地下水地源热泵系统应用对地温场的影响
郑州市地下水源热泵应用适宜性与环境影响分析
郑州市地下水源热泵应用适宜性与环境影响分析田良河;刘新号;闫震鹏;焦红军;杨坡;谭菊萍【摘要】本文在分析郑州市现有地温空调系统应用的基础上,从水文地质条件、浅层地温场特征、经济效益等方面分析了郑州市地下水源热泵应用的适宜性,研究了热泵运行对地下水环境的影响,认为地下水源热泵应用效果较好,经济社会效益明显,适宜推广应用,为城市地下水源热泵发展应用提供了依据。
%According to analysis of current application of geotherm air-conditioning systems,the application effect of Ground Source Heat Pump System（GSHPS）in Zhengzhou City is analyzed from the aspects of hydrogeological conditions,shallow geotherm characteristics and economybenefit,etc.,additionally,the environmental evaluation of GSHPS is researched.It is considered that the application effect of GSHPS is preferable,and the economy benefit is obvious.It is available to expand the application,which will provide a support for application of urban GSHPS development.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2011(006)004【总页数】6页(P51-56)【关键词】郑州市;地下水源热泵;水文地质;影响;适宜性【作者】田良河;刘新号;闫震鹏;焦红军;杨坡;谭菊萍【作者单位】河南省地质调查院,郑州450001;河南省地质调查院,郑州450001;河南省地质调查院,郑州450001;河南省地质调查院,郑州450001;河南省地质调查院,郑州450001;河南省地质调查院,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TK5290 引言上个世纪70年代以来,能源和环境危机日趋严重.人们开始寻求传统能源之外的清洁、可再生的替代能源.正是在这种情况下,以清洁、可再生的浅层地热能为能源的地源热泵引起了人们的关注.地源热泵是一种先进的技术,它高效、节能、环保,有利于可持续发展.正是热泵技术使浅层地热资源得到有效利用.而地源热泵应用也日益广泛,并且受到各级政府的重视.地源热泵系统包括地下水地源热泵系统与地埋管地源热泵系统.郑州市浅层地热能的开发利用多采用地下水源热泵,土壤源热泵利用才刚起步.浅层地热能主要应用于包括宾馆、住宅、商场、写字楼、学校、医院、别墅、厂房等建筑节能方面.近年来,郑州市地下水源热泵应用发展迅速,在开发利用中也存在很多问题.如,不能完全回灌造成水资源浪费,井间距过小或抽回水量过大,造成运行期间地下水水温急剧升高(夏季)或降低(冬季),影响热泵系统运行效果,此外,地温空调运行对环境的影响问题也有待研究.1 地温空调应用现状1.1 地温空调井基本情况近年来,郑州市地下水源热泵技术发展迅速,现有浅层地热能中央空调用户百余家,抽回灌井200余眼,井深一般100～150m左右.个别小于80m或大于150m,市区东部和东北部井深较浅,市区西部和地下水降落漏斗区井深稍深.孔径一般500～600mm,井径一般300mm左右.单井出水量一般20～70m3/h,最大达100m3/h. 郑州市地温空调井因所处地貌位置不同,井深和开采层位有所不同.京广线以东为黄河冲积平原,井深一般较浅,开采层位一般为全新统、上更新统和中更新统砂层,含水层岩性为中细砂、细砂等,厚度20～40m,埋深一般在100m以上,由于这里水位埋藏较浅,故抽水水量较大,而回灌效果不佳.市中心附近,地下水埋藏较深,开采层位可达中更新统和下更新统砂层中.市区西部为塬前冲洪积倾斜平原区,井深一般稍深,开采层位主要为上更新统、中更新统和下更新统砂层,含水层岩性为细砂、中细砂、砂砾石,厚度25～50m,砂及砂砾石层局部钙质胶结成砂岩,影响空调井的出水量和回灌量.