汉中地下水资源在水源热泵技术中的应用

黄 研 （陕西理工学院土建学院，陕西 汉中 723000）

1 国内外水资源利用现状

水资源缺乏是我们目前遇到的大问题，甚至在某些地区，水资源匮乏已经威胁到当地居民的生活。因此开辟新的水源以便我们加以利用是我们的新课题。地下水资源由于开采麻烦，相比地表水资源，还有着相当大的储量。在上世纪80年代中期，全球地下水资源已开采5489亿m3，其中以美国、中国、日本、澳洲为首，占到总开采量的60%。上世纪末期，全球地下水资源开采已经超过7000亿m3。近几年，以中国和印度为首，地下水资源开采量急剧上升。

从总量来看,按照2008年的最新统计,中国水资源总量约为28124亿m3,位居世界前列。其中地表水2.6万亿m3，地下水资源匮乏，不到水资源总量的20%，并且地下水资源在饮用水中占有较大的比重。

2 汉中水资源总量现状

全市多年平均水资源总量为146.25亿m3，其中地表水资源量为144.1亿m3，地下水资源量为31.75亿m3，地表水与地下水的重复计算量为29.6亿m3。按流域分，汉江流域水资源总量102.53亿m3，嘉陵江流域水资源总量43.72亿m3。汉中气候湿润，雨量充沛，地表水系发育，地下水补给条件较好，地下水资源比较丰富。全市多年平均地下水资源量为31.75亿m3，其中山丘区为24.33亿m3，平坝区为7.42亿m3；汉江流域为24.6亿m3，嘉陵江流域为7.15亿m3。汉中盆地地下水资源量为7.0亿m3，平均补给模数为42.66万m3/km2·a；西乡盆地地下水资源量为0.42亿m3，平均补给模数为35.36万m3/km2·a。采用平均布井法计算的地下水可开采量为4.25亿m3，其中汉中盆地地下水可开采量为4.01亿m3，平均开采模数为29.49万m3/km2·a，西乡盆地地下水可开采量为0.24亿m3，平均开采模数为68.92万m3/km2·a。

汉中地区的水资源相当丰富，与全国其他城市相比，汉中市的居民生活用水来源主要是地表水资源，其丰富的地下水资源还没有得到充分的利用。因此汉中市地下水资源的利用前景十分广阔，例如可以利用在日常饮用水的供应上，或者其他生活用水方面，以补充地表水的供应。

3 已有地下水资源的应用原理及实例分析

3.1 水源热泵系统原理简介

通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

水体通过冬季热泵供暖和夏季空调制冷的方式减低建筑能耗比，在夏季将建筑物的热量转换成热量，加热水体供热水系统使用，既可以满足居民日常使用，又可以在夏季减少建筑热量；在冬季通过水源热泵机组，从水源中取走热量，供给建筑物冬季取暖[1]。

3.2 地源热泵应用及实例分析

汉中现有的地下水应用案例大都集中在农村地区，主要是比较直接的打井取水，这种方法虽然能解决部分地区的生活用水问题，但取水点比较分散较难管理，如数量众多容易造成部分区域地下水的分布不均匀。但现在自来水网的通达已经解决了这种用水方式所造成的部分影响。

汉中某四层公共建筑，项目已连续运行3年。在初始地源热泵空调设计时面积达到4200m2，实际工程中经过地源热泵公司设计安装地源热泵空调设备68台，水量80m3/h，采用钢管井开采地下水，其中最大管径DN50，采用异井回灌方式，取水井4口，回灌井8口，取水井与回灌井距离50m。

