水/地源熱泵的常用取能方式

經(jīng)過十余年的推廣、應(yīng)用和發(fā)展，水/地源熱泵技術(shù)在中國很多地區(qū)和建筑領(lǐng)域都積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，得到了日益廣泛的應(yīng)用。采用這種技術(shù)

　　的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于科學(xué)的取能方式，如果保證了取能系統(tǒng)的設(shè)計合理、正確施工，那么整個工程可以說就成功了一大半。目前水/地源熱泵技術(shù)的能量來源主要有四類方式—井水水源、地表水源、廢熱水源、土壤埋管。井水水源常用深度300米以上的淺表層井水；地表水源包括江、河、湖、海水源；廢熱水源包括污水、中水、工業(yè)廢水、地?zé)嵛菜?；土壤埋管是指深?00米以上的垂直埋管式交換器。取能的途徑有多種，正確的取能方式應(yīng)該是廣開思路、不拘一格，因地制宜、因用制宜，科學(xué)合理。下面根據(jù)“新思維”水/地源熱泵技術(shù)的大量應(yīng)用實(shí)踐，對上述四類取能方式作簡要介紹：

　　一、井水水源的取能方式

　　1、基本介紹

　　地球表面的淺層地下水溫度常年保持基本恒定，不受外部環(huán)境干擾。這個溫度夏季低于環(huán)境溫度，冬季高于環(huán)境溫度，非常適于水源熱泵從其中提取冷量或熱量供人們使用。尤其是，這部分地下水溫度被提取后再回灌入地下，能夠很快從地層環(huán)境中重新恢復(fù)溫度，將地層中取之不竭的低位能量不斷輸出。

　　水井取能的方式就是將淺層地下水用潛水泵自出水井中抽出，通過管道輸送到主機(jī)站，經(jīng)過水源熱泵換熱器進(jìn)行取能，滿足主機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再經(jīng)過管道輸送到回水井，回灌到地下。

　　水源熱泵項(xiàng)目的前期要了解建筑物周邊是否有空余場地可以用來打井；了解當(dāng)?shù)卣欠裨试S開鑿水源熱泵水井，有哪些規(guī)定和辦理程序；通過水利部門和地質(zhì)勘探部門了解地下水狀況、水井工藝要求、打井成本、水質(zhì)、水量、水溫等詳細(xì)資料。

　　空調(diào)水井一般采用鉆機(jī)施工，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)不同選擇采用回旋鉆或沖擊鉆。水井開孔直徑一般為600毫米左右；井管常采用鋼管、球墨鑄鐵管、高壓水泥管等，直徑一般在300毫米左右；井管和泥孔壁之間用濾料填實(shí)，濾料一般采用直徑2毫米至20毫米不等的石英砂等材料，上部用粘土球填實(shí)（基巖地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般只需下骨架管，無需下井管）。井口制作閥門井池，安裝閥門、管道等設(shè)施，井池上方地面上安裝一個鑄鐵井蓋，不影響地面景觀與用途。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　A、采用這種方式，要根據(jù)項(xiàng)目所在地水文地質(zhì)的實(shí)際情況確定適宜的水井深度，開鑿試驗(yàn)井，再根據(jù)試驗(yàn)井的單井出水量、項(xiàng)目設(shè)計總需水量確定出水井?dāng)?shù)量。為保證井水的循環(huán)再生利用效果，根據(jù)試驗(yàn)井的含水層狀況，出水井要配置適當(dāng)數(shù)量的回水井，輔以異層抽灌、加壓回灌、真空回灌、單井回灌等措施，確保井水長期可靠地回灌。

　　B、根據(jù)當(dāng)?shù)氐貙訕?gòu)造情況以及地下水的流動特性，合理選擇井間距。間距太近，可能會造成地下串水或溫度場的相互影響，使得出水水溫來不及恢復(fù)，不能長時間滿足系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)；間距太遠(yuǎn)，可能造成場地不夠或回灌速度太慢等情況。具體設(shè)計也要根據(jù)試驗(yàn)井的含水層狀況確定。

　　C、嚴(yán)格把握水井施工質(zhì)量，絕不能等同于一般灌溉井的施工。水井施工工藝必須保證出水量、回灌量達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計要求，保證含砂量小于十萬分之一。

