齐齐哈尔市地温水源热泵空调系统应用情况与可行性分析

时间：2024-07-28

李清欣，姜涛

(1.齐齐哈尔市水资源管理处，黑龙江齐齐哈尔161005;2.齐齐哈尔市水政监察支队，黑龙江齐齐哈尔161006)

随着科学技术的发展，人们在环境保护意识的增强和生活质量的提高，地温水源热泵空调系统自2002年6月进入我市建筑市场，现将几年来该系统应用的有关情况简要介绍，在水资源利用方面进行可行性分析。

1 概述

1.1 水源热泵空调技术原理

水源热泵是通过向设备输入少量的高品位能源—电能，提取地下水的低温位热能，转变为高温位热能。其原理、系统设备组成及功能与制冷冰箱是类似的，以压缩式水源热泵系统为例，系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成，压缩机起着压缩和输送循环工质(即传输能量的液体，分常规热泵工质和绿色环保型工质)从低温低压至高温高压处的作用，是系统的心脏;蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体(盘管循环水)的热量，达到制冷的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质(盘管循环水)带走，达到制热的目的;膨胀阀或节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。也就是，水源热泵通过输入少量的电能，提取地下水的能量，把温度在6℃ ～8℃的地下水抽上来，通过分别的密闭管线，用瞬间循环工质(分有氟工质或无氟工质)把水中的热量或冷量“吸取”出来，降、升温度约2℃～3℃的地下水再通过密闭管线回灌地下。被“吸”出的热能或冷量被送入暖气系统或中央空调系统，冬季可使室内温度升至18℃～25℃，夏季可使室温控制在25℃以下。水源热泵机组是一种水冷整体供冷/供热机组，机组带有一套可逆式制冷循环系统，夏季制冷，冬季供热，用时还可提供卫生热水，它是一种可全年运转的空气调节设备。

1.2 热泵技术的由来

地源热泵的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利，根据所采用的热源可分为土壤埋管和水源2种。地源热泵技术真正意义的商业应用只有近20几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14 000台地源热泵，而1997年就安装了45 000台，到2002年已安装了近50万台，而且每年以10%的速度稳步增长。而中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水，家用的供热装置中，地源热泵所占比例较大，瑞士为90%，奥地利为38%，丹麦为27%。

1.3 热泵技术在我国的发展和应用

自1996年以来，我国水源热泵事业发展迅速，全国设备生产企业已有数十家，已建成投入运行的工程几千个，越来越多的用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。①由于全世界范围更加关注能源、环境与可持续发展的问题，中国以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，加大节能的力度。既能在冬季供暖、又能在夏季制冷，同时，又可提供生活卫生热水的地源热泵系统成为人们一个很好的选择;②地源热泵系统经过多年的研究，技术上已经较为成熟，机组性能较为稳定，是建设部门、环保部门大力推广的项目。

目前，我国水源热泵空调机组生产厂商较多，从总体看，多为组装设备，部分压缩机源于国外。经了解几年来介入我市的厂商有:清华同方人工环境有限公司、鞍山胜利空调公司、开封天力地温冷暖设备工程公司、秦皇岛昌普空调公司、山东海阳市富尔达热工程有限公司、威海蓝德空调工业发展有限公司、大连奥德热泵厂等。

2 国家有关部门的认定情况

地温热泵技术作为新生事物，近年来在我国获得了很高的评价和认定。以海阳市富尔达热工程有限公司的产品为例，2000年被对外贸易经济合作部认定为国家级新产品;国家环境保护总局评审确认为国家重点环境保护实用技术A类;被科学技术部列为国家级火炬计划项目;被建设部评定为建设部科技成果重点推广项目;被国家五部、局同时评为国家重点新产品。其它厂商的同类产品也受到了有关部门的一定认可。

3 地温水源空调系统在我市的应用情况

2001年9月以来，我们先后批准了:中亿集团齐齐哈尔五金交电批发市场、黑龙江移动通信公司齐齐哈尔分公司、市新天物业集团民航路综合楼、万山红练歌广场及市国脉商务酒店有限公司五个单位作为地温水源空调应用试点单位。各试点单位具体情况是:

3.1 中亿集团齐齐哈尔五金交电批发市场

1)空调供应商:鞍山胜利空调公司。

2)水井情况:取水井两眼，井深100 m，井径300 mm;回灌井4眼，其中两眼井深100 m，井径400 mm，在回灌困难的条件下(回灌率在30%左右)，于2002年8月又增补回灌井两眼，井深45 m，井径600 mm，平均日取水量2 000 m3左右，年取水量约50万m3。

