武汉地区的经典地源热泵应用案例

1 重点工程简介

1.1 武汉地区地下水源热泵工程实例

　　1.1.1地下水源热泵在湖北工程应用最早的一家是位于荆州沙市的法雷奥汽车空调有限公司，采用的是西亚特LWP1800（545KW）螺杆水一水热泵机组2台，LGP350一台（110KW），总制冷量是1200Kw，供应一个车间（5000m2）和办公部分（900m2）, 因取水量的限制取水井为一口50m3/h的井，制冷时另加一台冷却塔进行补充。制热时因车间本身设备散热量较大，一口井取水完全能够满足供暖需要。夏季井水18.5℃，冬季17.8℃。2000年9月开始运行。

　　1.1.2位于汉口循礼门的天与地音乐城，建筑面积5000m2,采用的是意大利克莱门特活塞式水源热泵机组WRHH1202两台，总制冷量是720Kw，总制热量是750Kw（其中供暖450Kw，利用热回收系统供生活热水300Kw）。打两口井，一抽一灌，回灌在90%左右，井深47m，冬季出水20.5℃，取水量60m3/h。冬季运行机组升温很快，2小时不到机组供水温度即可达到45℃以上。2002年6月开始运行。

　　1.1.3武汉凌云科技集团综合厂房，总建筑面积11000m2, 其中4000m2办公，7000m2生产厂房。选用法国西亚特螺杆式水源热泵机组LWP2500二台，总制冷量1440Kw，制热量1900Kw，打井4口，每台机组2口，一抽一灌。2002年10月开始运行。

　　1.1.4汉口香港路香榭里花园4万米2，总制冷量3200Kw，总制热量2500Kw。设计选用克莱门特螺杆水源热泵机组BE/SRHH2702三台，制冷时冷冻水7/12℃，地下水18/32℃；制热时供暖水40/50℃，地下水18/8℃。打井由武汉地质工程勘察院承担，每口井取水量80m3/h, 先打试验井，一抽一灌，取得实验数据，进行详细周密的计算和水文地质分析。设计三口取水井，五口回灌井，每口井回灌60%，分析计算认为三口井同时抽水，五口井同时回灌时，场地南侧地水水位有不到1m的下降，其它部位下降均小于0 .5m；南侧的地面沉降有1cm，其它部位地面沉降小于0.5cm；大部分场地的不均匀沉降小于0.2‰，不致于对地质构成不良性的影响和影响建筑物的正常使用。2002年11月开始运行。

　　1.1.5汉口东西湖武汉航达公司厂房综合楼，建筑面积18000米2，采用克莱门特螺杆水源热泵机组BE/SRHH2702两台，设计六口取水井，六口回灌井，每口井取水量20m3/h。2003年9月开始运行。

　　1.1.6汉口百步亭花园小区综合楼，建筑面积21000米2，采用西亚特螺杆式水冷冷水机组LWP2800一台, 螺杆式水源热泵机组LWP1400两台，涡旋式水源热泵机组LGP100一台,冰球配置105 m3。本工程是由冰蓄冷系统和水源热泵系统合而为一的独特的空调系统,具有削峰填谷和节能环保的双重意义。2004年11月开始运行。

　　1.1.7湖北大学图书馆，建筑面积42000米2，采用克莱门特螺杆水源热泵机组BE/SRHH3602三台，总制冷量3850KW,总供热量3100KW。设计三口取水井，六口回灌井，每口井取水量120m3/h。根据场地条件尽量拉大取水井的间距,在部分负荷状态下,尽可能用足地下水温差,减少用水量。2004年11月开始运行。

　　1.1.8汉口福星惠誉办公综合楼，建筑面积10000米2 。采用西亚特公司螺杆式水源热泵机组LWP1800两台。总制冷量1090KW,总供热量850KW。设计两口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。2003年11月开始运行。

　　1.1.9湖北警官学院图书馆¡￠体育馆，建筑面积20000米2 。采用克莱门特螺杆水源热泵机组BE/SRHH2702两台，总制冷量2300KW,总供热量1600KW。设计两口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。

　　湖北警官学院学生食堂，建筑面积12000米2 。采用克莱门特螺杆水源热泵机组BE/SRHH2702两台，总制冷量2300KW,总供热量1600KW。设计两口取水井，四口回灌井，每口井取水量80m3/h。2004年7月开始运行。

　　1.2 地下耦合热泵工程实例

　　1.2.1省公安厅驾校办公大楼，建筑面积5000米2，采用克莱门特螺杆地源热泵机组WRHH0802两台，总制冷量520KW,总供热量370KW。利用室外场地进行垂直埋管,共打孔220个,间距4X4M,孔内共埋设U型PE换热管10000米,孔深30米。2002年11月开始运行。

