水源热泵取水回灌技术研究应用

贾银勇

【摘要】现如今，国家鼓励建筑节能技术进步与引进国外先进的建筑节能技术，鼓励发展太阳能、地热等可再生能源应用技术和设备及空调制冷节能技术与产品。文章对地源热泵的三种形式进行了分析，从理论方面进行了论述，提出了让地源热泵和太阳能热泵等热泵结合的方法，并对地源热泵优缺点和发展前景进行了研究。

【关键词】水源热泵；热源井；取水回灌技术；应用

一、地源热泵的发展历程与现状

国外学者和企业对地源热泵技术进行了较早的研究和应用，国外的相关发展历程可分为三个阶段：（1）瑞士人Zoelly早在1912年就提出了利用土壤作为热泵热源的设想。一直到二战结束，地源热泵才兴起研究热潮，但因为当时能源价格低廉，这一阶段并没有持续太长时间就结束了。（2）第二阶段是在1973年“能源危机”出现之后，出于需求，欧美国家对于地源热泵的研究达到高潮。在政府的支持下，美国多所高校和重点实验室完成了一系列的实验研究和计算机模拟并形成了现在的地源热泵的理论基础。（3）第三阶段是在20世纪90年代之后，地源热泵进入了全面应用的新时代，欧美国家全面推广，地源热泵成为了家用热泵的主力。地源热泵的应用在欧美国家取得了良好的效果并已进入成熟阶段，截至2015年，地源热泵的装机容量占全球地热产能的68.3%。

地源热泵技术在我国的发展历程呈现出“起步晚、增长快”的特点，2005年后进入了高速发展阶段。20世纪80年代以来，随着改革开放后经济发展带动的建筑产业高速发展，建筑能耗增加，亟需寻找可再生能源以减轻传统石化能源消耗引起的环境污染问题，国内相关高校和企业开始关注地源热泵技术。20世纪90年代，北京、上海、天津、重庆、山东等地高校研究人员对土壤源热泵进行理论和实验研究，论证了地源热泵技术在我国实施的适宜性，是地源热泵推广应用的重要依据。90年代中后期，地源热泵技术开始大规模应用于国内的公共建筑和居住建筑。

二、水源热泵热源井取水回灌技术研究应用

（一）地表水源热泵

地表水源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。按照热交换的原理，地表水源热泵系统可以分为闭路、开路系统两种形式。开路式系统在热交换过程中地表水进入热泵设备内部，因此开路式系统对地表水水质要求较高。闭路式系统不同于开路式系统，热交换过程中避免了地表水与热泵设备的直接接触。在大连、青岛等城市均有采用海水源热泵的建筑投入实际运行中并在不断探索研究中。不仅在建筑行业，交通、石油等行业也纷纷投入水源热泵的建设应用中。但这种地表水源热泵系统应用时受到自然条件的限制，寒冷地区一般只采用闭路系统，在冬季北方地区应用时需进行防冻处理。而我国南方地区气候温暖，拥有众多江河湖泊，为推广地表水源热泵提供便利。相比于其他兩种热泵类型，地表水源热泵的研究较少。

（二）地下水源热泵

地下水源热泵系统从水井或废弃的矿井中抽取地下水作为热源，利用热泵技术，输入少量高位电能，实现冷热量由低热能向高位能的转化，从而达到为用户供热或供冷的目的。地下水源热泵系统在使用时具有一定局限性，适合于地下水资源充沛的地区，并且要得到当地资源管理部门的允许才可以合理开采利用地下水。近几年，地下水的水质处理及地下水的回灌技术成为研究的主要内容，一些城市专门成立了专家组来攻克有关地下水的研究课题。我国地下水源热泵发展出现了地下水质恶化和地下水超量开采的严峻问题，虽然地下水源热泵并不是导致这个问题的主要原因，但也会加深这个问题的严重性。地下水作为珍贵的水资源，应当得到保护和储存，所以地下水源热泵具有很大的限制性。但是在条件具备，100%回灌的前提下，还是因积极推广使用。

（三）土壤源热泵

土壤源热泵利用了地下土壤温度的稳定性这一特点。10m以下的土壤温度全年保持在12℃～20℃的恒温，相对于地上温度变化幅度小。土壤源热泵除了室外管路系统，还有热泵工质循环系统和室内空调管路系统为主要组成部分。它的工作原理是：冬天，从地下土壤吸取热量输送到地上为用户进行供暖；夏天，吸收室内热量输送到地下再释放到土壤中，这样可以保证土壤温度保持平衡，减小对地下土壤的破坏程度，也避免了污染室外空气。土壤源热泵有水平埋管、垂直埋管和螺旋型埋管三种埋管方式。水平埋管形式适用于有足够空间的场所，埋管深度在1.2m～3m之间，采用单层或多层串、并联水平平铺埋管方式，水平埋管安装方便、投入低，但相对来说它的应用效果差，不仅占用面积大还会在很大程度上受到地面温度的影响。垂直埋管形式适用于10m～100m深度的U形垂直埋管或套管，该类型占地面积小，地下温度稳定不易受影响，热泵效果运行良好，但初投资过高。螺旋型埋管结合了水平埋管和垂直埋管的优势，解决了占地面积大和造价高的问题，但螺旋型埋管结构复杂，不易施工，后期维护困难，且系统运行阻力大。

三、结语

综上所述，由实际数据测试可得，采用新型井水回灌技术后，通过对比供、回水井的流量、压力、水位，回灌井的抽回比可达100%，能够保证系统高效长时间的运行。在系统运行时通过利用高效沉淀过滤器，可以有效避免回地源热泵系统还有巨大的发展空间和发展前景，发展地源热泵也是势在必得的事情，地源热泵技术的完善也有利于节能减排和环境可持续发展。