地源热泵在关中地区工程应用剖析——陕西省建筑设计研究院 李建平

地源热泵技术在我国的应用越来越多，如何应用，在什么条件下应用，应用中利与弊的分析，都是地源热泵工程技术得以正常运行的先决条件。笔者将陕西关中地区的一个应用研讨做为实例，从中找出地源热泵工程技术在应用中的一些共性和特性的问题。

引言

地源热泵工程技术在我国应用已有十几年了，但近几年发展较快，许多省市如北京、沈阳、山东、四川等应用越来越多。陕西在全国的地源热泵工程技术应用来看，属于中等发展省份。但事物发展之快，使得这项技术在陕西关中的县市也多有应用，笔者针对关中某县办公楼是否采用地源热泵工程技术，与有关专家在一起进行了研究探讨，并通过这一个讨论点，试对陕西这个面的地源热泵的技术应用，提供一些思路，一些分析方法，对问题普遍性和特殊性进行一些探讨。并对具体问题应如何分析和决策，提供一点借鉴。

某县办公楼相关工程技术概况

某办公楼7248㎡，属地震灾后重建的新建筑。有关领导强调在设计理念和建筑外形上应有一定的超前意识，加之该办公楼附近周边单位有使用水源热泵工程技术的先例，使水源热泵的问题得以提出。据了解，该县城虽不算大，但在县城里的人人乐商城、县法院、县中医医院、银都华府小区等均采用了水源热泵这一工程技术。故业主邀请了交大、西建大教授，西北设计院、省设计院总工，及业主、设计、周边使用单位、地质、水文勘测单位代表等，就该办公楼和附近的其他原有建筑共2万㎡能否采用水源热泵技术或采用什么空调方式为宜展开研讨。

相关人员对该县的天然气供应情况、电力供应情况、城市供热远近规划、地形、地貌等情况均做了详细的介绍，并把县规划发展情况和相关领导对建设发展提出的经济、适用、安全可靠、环保节能，相对超前的可持续发展的原则做了介绍。欲了解办公楼如何采用地源热泵，我们先通过分析另一项目——县中医医院水源热泵工程应用来推断研讨县办公楼的热泵应用。

县中医医院水源热泵工程应用概况

工程概况

县中医医院中央空调工程分两期进行，总面积15000㎡，前期施工面积为7000㎡。其中住院楼与门诊楼供冷、供热波动很大，系旧楼改造工程，机器使用SLG1380A机组(110KW)，两台压缩机，现运行一台，抽水井与回灌井四口，抽水泵4台，140m扬程，抽水量40立方米/小时—60立方米/小时，功率22KW，循环泵采用软启动，定流量系统，抽水泵采用变频控制，根据进水口、出水口温差大小调节抽水量，PLC控制抽水与回扬时间及次数，液晶触摸屏，进行人机对话。供暖时回水温度调节在43℃—39℃之间，运行费每天1600元，比同期烧煤(5—6吨/每天)节省1000元左右。(专家对此提出异议)

抽水井与回灌井

水井：井径300mm，井深150m，取水深度120m，滤水管8节，每节下在同一地层，这样实现同层抽水，同层回灌。抽水量40立方米—60立方米/小时，据电脑测井结果显示，75m—150m之间砾石、中砂、细砂，累积厚度20m左右。

凿井过程中，为了不影响建筑地基，在离建筑13m之外凿井。在60m时红泥封井止水，滤料采用1cm左右豆石填充，为了保证出水量及回灌量，洗井时，采用大功率水泵长时间间歇抽水，洗井时间在20天左右。

井管使用钢筋混凝土蒸汽管，电焊连接，井口钢板密封，有利于加压回灌，井管上部用混凝土浇注，厚度30cm，防止水从井管外壁冒出。

抽水与回灌方式

中医医院中央空调，采用单井抽水三井回灌的方式，抽水井既是抽水井也是回灌井，抽水管道既是上水管也是下水管，当任何一个井泵抽水时在保证机器水量的情况下，其它三口井同时进行回灌，当机器载荷增大时，抽水量增大，回灌自动增压(2kgf/平方厘米—3.2kgf/平方厘米)相当于水位增加了30m高度，从而增大了单井回灌量实现100%回灌。

地面物探概况

该区属暖温带半干旱、半湿润气候类型。其特征是：春暖干旱，夏热多雨，秋凉湿润，冬寒少雨;多年平均气温13.5℃，一月最冷平均气温-0.9℃，七月最热平均气温27.3℃;多年平均降水量533，降雨多集中在7、8、9月，占全年降水量的50%以上，是地下水的主要补给期，多年平均蒸发量为1722.9，是降水量的3.2倍。区域中没有大的断层或裂隙存在。