一般一组空调井需一眼抽水井和两眼回灌井.抽水井和回灌井间距一般20～30m,部分小于15m或大于30m.1.2 地温空调系统运行效果一般制冷期为5月底至9月底,供暖期为11月上旬至次年3月上旬.供热期间,井水进主机温度一般15～19℃,出主机温度一般45～55℃,回灌水温度8～15℃.室外环境温度-5～0℃时,室内环境温度可达到20℃左右;制冷期间,井水进主机温度一般16～20℃,出主机温度一般8～12℃,回灌水温度19～27℃.室外环境温度33～37℃时,室内环境温度可达到21℃左右.2 水文地质特征2.1 储水介质特征及富水性郑州市200m以浅松散地层岩性主要为第四系全新统、上更新统、中更新统冲积(局部为冲洪积的粉质粘土、粉土夹砂层;京广铁路以西,90～120m以下为下更新统或新近系粘土与砂互层.顶板埋深由西部的20～40m至东部的10m左右;底板埋深:西部以新近系湖冲(洪)积中厚层含砾中、粗砂为底界,埋深120～140m,其中含水层厚度40～60m;东部以中更新世中部黄河冲积厚层中、细砂为界,埋深160m左右,其中含水层厚度50～110m(图1).含水层富水性可划分为三个区:强富水区分布于东北部沿黄一带,含水层以粗砂为主,夹中砂或细砂,顶板埋深4～23m,降深5m单井涌水量3000～5000m3/d,局部大于5000m3/d.水位埋深一般5～10m;富水区分布于整个平原区,含水层岩性由中砂、粗砂、细砂及少量砂砾石组成,单井涌水量1000～3000m3/d,个别大于3000m3/d.水位埋深由东部的小于5m向西部逐渐增加为大于20m;弱富水区分布于袁河、郭小寨、西胡垌一带,含水层岩性为中细砂,局部夹有粉砂,单井出水量19.8m3/h,水位埋深大于50m(图2).2.2 地下水循环特征垂向上接受降水入渗、地表水渗漏补给,通过开采排泄.于开采量大于垂向补给量,在市区范围内形成了水位降落漏斗(最大水位埋深80.4m);水平上主要为来自北部黄河河道带和西部的侧向径流补给.2.3 含水层回灌能力含水层的回灌能力是影响地下水源热泵适宜性的主要条件之一.地下水回灌量的大小受成井结构与质量、水文地质条件等多种因素影响,回灌能力与含水层颗粒大小、富水性、水位埋深等有密切关系.根据已完成的"河南省重点城市浅层地热能评价与开发利用研究"成果,按单井回灌量进行将郑州市200m以浅含水层回灌能力分为4个区(图2).总体来看,回灌能力由沿黄一带冲积平原区的1500～3000m3/h向西南丘陵区逐渐减弱至小于500m3/h.综合含水层富水性与回灌能力,郑州市除西南部丘陵区外,其他地段均适宜或较适宜地下水源热泵应用.2.4 水化学类型与化学组分特征郑州市区地下水水化学类型主要为HCO3型,自西南丘陵区向北、东北、东南方向,大致分为HCO3-Ca、HCO3-Ca.Mg和HCO3-Na.Ca(Mg)型三个区,反映出了水化学类型由丘陵区逐渐向平原区过渡的分布规律.地下水中影响热泵系统运行效果和使用寿命的主要化学组分特征值见表1.表1 郑州市地下水化学组分特征值表按地源热泵水质要求(DZ/T 0225-2009),根据郑州市22个水样分析结果,浅层地下水硬度全部超标,Cl-、SO和游离CO2局部超标.总体来看,地下水除硬度外,基本满足水源热泵水质需要,个别元素局部超标.特征值 pH值总硬度(mg/l)总碱度(mg/l) Cl-(mg/l) CaO (mg/l)(mg/l) 2-SO4矿化度(mg/l)游离CO2 (mg/l)最大值 7.6 612 469 147 262 233 1139 23最小值 7.1 218 208 12 69 17 501 4平均值 7.4 398 319 74 140 86 786 103 浅层地温场特征根据郑州市潜水位以下2m深处水温观测结果,市区一带地下水埋深较大、温度稍高,一般18～20℃,局部大于20℃;向外围逐渐降低至16～18℃.郑州市西郊地下水埋藏较深,含水层颗粒较细,局部呈胶结状,导水性较差,地下水水温较高,200m深水井的地下水温可达20℃左右;郑州市东北郊,浅层含水层为黄河冲积物,埋藏较浅,颗粒较粗且松散,导水性能好,黄河侧渗补给强烈,浅层地温场温度较低,另外,在郑州市地下水降落漏斗区,因地下水位埋深较大,水温略偏高.浅层地温场特征见表2.