　　D、井水管網(wǎng)采用雙管制，便于水井的功能替換，自動洗井等。

　　E、如果當(dāng)?shù)氐叵滤畬佥^強(qiáng)酸堿腐蝕性，要增加換熱裝置，地下水不直接進(jìn)主機(jī)和機(jī)房管線，或采用或采用海水型機(jī)組。

　　二、地表水水源的取能方式

　　（一）海水取能方式

　　1、基本介紹

　　該取能方式特別適合濱海城市、旅游觀光點(diǎn)、濱海酒店、海島邊防站等項(xiàng)目。海水取能方式的原理和井水取能方式的原理相同，只是這里用海水代替了井水。這種方式需要直接抽取海水，采用海水性水源熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　A、海水同時具有化學(xué)腐蝕性和生物腐蝕性。海水的抽取、輸送都要采取防腐蝕水泵、管道（一般可采用合適塑料管）。

　　B、充分進(jìn)行海水處理。不僅要進(jìn)行除砂處理，還要進(jìn)行防垢處理、生物滅殺處理等。

　　C、根據(jù)現(xiàn)場情況合理設(shè)計取水安裝方案。要便于安裝、檢修，要保證取水口處的海水深度，要考慮到海浪的沖擊，要考慮到潮位變化。

　　D、掌握準(zhǔn)確的海水冬夏溫度變化的數(shù)據(jù)，計算正確的海水需用量。

　　E、我國海岸線綿長，不同地區(qū)的水溫、岸邊情況區(qū)別較大，需個別特殊設(shè)計。根據(jù)海水在冬夏季節(jié)實(shí)際溫度，充分考慮主機(jī)的相應(yīng)工況表現(xiàn)，正確選配機(jī)組設(shè)備。

　　1、基本介紹

　　江河湖水取能方式的原理和井水取能方式的原理相同，只是這里用江河湖水代替了井水。這種方式需要直接抽取江河湖水，取用水的方案稱為取水工程，分為岸邊取水和湖（江河）床取水兩種方式；可采用普通水源熱泵機(jī)組進(jìn)行換熱。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)該取能方式的技術(shù)要點(diǎn)是取水工藝。所取用的水源必須保證：A、根據(jù)當(dāng)?shù)亟雍诓煌畬拥乃疁匾约霸诓煌竟?jié)時的變化程度，取用合適深度水層的水源。

　　B、取水口位置應(yīng)保證水質(zhì)潔凈，安裝過濾裝置。

　　C、充分考慮到枯水、豐水季節(jié)時水位的變化，考慮風(fēng)浪的影響，航道的影響。

　　D、保證安裝可靠，檢修方便。

　　因?yàn)榭拷贪兜乃碌匦我话愣急容^平緩，要想達(dá)到一定深度，往往需要將取水口設(shè)置遠(yuǎn)離岸邊，這就要求有相配套的取水工程施工，主要的兩種辦法介紹如下：

　　【岸邊取水方式】

　　1）在岸邊合適位置選址打井，使水通過滲透進(jìn)入井中，再下潛水泵取水。

　　2）將水泵房建在岸邊，水經(jīng)過過濾格柵進(jìn)入泵房內(nèi)水池，再由水泵抽取。

　　3）從岸邊向堤內(nèi)建造水泥棧橋，在棧橋端部設(shè)平臺架設(shè)潛水泵，伸進(jìn)江河湖中合適深度取水。

　　1）在岸邊合適位置選址打較大口徑深井（30—50米），如水不能通過滲透進(jìn)入井中，可在井底部水平向湖底方向開挖導(dǎo)流洞將足夠流量的水引入井中，再用潛水泵取用。