从地面物探结果观察，该区灌井主要以开采深层水为主，主要含水段在16至24、75、120米左右。激发比大于0.30时说明有含水层存在。测深至120米左右以下视电阻率相对增大，分析为地层变化，钻进该深度时应予以充分考虑。

参考区域地质资料，24米左右地下水应为潜水，开采量有限。而75米左右含水层较薄。比对周围甘亭镇刘老庵、光明、五竹、吕公寨农村饮水工程已成井，该区1

20米～180米左右为主要取水层。

建议成井200米左右。

专家们对提供信息的分析探讨意见

针对上述诸多情况的分析探讨，专家们从不同角度对水源热泵工程技术的应用，提出了自己不同的看法，并对该县某办公楼采用水源热泵的可行性进行了进一步分析讨论。

对不同空调形式的运行费用可靠性分析

县中医医院对水源热泵机组在冬季运行情况和一天的运行费用与燃煤锅炉(原有采暖形式)进行了比较。其结果是比燃煤锅炉的运行费用每日节省1000元。专家认为有些经济数据的采集存在着一些问题，比如煤的消耗量、煤的当地采购价格等。应该进行详实科学的比较，不能为说明某个倾向性的问题而对采集的信息数据轻易选择，这样得出的结论有失公允。并强调在空调系统的初投资、运行费用、电价、气价、水价等方面进行比较时，一定要详实准确，并做到科学公正。比如该县的电价，应以该县电管局公布的价格为准，单位制定的内部二次价格变化较大，不宜作为比较的基础。而且，做为比较，应多方面的进行综合比较，有专家可列出27项内容的比较。我们的比较也应该更全面、更详实、更科学、更具有说服力。

水源热泵的工程技术应用要因地制宜

水源热泵或土壤源热泵技术在国外有几十年的历史，尤其在北美和欧洲已非常成熟。近些年来国内许多科研设计单位和企业在开发利用地源热泵技术方面也取得了非常大的进展，设备和技术日臻完善，在全国各地做了许多示范工程，积累了相当丰富的经验，发展势头强劲。就我省而言，在国家发改委颁布的示范工程已近十个，实际应用的地源热泵工程已达70～80个，陕南地区已水源热泵为主，采用地下水、地表水进行热交换。关中、陕北地区以土壤源热泵为主，采用地下埋管进行热交换。正是因为发展势头迅猛，而我们的相关地源热泵系统工程的设计规范、标准、技术措施还没有相应完善，使一些实际工程存在一定程度上的盲目性和跟随性。就陕西地区而言，土壤源热泵技术项目相对使用情况比较稳定和良好，水源热泵在陕南地区使用情况也比较好，而水源热泵在陕西关中地区的应用则有好有坏。靠近水源地(如渭河边的杨凌项目)或地下水较丰富的地方使用情况良好，否则使用情况就差别很大，不是效率衰减很快、就是干脆用不成了。这就说明了水源热泵工程技术对水源的依赖性。水源条件好，热泵工程技术应用稳定。本工程电测水文资料显示井深200m，从常规做法来讲，认为井深越浅越经济，120m被认为是经济拐点，更深的打井无疑要加大初投资了。水源条件不稳定，热泵工程技术受很大的影响。也就是说，地面下的水资源情况，决定着地面上成熟技术的应用效果。所以，详实的当地水文资料是水源热泵是否选用的先决条件。

水文电测情况和周边地质情况分析

水文电测情况表明，我们工程所在地取地下水，需打井200米，参考周边水源热泵使用单位1个抽水井、3个回灌井的比例的话，现有2万平方米则需要更多的井。抽、回水井之间距离以20m计，地面上的房屋之间的间距是否允许，机井的不同材料其价格也差别很大。从地质情况介绍可了解到，该县南部靠近秦岭，地下沙砾较多，水的渗透性好，而该办公楼所在地的地质为湿陷性黄土，水的渗透性很差，这就说明水的回灌有问题，必须采用加压回灌。有没有打井的位置，取水井与回灌井的数量之比，取水井与回灌井在不同水位时的间距以及打井承压所需材料等问题，从水文地质资料中都使人要考虑到存在问题的无法规避性。