表2 浅层地温场特征值表区域温度(℃) /水位埋深(m)市中心区温度(℃) /水位埋深(m)近郊区温度(℃) /水位埋深(m)恒温带深度(m)/温度(℃)浅层地温场平均温度(℃) 15.9～17.0/<20 18～20/>40 16～18/10～50 27/15.7 18.4～18.7地温增温率:根据井中垂向测温资料,市区东北一带增温率为2.13℃/100m,小于正常地热增温率,可能与浅层地下水补给速度快有关;市区西南一带增温率为3.53℃/100m.从本区浅层地温场特征来看,地下水温度变化范围在热泵系统要求范围内,可以满足热泵应用要求.4 经济环境效益分析地温空调系统以电能为辅助能源,将地下浅层地温的低位能量转变为可利用的高位能,实现冬季供暖、夏季供冷,又能将部分热量加以利用形成生活热水.通常消耗1kW的电能,地温空调系统可获取4kW的热量或冷量,这要比电锅炉加热节省2/3以上的电能,比燃料锅炉节省1/3以上的能量;水源热泵的热源温度全年较为稳定,其制冷制、热系数可达3.5～4.0,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的50%～60%,足见水源热泵的节能性.地温空调系统不仅具有较高的GOP(能效比)值,还在一定程度上解决了洗浴用水的供应问题.以河南省老干部疗养院地下水源热泵空调系统为例:河南省老干部疗养院共施工地温空调井8眼,其中抽水井3眼,回灌井5眼,井间距12～15m,空调应用面积22000m2.冬、夏季均使用120天,夏季室内温度降低12℃,冬季室内温度升高20℃.运行效果较好.其经济效益对比见表3.表3 省老干部疗养院地温空调与其他空调效益对比表目空调类型备注地温空调燃煤空调燃气空调电空调空调面积(m2) 22000 22000 22000 22000基本投资(万元) 330 365 410 340运行费用(元/m2.天)夏季 0.09 0.16 0.20 0.11冬季 0.10 0.20 0.18 0.13从以上各表可看出,利用热泵技术开发利用浅层地热能,能够节约能源,保护环境,投资运行成本低,社会效益及经济效益明显.浅层地热能是一种清洁的,可再生的能源,是国家要求大力探索和发展的新能源.随着我国能源结构政策的调整和地源热泵技术的逐步提高完善,城市对浅层地热能需求不断加大,浅层地热能所占的比重也将愈来愈高.5 热泵系统运行对地下水环境的影响5.1 对地下水温度的影响郑州地区地温空调井抽水井中水温一般约16～20℃,回水管道中水温在供暖期一般在10～15℃,比抽水井中地下水温度低2～7℃;制冷期一般在18～25℃,比抽水井中地下水温度高1～8℃.根据对地温空调井中水温度监测,地温空调运行时对地下水温度阶段性影响较明显:受回灌水温度的影响,制冷期地下水温度略有升高,供暖期略有下降.但在一个完整的制冷与供暖周期内(图3、4),地温空调井回灌对地下水温度持续性影响不明显.5.2 对地下水水质的影响根据儿童医院地温空调井制冷期运行前(5月5日)、运行期间(8月21日)及运行(10月29日)后的水质全分结果,并收集了2003年8月份水质资料进行对比,见表4.表4 儿童医院地温空调井不同时段下水水质对比表分析项目含量(mg/l) 03.08.11 08.05.05 08.08.21 08.10.29 03.08.11 08.05.05 08.08.21 08.10.29含量(mg/l) 分析项目K+ 0.72 1.45 0.80 1.09 Zn / 0.02 0.01 / Na+ 97.61 115.79 55.56 77.60 Cu / 0.01 0.01 / Ca2+ 93.80 159.32 157.11 159.12 Pb / 0.01 0.01 / Mg2+ 18.00 36.21 27.22 37.66 Cd / 0.005 0.005 / Fe3+ 0.23 1.20 0.01 0.05 Se / 0.00 0.0001 / Fe2+ / 0.002 0.002 0.002 Hg / 0.0001 0.0001 / Al3+ / 0.01 0.01 0.05 Mn 0.05 0.02 0.01 / NH4阳离子0.02 0.10 0.02 0.02 As / 0.00 0.00 /合计 314.07 240.69 275.52 Ag / 0.01 0.01 / +Cl- 93.25 130.81 114.15 125.49 Cr6+ / 0.002 0.00 / SO42- 70.64 172.91 107.59 143.13 总硬度 308.30 546.50 504.00 552.20 HCO3-357.60 436.90 369.17 432.02 永久硬度 15.30 188.50 201.50 