　　2）在保證湖（江河）水深度的水面上設(shè)浮箱，內(nèi)設(shè)水泵，將吸水管伸進(jìn)一定深度的湖（江河）內(nèi)取水。

　　3）將潛水泵放在合適的取水籠中，直接沉到合適深度的水底，通過高強(qiáng)度塑料管道貼湖（江河）底輸送到岸上。（詳見《取水工程》一書）

　　江、河、湖水取能方式需要根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場的具體情況對取水方案進(jìn)行精心設(shè)計。水溫在30℃以下的水源，用于夏季供冷是非常經(jīng)濟(jì)的，如能選取較低水溫（7—12℃）的深度取水，不必開動水源熱泵主機(jī)，直接進(jìn)行供冷，可大量節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。我國偏南且冬季不結(jié)冰地區(qū)，如水源有一定的深度保證，冬季水溫能持續(xù)保證在4℃以上，也適合于從中提取能量供暖、供熱水。

　　三、地埋管取能方式

　　1、基本介紹地埋管取能方式是利用深埋在地下的閉式循環(huán)水管路系統(tǒng)與地層巖土進(jìn)行換熱，換熱后的循環(huán)水將能量傳給水源熱泵主機(jī)，實(shí)現(xiàn)能量供給。通常也稱這個系統(tǒng)為：“閉式地源熱泵系統(tǒng)”或“地耦合地源熱泵系統(tǒng)”； 埋在地下的封閉循環(huán)管路稱為“地?zé)釗Q熱器”，它的形式有兩種：水平埋管、豎直埋管。水平埋管是在地面挖出1-2米深的溝，每個溝內(nèi)埋設(shè)2、4或者6根塑料管，并連形成封閉網(wǎng)狀系統(tǒng)；豎直埋管是在地層中鉆直徑為0.1—0.15米的鉆孔，鉆深30—150米，在每個孔中設(shè)置一組或兩組U型塑料管并用灌漿材料灌實(shí)，再整個連成封閉網(wǎng)狀系統(tǒng)。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　A、科學(xué)合理計算建筑物需要的能量，減少富余量，避免造成過于龐大的地埋管施工量。

　　B、充分對當(dāng)?shù)氐貙舆M(jìn)行了解，如有條件要對地層巖土的傳熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行測量，科學(xué)計算或估算所需地?zé)釗Q熱器的管長。

　　C、平埋時應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸却_保合理的埋管深度，以免受地面溫度的影響；豎直埋管時每孔間距要大于3--4米，水平連接總管的埋深也要保證在當(dāng)?shù)貎鐾翆雍穸纫韵隆?/p>

　　D、閉式系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)連接時，要注意同程原理。

　　E、施工設(shè)計時合理設(shè)計檢修點(diǎn)，便于將來故障排查。

　　F、注意施工過程中的回填工藝質(zhì)量，過程中保證少三次試壓。

　　地埋管取能方式適用于缺乏水源的項(xiàng)目，雖然前期投資相對較大，但建成后一勞永逸，系統(tǒng)可以正常使用50年左右。采用地埋管取能方式，前期需要注意計算建筑物周邊是否具有足夠的埋管場地。如果冬夏冷熱負(fù)荷量差距較大，還需考慮采用冷卻塔或備用熱源進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。

　　四、廢熱水源取能方式

　　（一）污水/中水水源的取能方式

　　1、基本介紹污水水源熱泵是通過提取城市原生污水中的溫差，將污水中低品質(zhì)的恒溫能量“汲取”出來，實(shí)現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯(lián)供”，創(chuàng)造性的化污為“寶”，變成可利用的再生能源，是節(jié)能減排的一個新途徑。污水水源中含有固態(tài)雜質(zhì)，需要加裝污水全自動除污設(shè)備進(jìn)行處理，由于水質(zhì)具有一定的腐蝕性，污水不直接進(jìn)主機(jī)，要增加換熱裝置，或采用防腐型污水水源熱泵機(jī)組。

　　中水是指生活污水處理后，達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。中水水溫一般夏季在27--32℃左右，冬季在7—12℃左右（北方寒冷地區(qū)需實(shí)際了解）。這些中水一般通過直埋大口徑混凝土管道輸送到城內(nèi)河道、水景湖等處，所以在輸送過程中溫度受外界環(huán)境影響不大。一個中等規(guī)模的城市污水處理廠日處理生活污水可達(dá)10萬噸，所以，管道沿途的建筑物可以利用中水源熱泵系統(tǒng)對該水源中的量加以利用，實(shí)現(xiàn)夏季供冷、冬季供暖、生活熱水全年保障的“三聯(lián)供”。中水的取用一般是經(jīng)過市政管理部門同意或合作，在建筑物附近對中水管道進(jìn)行開口，在管道上對接一個取水口，在取水口下游對接一個入水口，以便將一定量的中水引入主機(jī)站通過水源熱泵加以利用，再排回中水管道。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　A、中水水質(zhì)潔凈，可以直接進(jìn)入主機(jī)進(jìn)行換熱，工藝簡單、方便。根據(jù)中水的實(shí)際溫度設(shè)計計算合適的中水取用量，安裝相應(yīng)合理口徑的管道及水泵。

