錦州市某物流園水源熱泵系統(tǒng)可行性論證分析

馬躍　趙建洲

摘 要：水源熱泵系統(tǒng)是一種高效節(jié)能、經(jīng)濟合理、冷暖兩用、運行靈活且無污染的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。錦州市某物流園擬采用水源熱泵地溫空調(diào)系統(tǒng)，以解決物流倉庫室溫調(diào)節(jié)問題。文章結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)條件，對該系統(tǒng)的可行性進行分析。結(jié)果表明，該系統(tǒng)合理可行，且對區(qū)域水資源狀況和地質(zhì)環(huán)境等基本沒有影響。

關(guān)鍵詞：水源熱泵；水文地質(zhì)；井群設(shè)計；環(huán)境影響

引言

隨著能源和環(huán)境問題日益突出，如何高效地使用能源、回收各種余熱和減小對環(huán)境的污染成為人們關(guān)注的焦點。水源熱泵正是利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的新型空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵機組工作原理：地球表而淺層水源吸收了太陽進入地球的輻射能量，在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水中，由于水溫度低可以高效地帶走熱量，冬季則從水源中提取熱量，經(jīng)過熱泵機組使水升溫后送到建筑物中。

錦州市某物流園為解決室溫調(diào)節(jié)問題，擬采用水源熱泵地溫空調(diào)系統(tǒng)，利用地下水為供水水源。為了保證水源熱泵系統(tǒng)取用地下水的合理性、可靠性及可行性，對該項目進行論證，以保證水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以提供安全、可靠長期穩(wěn)定的地下熱（冷）源，促進地下水資源的合理利用和保護。

1 工程概況

擬建的物流園位于遼寧省錦州市凌河區(qū)百股村，規(guī)劃用地面積100908m2，總建筑面積62109.15m2，其中：地上建筑面積57514.50m2，地下建筑面積4594.65m2。物流園內(nèi)供暖面積約50000m2，由水源熱泵地溫空調(diào)系統(tǒng)進行夏天制冷，冬季供熱。根據(jù)計算，本項目夏季供冷時冷負荷為2423kW，建筑物冬季供暖時熱負荷為2872kW。本項目采用的機組設(shè)備參數(shù)如下：制冷工況時設(shè)計供回水溫差為11℃、COP為5.2；制熱工況設(shè)計供回水溫差為5℃，COP為5.2。本系統(tǒng)擬運行狀態(tài)如下：夏季運行50天、每天運行10小時，設(shè)計取水量240m3/h、日最大取水量2400m3；冬季運行150天、每天運行8小時，設(shè)計取水量400m3/h、日最大取水量3200m3，年取水量為60.0萬m3。

2 水文地質(zhì)條件

該場地所處地貌單元為小凌河沖積平原，地層巖性上部為填土、黏性土、粉細砂，中下部為圓礫，底部為基巖。地下水類型屬孔隙潛水，含水層為第四系圓礫層。其補給來源主要為大氣降水入滲補給、地下逕流側(cè)向補給和豐水期小凌河河水補給，以蒸發(fā)、地下逕流及人工開采形式排泄。含水層富水性中等～強。水位變幅在1.0m～1.5m，水溫變化較小。地下水埋深6.0m，含水層厚度15.0-18.0m，含水層連續(xù)穩(wěn)定，透水性較好，地下水逕流條件較好。地下水總的徑流方向為由北向南，水力坡度1.2‰左右。根據(jù)抽水試驗結(jié)果可知，單井涌水量為1440t/d，滲透系數(shù)K為73.4m/d，影響半徑R為132.7m。根據(jù)水質(zhì)檢測分析成果并結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，本區(qū)地下水無色、無味、無肉眼可見物。按照《地下水質(zhì)量標準》評價，除總硬度為Ⅳ類外，其余指標最高為Ⅲ類，總體評價水質(zhì)較好。