科学客观、认真分析具体情况，综合考虑技术方案的可行性

我们国家人口众多、资源有限，水源热泵技术符合国家可持续发展战略，而且也有着一些明显的特点，如：环保节能、节省热源(锅炉房);一次投资相对经济(为传统中央空调的1/2～1/3);节能经济、能源利用率高、COP值高;运行可靠;机组主要运行零部件少;灵活安全，一机多用等等。我们在认识水源热泵工程技术优点的同时，也要具体情况具体分析，把不利因素找出来，如水文地质情况、打井占地情况、水质水量情况、近期远期的水量变化情况。尤其要关注地下水回灌情况，这一问题解决不好，很可能将好事变成坏事。从利用地源热泵的角度看，以土壤源稳定性最好，地表水源比地下水源稳定性好，地下水源即便当时稳定，但几年后的变化情况就不好说了，这不仅要看具体的采水点，还要分析采水点所处的大环境情况及发展趋势。

对建筑使用功能的兼顾

不同的建筑其使用功能也不相同，该办公楼除了正常的上、下班制度外，存在着节假日和晚上经常加班的可能。中央空调对个别房间的使用调控起来，明显的存在不足。而周边的商场、医院及住宅小区使用中央空调，调控问题就显得简单了。专家们提出，在考虑空调方案的时候，对建筑物的使用功能一定要加以分析，从而使确定的空调方案，更加符合建筑的使用功能。如多联机的空调形式对办公楼的使用功能就比较趋近人性化的使用和管理。多联机能够满足办公

楼个别房间加班加点的调控要求，管理也相对简单。当然，多联机用的是高品位的电能，从会计成本来计算是便宜的，从社会成本来考虑，尤其我国是一个以煤发电为主的国家，对不可再生能源的使用和对可再生能源的使用都需要我们认真地分析对待。

西安地区水源热泵使用情况概况

专家来自西安几个大设计院，还有高校的行业教授，对西安地区水源热泵的使用情况做了简单的分析介绍。西安地区有使用水源热泵，也有土壤源热泵，还有污水源热泵。其中有几家已申请到国家可再生能源示范工程项目，获得了国家相应的补贴，如：高新区管委会的都市之门、四军大的污水源热泵、长安大学、杨凌示范区、咸阳天虹基、紫韵小区、商洛江南小区等。这些项目的成功使用对西安和陕西地区有关地源热泵的应用起着良好的推动作用。但是，西安地区在使用水源热泵时，也有几个项目采用水源热泵时应用情况不是很好，主要原因是水文地质勘测和实际打井有偏差;水量水质没达到预计的要求，且逐年减少;回灌困难，有的干脆直排掉了。如此而来，一个可再生能源的利用，弄不好就变成了可再生能源(地下水资源)的破坏和浪费。目前，西安市区内打井取地下水做水源热泵系统的可能性已很小。地下水管理机构已严格控制在市区内打井了。土壤源热泵和污水源热泵专家较为推介，省、市的相关部门也创造条件让土壤源、污水源热泵系统在使用空调时多加考虑。

另外，作为一项较新的技术应用，我国在制定法规和规范方面也相对滞后。工程做了这么多了，还没有相应的设计规范和标准及安装使用手册，这些问题也制约了该技术的推广应用，让许多业主也没办法决策。但多听些意见和建议对正确决策是有很大帮助的。

专家的意见和建议

按现有电测水文报告资料提供的数据，我们办公楼如采用水源热泵的方案，其不稳定性和投资将加大，考虑到电测水文报告的准确性，建议可以请更加专业的水文地质专家对地下到底是富水还是贫水做进一步的勘测，并打监测井取得第一手技术资料进行分析后对水源热泵的应用进行取舍。

也可以考虑其它空调采暖方案，如多联机，如空调+采暖等形式，城市供热已确定，几年之内电厂的余热将覆盖全县，我们考虑目前的方案时，也要结合远期规划的合理搭接，以使近、远期的规划和办公楼的使用更趋于合理。

结语

在参加了很多空调方案的选择研讨会后，感到此次应用研讨有几个特点：

1、 业主重视，参加人员来自各不同行业;

2、 没有主导意见，完全由大家研讨，充分发表各自的意见;

3、 对陕西关中地区使用水源热泵情况有所了解，尤其是一个县城已有许多单位使用，而且使用情况较好，说明关中地区在资源条件好的情况下，仍可采用水源热泵工程技术;

4、 周边有采用水源热泵的，不代表这一地区都能用，要在详实的水文资料分析监测中进行取舍，并根据建筑物的使用特性决定其不同的空调方式;

5、 对一个工程空调方案的分析，如同解剖一只麻雀，从中找出一些科学的规律性的东西来，以期对陕西关中地区相应工程起到参考和借鉴作用。