　　B、因?yàn)橹兴艿酪话銥榛炷凉艿?，取水管道一般用鋼管，所以，在中水管道上開口以及實(shí)現(xiàn)兩種材質(zhì)管道的無泄漏對接是一個關(guān)鍵技術(shù)。一般采用相應(yīng)口徑的鋼制承插管件，該管件與混凝土管連接時，采用石棉水泥、膨脹水泥等措施對邊縫進(jìn)行密封。

　　C、污水處理廠一般每年都有一個停產(chǎn)檢修階段，對中水管道的施工要在這個時期抓緊進(jìn)行。

　　D、在機(jī)房內(nèi)中水回水管路上，安裝一臺合適的增壓循環(huán)泵，主要是為了補(bǔ)充所取用的中水在機(jī)房內(nèi)管路上的壓力損失，以便于回到中水主管路時能順利匯入。

　　污水、中水水源熱泵系統(tǒng)必須確保穩(wěn)定、連續(xù)的充足水源供應(yīng)，不能因上游管道的堵塞或污水處理廠的臨時停運(yùn)而造成水源的間斷供應(yīng)，從而造成系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

　　（二）工業(yè)尾水取能方式

　　1、基本介紹

　　在很多工業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的熱能，在保證生產(chǎn)工藝需要后，很多熱量需要快速排出或直接排放。比如：化工廠的冷凝工段、鋼鐵廠的冷卻工段、熱電廠的冷卻工段、焦化廠的燒制工段等都有大量的余熱排出。這些余熱排出的形式一般有熱水和熱氣兩種形式，對這部分能量的回收取用可以通過板換、熱管等技術(shù)，把熱量換取到二次能源水中，再使用水源熱泵技術(shù)加以提取利用。采用這種技術(shù)既可以達(dá)到廢熱利用，節(jié)約能源的目的，又可以與生產(chǎn)工藝緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工藝目的，降低生產(chǎn)成本。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　A、要仔細(xì)研究工廠生產(chǎn)工藝流程，有機(jī)結(jié)合原有管道系統(tǒng)，必須做到不影響正常生產(chǎn)，有利于正常生產(chǎn)。

　　B、水溫在5℃以上的各種水源均可有效利用，根據(jù)熱水溫度、熱水成分、特點(diǎn)，設(shè)計合理的取能工藝技術(shù)方案。

　　C、采用熱管等科學(xué)合理的技術(shù)手段，將多種形式的生產(chǎn)廢熱回收并用水作為介質(zhì)輸出，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、供暖雙功能。

　　D、提取熱能后的工業(yè)尾水水溫可降至4--8℃，可循環(huán)用于工業(yè)冷卻，達(dá)到節(jié)約用水的目的。

　　（三）地?zé)嵛菜∧芊绞?/strong>

　　1、基本介紹

　　地?zé)崴侵杆疃仍?000米以下、溫度在40℃--90℃的溫泉水。地?zé)崴Ｓ脕碇苯庸┡?，尾水排走時水溫仍然在30--35℃左右。為了有效利用低溫尾水，使用水源熱泵技術(shù)提取利用其中的熱能，根據(jù)供暖系統(tǒng)的需要制取出水溫在45—80℃的取暖用水，在原有水量條件下，供暖面積可大大增加。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)A、根據(jù)尾水的溫度、流量及可提取溫差準(zhǔn)確計算通過尾水所能提取的能量，由此，再結(jié)合建筑物的需熱量，計算出可以供應(yīng)的建筑物面積。

　　B、工藝原理圖可參照工業(yè)廢水取能工藝圖。尾水可循環(huán)利用直至終排出的水溫降至3℃。

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