198.00 CO32- 0.00 0.00 0.00 0.00 暂时硬度 293.00 358.00 302.50 354.00阴离子OH- / 0.00 0.00 0.00 负硬度 0.00 0.00 0.00 0.00 NO3--13.34 72.00 60.00 55.13 总碱度 293.00 358.00 302.50 354.00 NO20.001 0.03 0.01 0.02 总酸度 22.40 7.10 18.80 F- 0.35 0.20 0.36 0.32 H2SiO3 22.00 28.60 29.90 26.00 Br- / / / / 游离CO2 14.08 19.69 6.22 16.58 PO43- / / / / CODMn / 1.03 0.51 0.53合计 / 812.85 651.28 756.13 氰化物 / 0.001 0.001 /色度 / 100 2 5 酚类 / 0.002 0.002 /口味 / 无无无矿化度 600.00 1148.92 914.97 1051.65气味 / 无无无固形物 930.47 730.38 835.65浊度 4.11 49 1 5 pH值 7.65 7.30 7.50 7.40变化较为明显的成分主要有Na+、Mg2+、Cl-、SO、HCO、NO等,与2003年(收集资料)相比,总体以含量升高为主,并引起总硬度、矿化度等指标的升高.变化最大的NO含量升高了4倍以上.但就本次采取的3组水样对比来看,各组分却呈现出运行期含量较低,运行期前后含量较高的现象,且总体上有所降低.其中5月5日水质中同时存在有NH、NO、NO,表明水已受污染一定时间.而后期的水样中这3种离子含量逐渐降低.经调查,该水样采取前(4月底)机组曾进行调试,因此该水样异常应为机组试运行引起的污染所至.因此,在浅层地热能开发利用时应严格控制污染源.6 结论⑴郑州市平原区含水层岩性为中砂、中细砂,富水性好,可满足地下水源热泵供水与回灌需求.⑵郑州市地下水温度一般18～20℃,适宜地下水源热泵运行.地下水中化学组分除硬度外,基本满足水源热泵水质需要,个别元素局部超标.⑶郑州市地下水源热泵应用效果较好,经济社会效益明显,适宜热泵推广应用.⑷地温空调运行时对地下水温度阶段性影响明显,但在一个完整的制冷和供暖周期内,地下水温度没有明显的持续性变化.地温空调运行过程中应注意防护,以减少可能对地下水造成的污染.综上所述,地下水源热泵在郑州市应用较为适宜.但在使用过程中应加强地下水监测管理,以确保地下水完全回灌,同时为研究热泵系统运行对地下水环境的长期影响提供资料,促进地源热泵技术健康发展.参考文献[1] 赵军,戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.(Zhao Jun, Dai Chuanshan.Geothermal heat pump technique and architecture energy saving application [M].Beijing∶ China achitecture industry press, 2007).[2] 中国资源综合利用协会地温资源综合利用专业委员会.地温资源与地源热泵技术应用论文集.第一集[M].北京:中国大地出版社,2007.( Professional committee of geothermal resource utilization, association of Chinese resource utilization.Proceedings of geothermal energy and geothermal heat pump technique application, volume 1 [M].Beijing∶ China land press, 2007). [3] 国土资源部地质环境司组织编写.浅层地热能-全国地热(浅层地热能)开发利用现场经验交流论文集[M].北京:地质出版社,2007.( Geological environment department of ministry of land and resources.Shallow geothermal energy- Proceedings of national conference of geothermal energy development and utilization experiences communication [M].Beijing∶ Geology press, 2007).[4] 北京市地质矿产勘查开发局,北京市地质勘查技术院编著.北京浅层地温能资源[M].北京:中国大地出版社, 2008.( Beijing geological mineral survey and exploitation bureau, Beijing geological survey technique institute,etal.Shallow geothermal energy of Beijing [M].Beijing∶ China land press,2008).。