3 取用水合理性分析

3.1 取水合理性分析

水源熱泵系統(tǒng)是一種高效節(jié)能、經(jīng)濟合理、冷暖兩用、運行靈活且無污染的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。它間接利用地下水，借助壓縮機系統(tǒng)，完成制冷（制熱）。它取代了鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式，不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，是一種理想的綠色技術(shù)，具有節(jié)能環(huán)保、運行穩(wěn)定、維護簡單等特點。本項目的建設(shè)符合國家的產(chǎn)業(yè)政策，項目建設(shè)有利于錦州市的能源結(jié)構(gòu)，有利于促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和水資源合理開發(fā)和利用，因此本項目取水合理。

3.2 用水合理性分析

場地所在區(qū)域地下水資源比較豐富。水源熱泵系統(tǒng)通過抽水井群將地下水抽出，經(jīng)過二次換熱或直接將提取的地下水送至水源熱泵機組，在經(jīng)過提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下原含水層。由于循環(huán)過程中的地下水僅僅是能量的提取，且在提取能量過程中井水處于封閉狀態(tài)，并未與空氣及其他物質(zhì)接觸，故在理論上地下水在循環(huán)過程中不會遭受任何污染物的污染，而且水量也沒有損失，不會對地下水環(huán)境帶來負面影響。水源熱泵系統(tǒng)取水與回灌同時進行，其影響范圍不大，且每天用水時間不連續(xù)，地下水位有恢復(fù)的時間。因此場區(qū)地下水具備作水源熱泵水源的條件，本項目用水工藝合理。

3.3 用水量計算

依據(jù)勘察資料冬季地下水水溫為11.2℃，夏季為14.4℃， 按照本項目水源熱泵機組設(shè)計供熱（或制冷）工況，冬季回灌水的溫度為6.2℃，夏季為25.4℃。根據(jù)工程概況中提供的冷熱負荷及機組設(shè)備參數(shù)，可以計算得出系統(tǒng)用水量。

3.3.1 夏季供冷時

式中：G：冬季供冷時需要的地下水量，m3/h；Q：建筑物冬季供冷時熱負荷，kW；COP：冬季制冷能效比；Δ：進出換熱器地下水溫差，℃。

計算結(jié)果表明，項目制冷用水量應(yīng)為225.8m3/h，采暖用水量為398.9m3/h，本項目預(yù)計的制冷用水量為240m3/h，采暖用水量為400m3/h，與理論計算值接近。因此本項目制冷用水量為240m3/h，采暖用水量為400m3/h是合理的，設(shè)計時最大水量可按400m3/h考慮。

4 井群設(shè)計

根據(jù)抽水試驗及干擾井出水量計算，抽水井降深1.5m時單井干擾出水量為54.3m3/h。為滿足本項目設(shè)計最大用水量400m3/h，需建8眼取水井方能滿足要求。設(shè)計時通?？紤]1眼為備用井，因此取水井設(shè)汁為9眼。根據(jù)回灌試驗成果，單井回注量為25m3/h，為保證將設(shè)計最大取水量400m3/h全部回注地下原含水層，需建16眼回水井方能滿足要求，另需考慮2眼為備用井。因此回水井設(shè)計為18眼。

5 結(jié)束語

本項目采用水源熱泵系統(tǒng)，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和項目區(qū)域地下水開發(fā)利用要求，項目取水合理可行。水源熱泵系統(tǒng)用水只是提取或釋放地下水的熱量或冷量，用水過程不消耗地下水量，也不會對地下水環(huán)境造成影響，項目用水工藝合理，設(shè)計冷、熱負荷符合國家標準，項目用水合理可行。本項目用水過程不消耗地下水量，用水過程為封閉狀態(tài)，其退水不會影響區(qū)域地下水水質(zhì)狀況。因此本項目取水對區(qū)域水資源狀況基本沒有影響，亦不會對區(qū)域水環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境等造成影響。

參考文獻

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作者簡介：馬躍（1982，9-），男，工程師，從事土木工程設(shè)計施工作。

趙建洲（1986，6-），男，工程師，從事巖土工程勘察設(shè)計工作。