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合理開發利用地下水資源減少建筑能耗
  中國磚瓦工業協會  [2005/7/18]  
摘要:

 
   在太陽能照射和地心熱產生的大地熱流的綜合作用下,地殼下近表層數百米內的恒溫帶中的土壤、砂石和地下水里蘊藏著豐富的低溫地熱能。淺層地(熱)能不是傳統概念的深沉地熱,是太陽能的另一種表現形式。我國地熱資源以水熱型為主,因地區不同,一般在6~24℃,為低品位能源。以往,這種低品位能源,因品位不高,往往被人們所忽視。隨著制冷技術及設備的進步和完善,成熟的熱泵技術使淺層地能的采集、提升和利用成為現實。
    一、地源熱泵
    熱泵是利用少量電能,從低品位熱源(如:空氣、土壤、自然水體、工業廢水等)中吸取熱量,從而達到節約部分高位能(煤、石油、燃氣、電能等)的一種熱力裝置。熱泵種類很多,有空氣源熱泵、土壤源熱泵和水源熱泵。水源熱泵空調機組是利用地球表面淺層水如地熱水、地下水、地表水、海水及湖泊水中吸收的太陽能和地熱能而形成的低品位熱能資源,其中利用地下水蘊藏的能源的熱泵稱之為地下水源熱泵。熱泵機組冬季從生產井提供的地下水中吸熱,提高品位后,對建筑物供暖,被取熱后的地下水通過回灌井回到地下;夏季,可以直接利用地下水冷卻或者預冷,通過地下水帶走熱泵機組冷凝熱對建筑物供冷,同時把熱量轉移給地下水。在諸多熱源的熱泵中,以地下水源熱泵系統的能效比為高(3.5~4.5)。例如,當能效比為4時,用1kW的電,采集3kW淺層地能,可以為建筑物提供4kW的熱量;這就使得地下水源熱泵得到了日益廣泛的應用。早在50年代,就曾在上海、天津等地嘗試抽取地下水制冷,目的是解決紡織廠夏季空調冷源問題,1965年在上海進行較大規模推廣。
    二、地下水源熱泵的節能與經濟效益
    武漢水資源豐富,其中地下水開采量約為2.182×107m3(1999年的統計),地下水溫常年保持在18℃,這為我市地下水源熱泵空調機組的應用奠定了良好的基礎。冬季,地下水源熱泵供熱與鍋爐供熱比較,節能率大約在60%以上,減少煙塵排放量大約在60%左右;夏季節能率在45.65%。
    地下水源熱泵不僅節能,其經濟性也比較可觀。按照北京地區的地理條件與能源價格,采用地下水源熱泵初投資比冷水機組+燃油鍋爐初投資約減少12.84%,能源費用約減少55.60%;比冷水機組+蓄能電鍋爐初投資約減少12.84%,能源費用約減少47.53%。按照武漢地區的地理條件與能源價格,采用地下水源熱泵初投資比冷水機組+燃油鍋爐初投資約減少9.17%,能源費用約減少54.00%;比空氣源熱泵初投資約減少33.10%,能源費用約減少46.51%。地下水源熱泵初投資機組的初投資和運行費用最少,空氣源熱泵機組的初投資與運行費用最大,在小型建筑上,使用空氣源熱泵機組冬季節能率可達40%。    
    可見,地下水水源熱泵技術具有合理利用高品位能量,綜合能源效率高;供暖區無污染,環保效益好;夏季可以供冷,冬季可以供暖,一機兩用,設備利用率高;使用靈活,調節方便等特點。因此,地下水水源熱泵技術是一種有益于環境保護和可持續發展的冷熱源形式,被稱為21世紀的“綠色空調技術”。
    三、地下水的開采與地下水環境
    (一)地面沉降
地下水屬優質淡水資源,其中深層地下水像煤碳一樣,是不可再生的資源,大規模、過量開采利用地下水,所產生的環境問題和地質災害其影響深遠甚至無法彌補。全國地下水資源評價表明,不合理地開采利用地下水,導致我國有近50個城市發生了地面沉降,已形成區域地下水降落“漏斗”100多個,面積已達到15萬平方公里。上海在20世紀20年代開始就發現地面沉降,1965年已降1.6米,嚴重的地點達2.37米。“長三角地區地下水資源與地質災害調查評價”報告顯示,“地面沉降”已經造成長三角中心地區損失近3500億元人民幣。
    (二)地下水質
利用地下水低溫熱源,可以減少空調能耗,但應采用閉式系統,保證無污染的回灌。過去,由于對水環境缺乏嚴格有效的保護,我國淺層地下水資源污染比較普遍,淺層地下水大約有50%的地區遭到一定程度的污染,約有一半城市市區的地下水污染比較嚴重,地下水水質呈下降趨勢。根據有關研究報道,武漢市市區第四系承壓含水層(地下水埋深為10~30m)中有機組分達30余種,其中以苯及其相關苯系物為主。眾所周知,苯和其他芳香烴的鹵代物的毒性很大,會對環境和人體產生嚴重的影響。
我們一方面要保護地下水資源,另一方面要高效利用地熱。建議有關職能部門應對采用地下水源熱泵機組的項目進行資源域和使用域的審核。資源域包括地質和水文環境;使用域是指使用資源域時必受其影響的地下或地上的環境和設施。評價范圍應以運行區域為圓心,評價內容包括:①物理影響;②化學影響;③微生物的影響;④熱力學的影響;⑤社會性影響;⑥節能效果與經濟效益

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