浅层地温能开发利用的环境效应
才 司 司 土 资 源 锰 修
浅层地温能开发利用的环境效应
＿刘 瀚’ ／ 陈安国 ／ 周吉光。 ／ 董岩峰’ ／ 田国涛’
（ １ ． 河北省 国土 资源利 用规划 院，石家庄 ０ ５ ０ ０ ５ １ ；２ ． 石 家庄经济 学院，河北 石家庄 ０ ５ ０ ０ ３ １ ）
收稿 日 期： ２ Ｏ １ ５ －０ ７ －０ ５
▲ 作者 简介 ： 刘瀚 （ １ ９ ７ ７） ， 男， 河北省徐 水县人 ， 高级 工程 师， 地 质工程 学学士， 河北省 国土资 源利 用规 划院副 院长 ， 主要 从事矿产 资
源调查、利用、规 划研 究。
３ ６ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ Ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ２ ０ １ ３ ． ０ ８
方 式 产 生 的地 质 环 境 效 应 也 不 同 。相 对 来 讲 ，再 生 水 源 热
浅层 地 温 能开 发 利 用 的主 要技 术 是地 源 热泵 技 术 ， 这 是一种 绿色 、环保 成熟 的节能技 术 。利 用地源 热泵技术 开 发利用 浅层地 温 能 ，来 为城市建 筑供 热、制冷 ，节能效 果 非常显 著 。它 比传统空调 （ 实 际就是空 气源热泵 ）节 能 ４ ０ ％，比电采暧节能 ７ ０ ％，比燃气 炉效率提高４ ５ ％以上 ，其 运 行费用是 传统 中央空调 的５ ０ ％ ６ ０ ％。我 国华ｊ Ｅ 地 区冬 天 供 暖期 长 、夏 季制 冷期长 ，开发地 源热泵具 有广 阔的市场
地源热泵技术进行开 发。
２浅层地温 能开发利用的地质环境效应
安阳市区地下水地源热泵系统对地下水影响趋势研究
域羑河村—西木佛村等地。 含水层岩性为中粗砂
含砾, 中细砂层。
弱富水区 (1 000 ~ 100 m 3 / d) : 分布在蔡村、
南流寺 村 以 及 南 部 宝 莲 寺 一 带。 含 水 层 为 中 细
砂、 粉细砂等。
3 监测指标
安阳市市区地下水地源热泵系统取水水源多
年底, 监测单位为 49 家。 2006—2018 年, 水 源
井水质监测工作未间断的单位有 4 家, 该文选取
安阳市泰丰房地产开发有限责任公司文峰时代广
场项目 12 年夏季水质情况进分析论述, 将该系统
的抽、 回水质中含量变化较明显的总硬度、 硫酸
盐、 氯化物、 溶解性总固体及硝酸盐 ( 以氮计)
随着地温空调用户的增多, 地下水地源热泵系统回灌水量也日益增大, 而回灌水质的变化对地下
水化学场会造成一定的影响。 文章通过收集安阳市市区地下水地源热泵系统开发利用现状, 对比
分析安阳市区地下水地源热泵抽、 回灌水质长时间序列 (12 年) 变化情况, 分析回灌水对地下
水化学场的影响, 及地下水地源热泵系统在抽、 回灌中存在问题及发展趋势。
5. 8 %。 总体来看, 热泵机组运行前后不会对地
下水中 Fe 离子含量产生明显干扰。
4. 4 硝酸盐 ( 以氮计)
3 家监测单位抽水水质显示有超过 《 生活饮
用水卫生标准》 限值的情况, 对比往年 2017 年
水质监测数据, 该 3 家单位均未超标。 硝酸盐氮
硝酸盐超 标 的 原 因 为 局 部 地 下 水 受 到 污 染 造 成
关键词: 地下水地源热泵; 地下水环境; 地质环境; 影响
中图分类号: P641
济南地区地埋管地源热泵系统对土壤温度场的影响研究
济南地区地埋管地源热泵系统对土壤温度场的影响研究发布时间：2021-06-22T10:21:20.913Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：贺继超刘为民肖利涛赵秉南焦时飞别舒[导读] 摘要：为了研究地源热泵系统长期运行对土壤温度场、出水温度及机组自身COP的影响，本文基于TRNSYS软件模拟了济南地区某一办公楼冷热负荷和地源热泵系统运行20年后土壤平均温度、出水温度及机组自身COP变化。
