利用熱泵空調系統夏季運行需水量和回灌井滲流量的數學模型,計算回灌井半徑,采用增大滲流面積的方法,獲得較好回灌效果;由需水量計算匹配的潛水泵功率,使系統節能效果更佳;試驗證明,在天津地區農村住戶采用一抽一灌的異井回灌方式,效果良好。

1、前言

　　隨著北方地區廣大農民群眾生活水平的提高,人們對住宅舒適性的要求也越來越高,如果簡單照搬目前的城鎮建設模式,完全依靠常規商品能源解決農村建筑的能源供應,將使我國建設能耗增加,給我國能源供應帶來巨大問題。因此,針對農村現實條件,必須在煤、石油、天然氣等能源面臨枯竭、環境污染嚴重的前提下,尋找一種廉價且存儲量豐富的綠色能源,以解決農村冬季供曖和夏季制冷的問題。淺層地熱能具有儲量大且再生迅速的特點,開采技術不高。淺層地熱能的利用通常需要借助于熱泵組成的地源熱泵系統。地源熱泵是一種高效、節能、環保的空調設備^[1] 。我國的地源熱泵技術起步較晚^[2] ,其中異井循環水源熱泵以其性能穩定而備受重視,但是只能適用于地下水較為豐富且水位埋深不大的地域,且抽取的水需要全部回灌。天津地區的地域條件較為適合,且村鎮地區此種資源豐富,可作為建筑能源使用,達到節省常規能源保護環境的雙重需要。

　　本文通過熱泵空調系統異井回灌水循環的數學模型進行理論計算、設計不同建筑物所需回灌井的大小,探討在天津農村地區應用水源熱泵空調、解決取水量與回灌水量平衡的方法,在節能和減少初投資基礎上, 使水源管井符合( GB50366 -2005)《地源熱泵系統工程技術規范》的規定。

2、水文地質條件

　　本課題試驗基地選在天津市靜海縣獨流鎮,位于子牙河、南運河與獨流減河交匯處,屬于海積沖積低平原,海撥小于5m,地勢低平,由近代海侵層和河流沖積而成。淺層地下水為平原區孔隙水第I含水組,屬于地表下第一含水組,水力特性為潛水^[3] ,含水層底界深度一般在70m以內。降水入滲補給量是最主要的補給量,約占總補給量的80%以上。由于降水總量大部分消耗于蒸發和蒸騰,僅其中一小部分補給地表水和地下水。獨流鎮所在區域屬于中等富水區,單井涌水量( 500～1000)m³ /d (5. 79～11. 57kg/ s) ;潛水水位埋藏深度約3m;地下水化學類型Cl·HCO₃ - Na、(Na·Ca) ;礦化度2g/L;水溫相對穩定,屬于重度開采區( P < 0. 4, P =可開采量/開采量) 。因此,在此區域開發利用水資源,抽取水能否全部回灌,顯得尤為重要。

　　本課題選擇第一含水組(淺層地下水)作為熱泵空調系統熱交換循環的水源。

6、結語

　　一般情況下地井水源熱泵空調,取水井與回灌井數量應不小于1∶2,但是鉆井數量的增加,會使成本增加。根據天津地區單井涌水量以及理論計算和試驗結果表明,在天津地區農村住戶,利用淺層水資源,并保證抽取的地下水能夠回灌到同一水層,避免地面沉降,采取一抽一灌的回灌方式是可行的。當回灌井(內)半徑為200mm時,能滿足建筑使用面積不超過300m² 的空調需水量回灌的需要。異井循環系統循環水溫穩定,有利于系統運行性能。選擇匹配的潛水泵功率,會使系統節能效果更佳。

參考文獻

　　[1] 　趙軍,張春雷,王健,等. 地源熱泵在實際工程中的應用與研究[ J ]. 天津:天津建設科技, 2003, (5) : 14- 16.
　　[2] 　殷平. 地源熱泵在中國. 現代空調(3) [M ]. 北京:中國建筑工業出版社, 2001.
　　[3] 　天津市地質礦產局. 天津市地質環境圖集[M ]. 北京:地質出版社, 2004.
　　[4] 　馬最良,呂悅. 地源熱泵系統設計與應用[M ]. 北京:機械工業出版社, 2007.
　　[5] 　蔡增基,龍天渝. 流體力學與泵風機[M ]. 北京:中國建筑工業出版社, 2002.
　　[6] 　聶金哲. 村鎮地下儲能直接冷卻技術研究[D ]. 天津:天津大學環境科學與工程學院, 2004.
　　[7] 　陳洪江. 工程地質與地基基礎[M ]. 武漢:武漢理工大學出版社, 2008.
　　[8] 　牛權森,顧冬梅,許斌. 水源熱泵取注水井設計方法初探[ J ]. 地下水, 2002, 24 (1) : 25227.
　　[ 9 ] 　楊天行,傅澤周,劉金山,等. 地下水流向井的非穩定運動的原理及計算方法[M ]. 北京:地質出版社,1979.