该工程在河道附近，地下为细沙结构，曾经出现系统带沙严重，后增设了沉沙池，改进了滤沙器，目前系统运行良好。

从上述的实例中我们可以看出，地下水资源在汉中地区虽有运用但都属于简单的个人生活取水行为，并且这种行为的发生也是主要由于部分地区自来水不通的原因。因此我们发现水源热泵运用方式是地下水与空调系统的利用，同时注意地下水的回灌。这样既可以在某种程度上解决大规模开采地下水时对本身水体的污染，并且缓解开采时造成的地面塌陷问题。在汉中由于是冬冷夏热气候，在建筑保温和隔热上需要更多的重视，并且考虑到地下水资源的丰富，水的比热容较大的原因。可以选择采取水源热泵技术缓解汉中建筑冬冷夏热的局面。这样既能减轻空调夏季的使用造成的加剧热岛效应情况，又能满足冬季在没有暖气的情况下的采暖问题。

4 水源热泵系统利用的优缺点分析

4.1 利用率高

水源热泵系统的特点是节能高效，在同等设备相比下，水源热泵系统消耗相同的能量，可产出高出别的系统的产品，甚至是比原有系统产出更多或更好的产品。

4.2 再生资源

再生资源主要是在人类生活历史时期耗之不尽的能源，但是在某种程度上，有些资源例如石油、核能都是能够消耗殆尽的。包括地下水资源，也是同样有用完的一天。

4.3 较高的环境效益

水源热泵机组作为一种优秀的绿色环保产品，具有污染小、无燃烧废物、无废烟排除、不产生大量废弃物等特点，也不会导致城市产生热岛效应，跟环境和谐发展。

4.4 便于推广使用

水源热泵系统可以替换原来的锅炉和空调两套装置或系统，将供暖、空调、生活热水等多项功能共同完成，使用更加便捷。[2]

4.5 运行可靠

水的比热大，因此温度变化幅度小，相对其他液体更恒温一些，波动幅度小于其他流体。因此水源热泵系统运行相对其他系统更稳定，效率高，提高其经济效益。

5 地源热泵设计的注意事项

根据以上的调研分析，可知在汉中地区设计水源热泵需要注意以下几点。

①为了合理布置热源井数目并满足持续出水量和完全回灌的要求，操作时应结合工程场地情况和水文地质试验结果进行处理。

②热源井口处应设置检查井，井管应严格封闭，井内装置应使用对地下水不产生污染的材料。

③抽水井和回灌井之间设排气装置，在工作中宜能相互转换。在抽水管与回灌管上均应设置水样采集口与监测口。地下水供水管道应该设置保温措施。

④在设计中为预防和处理回灌井堵塞，应考虑回扬措施，在确定回扬次数和回扬持续时间时，应考虑到含水层的渗水性、回灌井的结构和回灌方法等因素。

⑤当考虑到以地表水为冷热源，地下水质应满足《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）要求，当水源水质不能满足要求时，应相应采取有效的过滤、沉淀、灭藻、阻垢、除垢和防腐等措施。

⑥地源热泵在吸收地下水时，需要设置旁通阀，并且在膨胀水箱安置稳压补水装置。

⑦转换阀门应该严密不漏水，质量可靠。在机组外进行冷热转换时应该单独设置夏季和冬季的转换阀门，并明显区别。

⑧根据不同类型的建筑和不同的使用要求，以确定适合地下水资源热泵机组的形式，同时由于地下水温差的影响，机组的合理运行时需注意提高其整体机组性能。

6 小 结

通过实际调研，我们发现在汉中地区水源热泵的利用前景是极为广阔的，建筑师可以通过节能建筑的设计来完善水源热泵技术的利用，可以为汉中地区的地下水利用开辟新的途径。

[1]徐国平.试论水源热泵空调系统的优缺点及安装注意事项[J].中国科技纵横,2013(3)

[2]赵郅刚，姜耀鹏.孙伟浅析水源热泵在沈阳地区的应用优势和节能设计措施[J].建筑设计管理,2009(4).

[3]吴玉民.试析地源热泵系统应用过程中的常见问题[J].城市建设理论研究,2014(10).

[4]王蕾.浅谈水源热泵技术[J].城市建设理论研究,2013(6).