3)运行情况:温度能满足要求，冬季可在16℃～25℃进行调整，夏季能将室温控制在23℃ ～24℃。目前，回灌效果较好，对回灌井水质进行了两次水质分析，空调系统排出的循环水无明显超标，但由于水体升温、曝汽等原因，在回灌井位有矿物质沉积，水体中铁离子浓度超标达近10倍，局部水体矿化度升高;此系统自2001年启用，2003年因回灌问题难以解决，停用。

3.2 黑龙江移动通信公司齐齐哈尔分公司

1)空调供应商:秦皇岛昌普空调公司。

2)水井情况:取水井两眼，井深100 m，井径300 mm;回灌井两眼，井深45 m，井径500 mm，平均日取水量2 000 m3，年取水量约为50万m3。

3)运行情况:温度能达到要求，冬季可在16℃～25℃调整，夏季能将室温控制在23℃ ～24℃。2001年12月份起运行正常，于2002年1末发生回灌困难，该单位采用降低供热温度，减少取水量的办法维持运行;2003年冬季，此工程项目在采暖期运行中发生全部回灌井溢水，空调系统无法使用;为使此单位空调系统能维持运行度过2003～2004年采暖期，笔者建议该公司应急采用回灌井反冲洗等技术处理，时间允许时，改单向运行管线为闸阀控制室取灌互用双向运行管线;后因采暖应急采取了多次反冲洗处理，帮助维持了此季采暖。该公司水源空调设备于2004年夏季拆除。

3.3 市新天物业集团民航路综合楼

1)空调供应商:海阳市富尔达热工程有限公司。

2)水井情况:取水井一眼，井深48 m，井径400 mm;回灌井两眼，其中:一眼井深47.5 m，井径400 mm，另一眼井深48 m，井径500 mm。平均日取水量1 500 m3左右，年取水量约为40万m3。

3)运行情况:温度能满足要求，冬季可在16℃～25℃调整，夏季能将室温控制在23℃～24℃。两个采暖期供热运行正常，初始回灌效果好，后因回灌困难无法继续使用。

3.4 市国脉商务酒店有限公司

1)空调供应商:秦皇岛昌普空调公司。

2)水井情况:取水井一眼，井深65 m，井径300 mm;回灌井两眼，其中:一眼井深67 m，井径300 mm，另一眼井深68 m，井径500 mm。平均日取水量800 m3左右。年取水量约为21万m3。

3)运行情况:2002年10月份运行以来，温度能满足要求，冬季可在16℃～25℃调整，初始回灌效果好，后因回灌困难，改变排水方式，仍在间断使用。

4 应用及管理上存在的问题

1)此空调系统项目推广鉴定论证工作不够全面。首先，作为此水源热泵空调系统得到国家较多部门鉴定推广的海阳市富尔达地温水源空调，鉴定部门有国家税务总局、科技部、对外贸易经济合作部、国家质量技术监督局、国家环保总局和建设部等6部、局，没有水资源勘察、研究及管理的地矿部门和水利部门参与，没有形成关于此项目水资源利用的权威性意见。另外，作为《水污染防治法》的行政执法主体部门——环保总局在鉴定中是否做出“回灌水无污染”的有关论证，至今不清。

2)空调供应商对区域水文地质条件重视不够，考虑不周。作为较精密的水源热泵空调机组对取用水的水量、水质、水温及回灌条件都有较高的要求，但其在项目推广中，对矿物质含量超标的循环水仍未做出水质处理建议，这势必对地下水回灌效果、空调机组使用效率及寿命产生不良影响。

3)回灌深层地下水(承压水)运行失败。从已运行的回灌深层地下水的试点看，回灌率仅在30%左右，其主要原因是区域地下水水质含铁、锰离子浓度较高，长时间运行产生大量黏稠状的氧化铁积挂在回灌井过滤器上和受承压水顶托作用的严重影响，靠自然回灌，难以保证空调机组正常运行。详见表1齐齐齐哈尔市中心城区地下水质监测数据表。

表1 齐齐哈尔市水资源管理处水质分析报告单

4)回灌潜水层，相对浪费深层优质水资源;另外，回灌井与取水井的比例首先要有较大的保证。长期运行，回灌井位矿物质沉积后，应如何处理尚需探讨，由于水质、地下水水位的影响，日常运行及维护费用相对增高。

5)升温对地下水水质的影响问题。目前，虽然从空调机组中排出的循环水无明显超标现象，但其水温升高后回灌造成的低温位热污染，对区域地下水系统环境的影响程度，因无系统的理论和实践依据，无法预见。

6)经济运行问题。经测算，装置地温水源空调系统投资额为每平方米建筑面积200元左右;每平方米建筑面积年度需水量30 m3左右;另外，从对空调系统冬季耗电情况进行过测算的两个应用单位看，存在说法不一的问题，移动通信分公司2001～2002年度采暖期，在享受优惠电价的前提下，供暖期内仅耗电费用为19元/m3。