　　1.2.2清江花园小区共有两栋小高层住宅，总建筑面积38000米2，采用克莱门特螺杆地源热泵机组WRHH0802两台，总制冷量1560KW,总供热量1000KW。利用小区中心花园下地下车库底部进行垂直埋管,共打孔220个,间距4X3.5M,孔内共埋设U型PE换热管28000米,孔深在65-70米之间,中间以回填材料填实。2004年6月开始运行。

2 地源热泵设计中应重视的几个问题

　　2.1水源和取水许可

　　使用水源热泵的前提是必须有可供采取的充足的地下水源，汉口情况较好，地下水呈面状分布，径流缓慢，补给充足；武昌、汉阳就要根据具体情况掌握，地下水分布图可找权威的水文技术行政部门了解咨询。
　　有了水源以后，必须向水行政主管部门（水务局水资源管理处）申报，申报时必须有权威部门的地下水开采和回灌设计报告，得到批复后还必须缴交水资源使用费（生活用0.02元/米3，工业用0.03元/米3）。申报时还必须附上第三方确认，特别是取水井邻近城市重大基础设施和重点工程时。

　　2.2取水和回灌

　　从上面香榭里花园的水文地质分析和计算结果可以看出，只取水不进行有效回灌或回灌不慎造成地下水污染的都是极不负责任的行为，都会造成这项利国利民的好事以人人谈之色变的恶名而夭折。并且这种不负责任的行为造成的损失是无法挽回的，天津唐沽地下水过量开采，导致海水渗透进去，对生态造成严重破坏；西安由于地下水过量开采，导致大雁塔倾斜近1M，并且形成十三条纵、横向裂缝，长达50公里，钟楼下陷135mm。华北地区形成4万平方公里的华北大漏斗。

　　武汉地区的地下水开采和回灌都是极为有利的，46米左右，不回灌没有理由。

　　2.3水源热泵机组能效比问题

　　现在有很多厂家出于商业竞争的需要，极力夸大水源热泵节能、省钱效果，盲目提高所谓机组的能效比（有的机组COP值达到5.3甚至到6），实际上热泵机组活塞机COP在3.8~4.2左右，螺杆机在4.0~4.6左右，水源热泵机最多在此基础上提高10%，充其量到5。而且单纯宣扬机组的COP值有多高也没有任何的实际意义，应该是谈整个水源热泵系统的能效比，美国制冷学会（ARI）评定“地下水源热泵”采用的就是水源热泵系统的能效比，制冷工况时，地下水源热泵系统的能效比（EER）=冷负荷/井泵功率+环路功率+水源热泵功率；制热工况时，地下水源热泵系统的性能系数（COP）=热负荷/井泵功率+环路功率+水源热泵功率。在设计水源热泵系统时，应尽量加大地下水的利用温差，减少地下水的使用量，在较小的地下水用量和最佳的水源热泵机组工况的优化组合下才能达到最高的水源热泵系统的使用能效比。

　　2.4地表水水源热泵机组的换热问题

　　热泵与地表水的换热可采用开式循环或闭路循环两种不同的形式。开式循环是用水泵抽取地表水在热泵的换热器中换热后再排入水体。但在水质较差时换热器中易产生污垢，降低换热效果，严重时甚至影响系统的正常运行。因而地表水热泵系统一般采用闭路循环，即把多组塑料盘管沉入水体中，热泵的循环液通过盘管与水体换热，可以避免因水质不良引起的污垢和腐蚀问题。由于地表水温度受气候的影响较大，与空气源热泵类似，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水体中生态环境有无影响目前还未见到明确结论，必要时应预先加以考虑。深水湖在夏季会产生温度的分层，湖底保持较低的温度；冬季湖面结冰后会限制湖水温度的下降。从目前的实际工程情况来看，自然形成的浅水性湖泊受外界气候或热污染影响较大，人工深水湖(水库)是可以提供给热泵使用的较好的地表水体资源。

　　2.5地下耦合热泵机组的换热问题

　　地下耦合热泵系统换热器为一个由地下埋管组成的地热换热器 (geothermal heat exchanger, 或ground heat exchanger)。地热换热器主要有水平埋管和竖直埋管两种设置形式。水平埋管形式是在地面开1~2米深的沟，每个沟中埋设2、4或6根塑料管。竖直埋管的形式是在地层中钻直径为0.1~0.15 m的钻孔或利用管桩，在钻孔或管桩中设置1组（2根）或2组（4根）U型管并用灌井材料填实。钻孔的深度通常为40~200m。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素，因此一般采用节省土地面积的竖直埋管地热换热器。地热换热器所需埋管的总长度需要根据埋管的形式、地下岩土的热物性、地下的温度和冷热负荷的情况作详细的计算才能确定。设置地热换热器的主要费用是钻孔的费用，正确设计地热换热器埋管的长度对于保证系统的性能和经济性十分重要。在有条件时可以结合建筑桩基形式利用桩孔进行埋管设置，可省去大量的钻孔费用，施工也极为方便快捷。