由中国地质大学 (北京)开 发的地下水源热泵模拟软件 Flowheat 系统 , 也可以 用来模拟不同抽灌井比例 , 不同的抽灌井对距离的 情况下 , 地下水温度场的变化规律 , 这对于研究地 源热泵空调系统对地下水温度场的变化规律有很大 帮助[ 3] 。 3.2 地下水源热泵 空调系统与地下水水量的相关 关系
3 地下水源热泵与地下水环境的相关关系分析
由于地下水源热泵空调系统是运用地下水自有 的低品位热能 , 通过外 部高品位 的电能加 热或降 温 , 通过地下水在建筑物内的管道中循环放热或吸 热 , 从而达到取暖或制冷的目的 。 经过地下水的抽 取或回灌 , 及水在管道系统内 的循环 , 长此以往 , 必然会 对地下 水环 境产 生影 响 , 比 如 :水 温 、 水 质 、 水量的改变等 。 3.1 地下水源热泵空调系统与地下水温度场的相 关关系
(1.Shenyang branch of china coal research institution , Shen yang 110016, China ; 2.China institution of geology enviroment monitoring , Beijing 100081 , China ; 3.Suzhou Zhongyan Survey Co ., Ltd , Suzhou 215007, China)
中图分类号 :X143
文献标识码 :A
The analysis of groundwater resource of heat pump (GRHP)system and
groundwater environment by taking Shenyang city as an example
Wang Hong1 , Liu Rong2 , Cheng Hongzhi3
3 8 工程勘察 Geotechnical Investigation &Surveying
的最主要国家 , 他们几乎占领了全部地下水源热泵 市场 。据统计 , 在家用供热装置中 , 地下水源热泵 所占的比例 , 瑞士为 96 %, 奥地利为 38 %, 丹麦为 27 %;在美国 , 2001 年就已安装了 40 万台 ;而在 拿加大则以每年 20 %的递增销量处于各种热泵系统 的首位 。
groundwater resource heat pump has the complex and consanguineous relationship with the groundwater environment .From all the groundwater resource heat pump , combining the existent issues , it must be controlled to exploit the groundwater in order to protect groundwater environment , and protect the water' s temperature , water quality , and the water flux .Before the use of the groundwater resource heat pump , the scheme must be checked and reviewed by the experts . Key words:groundwater resource heat pump ;air conditioning system ;groundwater environment
据作者了解 , 目前我国应用地下水源热泵系统 时 , 有些工程的地下水回灌有困难 , 回灌井很容易 堵塞 。 因此 , 回灌一段时间以后必须对回灌井进行 回扬 , 排出一定水量 , 然后才能继续回灌 。 回扬所 排出的水量完全废弃掉 , 据不完全统计 , 每个项目 由于回扬而废弃的地下水量估计占总需水量的 5 %, 从而造成地下水资源的浪费 。
地下水源热泵中央空调系统在整体循环运转过 程中基本不产生水量消耗 , 因此 , 经过循环后的地 下水会全部注回原含水层中去 , 对区域地下水资源 量不会产生影响 。 但由于冬季抽取地下水会提取其 热量 , 这样会导致回注后的地下水较原抽取出的地 下水水温下降 。夏季主要用于制冷 , 这样需要用地 下水的温度去降低空气中的温度 , 因此 , 经过能量 置换后的地下水一般会比原来取出的地下水水温上 升 。 故地下水源热泵空调系统抽取地下水是否会因 为这种局部小范围的地下水温度变化而对整个区域 地下含水层造成温度的上升或下降 , 这也是需要认 真思考的问题 。因为文献中关于地下水源热泵空调 系统中不同的回灌量及回灌温度对地下水温度场的 影响差异对比研究尚很缺乏 , 而灌入量的大小和回 灌温度的高低直接决定了回灌井周围地下温度场的 分布 , 以至于决定是否形成抽灌井之间的热贯通 。
2 应用地下水源热泵需考虑的问题
虽然地下水源热泵技术在我国已趋于成熟 , 但 仍然存在一些地下水环境问题有待解决 。如 :地下 水的抽灌比问题 、 地源热泵的热污染问题等 。
(1)应用地下水源热泵空调系统首先要充分考 虑当地的水文地质条件 , 以及其它可利用的可再生 能源 , 做到具体问题具体分析 。 对采用水源热泵的 项目区域 , 必 须充分了 解该项目 区的水文 地质条 件 , 包括水源的水温 、 水量 、 水质等 。 若采用地下 水作为水源时 , 一般遵循的原则为 :水量充足 、 水 温适当 、 水质良好 、 供水稳定等 。 尤其要特别注意 水质情况 , 包括含砂量 、 混 浊度及水的化学性质 。 否则 , 含砂 量与混浊 度高 , 会 造成 机组和 管阀磨 损 , 回灌时会造成含水层堵塞 。因此 , 地下水源含 砂量应小于 20 万分之一 , 回灌水的混浊度应小于 20 mg L 。
1 地下水源热泵空调系统在国内外的发展现状简 述
地下水源热泵系统是一种新型节能环保的空调 系统 。它是利用地下水冬暖夏凉的特点 , 抽取地下 水到地面以上并与建筑物内的空气进行热交换 , 然 后回灌到含水层 , 形成循环 , 因此又被称为开放式 空调循环系统 。