地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其在武漢地區(qū)的應(yīng)用

　　3 地源熱泵設(shè)計中應(yīng)重視的幾個問題

　　3.1水源和取水許可

　　使用水源熱泵的前提是必須有可供采取的充足的地下水源，漢口情況較好，地下水呈面狀分布，徑流緩慢，補給充足;武昌、漢陽就要根據(jù)具體情況掌握，地下水分布圖可找權(quán)威的水文技術(shù)行政部門了解咨詢。

　　有了水源以后，必須向水行政主管部門(水務(wù)局水資源管理處)申報，申報時必須有權(quán)威部門的地下水開采和回灌設(shè)計報告，得到批復(fù)后還必須繳交水資源使用費(生活用0.02元/米3，工業(yè)用0.03元/米3)。申報時還必須附上第三方確認，特別是取水井鄰近城市重大基礎(chǔ)設(shè)施和重點工程時。

　　3.2取水和回灌

　　從上面香榭里花園的水文地質(zhì)分析和計算結(jié)果可以看出，只取水不進行有效回灌或回灌不慎造成地下水污染的都是極不負責(zé)任的行為，都會造成這項利國利民的好事以人人談之色變的惡名而夭折。并且這種不負責(zé)任的行為造成的損失是無法挽回的，天津唐沽地下水過量開采，導(dǎo)致海水滲透進去，對生態(tài)造成嚴重破壞;西安由于地下水過量開采，導(dǎo)致大雁塔傾斜近1M，并且形成十三條縱、橫向裂縫，長達50公里，鐘樓下陷135mm。華北地區(qū)形成4萬平方公里的華北大漏斗。

　　武漢地區(qū)的地下水開采和回灌都是極為有利的，46米左右，不回灌沒有理由。

　　3.3水源熱泵機組能效比問題

　　現(xiàn)在有很多廠家出于商業(yè)競爭的需要，極力夸大水源熱泵節(jié)能、省錢效果，盲目提高所謂機組的能效比(有的機組COP值達到5.3甚至到6)，實際上熱泵機組活塞機COP在3.8~4.2左右，螺桿機在4.0~4.6左右，水源熱泵機z*多在此基礎(chǔ)上提高10%，充其量到5。而且單純宣揚機組的COP值有多高也沒有任何的實際意義，應(yīng)該是談?wù)麄€水源熱泵系統(tǒng)的能效比，美國制冷學(xué)會(ARI)評定“地下水源熱泵”采用的就是水源熱泵系統(tǒng)的能效比，制冷工況時，地下水源熱泵系統(tǒng)的能效比(EER)=冷負荷/井泵功率+環(huán)路功率+水源熱泵功率;制熱工況時，地下水源熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)(COP)=熱負荷/井泵功率+環(huán)路功率+水源熱泵功率。在設(shè)計水源熱泵系統(tǒng)時，應(yīng)盡量加大地下水的利用溫差，減少地下水的使用量，在較小的地下水用量和z*佳的水源熱泵機組工況的優(yōu)化組合下才能達到z*高的水源熱泵系統(tǒng)的使用能效比。

　　3.4地表水水源熱泵機組的換熱問題

　　熱泵與地表水的換熱可采用開式循環(huán)或閉路循環(huán)兩種不同的形式。開式循環(huán)是用水泵抽取地表水在熱泵的換熱器中換熱后再排入水體。但在水質(zhì)較差時換熱器中易產(chǎn)生污垢，降低換熱效果，嚴重時甚至影響系統(tǒng)的正常運行。因而地表水熱泵系統(tǒng)一般采用閉路循環(huán)，即把多組塑料盤管沉入水體中，熱泵的循環(huán)液通過盤管與水體換熱，可以避免因水質(zhì)不良引起的污垢和腐蝕問題。由于地表水溫度受氣候的影響較大，與空氣源熱泵類似，當(dāng)環(huán)境溫度越低時熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會降低。一定的地表水體能夠承擔(dān)的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因數(shù)有關(guān)，需要根據(jù)具體情況進行計算。這種熱泵的換熱對水體中生態(tài)環(huán)境有無影響目前還未見到明確結(jié)論，必要時應(yīng)預(yù)先加以考慮。深水湖在夏季會產(chǎn)生溫度的分層，湖底保持較低的溫度;冬季湖面結(jié)冰后會限制湖水溫度的下降。從目前的實際工程情況來看，自然形成的淺水性湖泊受外界氣候或熱污染影響較大，人工深水湖(水庫)是可以提供給熱泵使用的較好的地表水體資源。

　　3.5地下耦合熱泵機組的換熱問題

　　地下耦合熱泵系統(tǒng)換熱器為一個由地下埋管組成的地?zé)釗Q熱器 (geothermal heat exchanger, 或ground heat exchanger)。地?zé)釗Q熱器主要有水平埋管和豎直埋管兩種設(shè)置形式。水平埋管形式是在地面開1~2米深的溝，每個溝中埋設(shè)2、4或6根塑料管。豎直埋管的形式是在地層中鉆直徑為0.1~0.15 m的鉆孔或利用管樁，在鉆孔或管樁中設(shè)置1組(2根)或2組(4根)U型管并用灌井材料填實。鉆孔的深度通常為40~200m。現(xiàn)場可用的地表面積是選擇地?zé)釗Q熱器形式的決定性因素，因此一般采用節(jié)省土地面積的豎直埋管地?zé)釗Q熱器。地?zé)釗Q熱器所需埋管的總長度需要根據(jù)埋管的形式、地下巖土的熱物性、地下的溫度和冷熱負荷的情況作詳細的計算才能確定。設(shè)置地?zé)釗Q熱器的主要費用是鉆孔的費用，正確設(shè)計地?zé)釗Q熱器埋管的長度對于保證系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟性十分重要。在有條件時可以結(jié)合建筑樁基形式利用樁孔進行埋管設(shè)置，可省去大量的鉆孔費用，施工也極為方便快捷。

　　4 結(jié)束語

　　地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在我國是一項新的技術(shù)，它是一項跨專業(yè)、跨學(xué)科的綜合能源利用技術(shù)，需要通過相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的通力協(xié)作，做好勘測、設(shè)計、施工、調(diào)試等各項工作才能使系統(tǒng)達到要求的節(jié)能、環(huán)保性能。近幾年在全國各地已經(jīng)有大量工程投入使用，應(yīng)該積極對實際運行經(jīng)驗進行總結(jié)，以其使地源熱泵這項利國利民的可再生能源利用技術(shù)得到健康有序的發(fā)展。

　　參考文獻

　　1. 殷平.地源熱泵在中國[C].見：現(xiàn)代空調(diào)(3) .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001：1-8

　　2. 秦紅，文遠高，張文華.空調(diào)系統(tǒng)的地表水利用及其節(jié)能和環(huán)境影響分析[C]. 見：全國暖通空調(diào)制冷1998年學(xué)術(shù)文集.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998：322-326

　　3. 陳焰華，祁傳斌，茅貴文等.武漢地區(qū)水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用前景分析[C]. 見：暖通空調(diào)新技術(shù)(4) .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 ：33-36

　　4. 郁松濤，王付立，張子平.武漢清江花園空調(diào)設(shè)計[A]. 見：高層建筑空調(diào)設(shè)計實例.北京：機械工業(yè)出版社，2005

　　5. 徐偉等譯，地源熱泵工程技術(shù)指南[M] .北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001

　　6. 刁乃仁，方肇洪.地源熱泵--建筑節(jié)能新技術(shù)[J] .建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2004，23(3) ：18-23