中国中元国际工程有限公司北京市 100089摘要：为了研究地源热泵系统长期运行对土壤温度场、出水温度及机组自身COP的影响，本文基于TRNSYS软件模拟了济南地区某一办公楼冷热负荷和地源热泵系统运行20年后土壤平均温度、出水温度及机组自身COP变化。
模拟结果表明：济南地区该系统排热量是取热量的2.07倍，由于冷热不平衡导致土壤平均温度升高约4.85℃，热堆积率为0.24℃/a。
地源测出水温度冬/夏季分别增加了4.5℃/5℃，其夏季COP下降了0.45，冬季COP上升了0.1。
总体而言，地埋管地源热泵系统较适合应用于济南地区。
关键词：地埋管地源热泵；TRNSYS模拟；出水温度；土壤温度场；COPStudy on the Influence of Ground Source Heat Pump System on Soil Temperature field in Jinan AreaAbstract：In order to study the influence of long-term operation of the ground source heat pump system on soil temperature field，water outlet temperature and COP of the unit itself，Based on TRNSYS software，this paper simulates the cooling and heating load of an office building in Jinan，and simulates the changes of the average soil temperature，water outlet temperature and COP of the ground source heat pump system after 20 years of operation .The simulation results show that：In Jinan area，the heat discharged by this system is 2.07 times of the heat taken out. Due to the imbalance of cold and heat，the average soil temperature increases by about 4.85℃，and the heat accumulation rate is 0.24℃/a. The measured water temperature in the ground source increased by 4.5℃/5℃ in winter and summer，respectively. The COP in summer decreased by 0.45 and that in winter increased by 0.1. In general，the ground source heat pump system is more suitable for application in Jinan area.Keywords：Ground source heat pump，TRNSYS Simulation，Outlet temperature，Soil temperature field，COP1 引言目前，经济的快速发展导致全球能源消耗呈指数级增长，其中建筑能耗约占全国总能耗的28%，采暖空调能耗占建筑使用能耗的65%左右[1]。
上海世博园地表水地源热泵的应用及环境影响分析
专业论坛上海世博园地表水地源热泵的应用及环境影响分析同济大学 张文宇☆ 龙惟定摘要 介绍了国内外地表水地源热泵的研究现状,分析了上海世博园区地理、气候条件以及空调负荷,认为以黄浦江江水作为冷热源的热泵系统可行,指出热泵系统与环境之间具有双向影响。
关键词 上海世博园 黄浦江 地表水地源热泵Ap p li c a ti o n of s urf a c e w a t e r s o ur c e h e a t p u m p s yst e ms i n S h a n g h a i Exp o a n d t h e e n vir o n m e nt eff e c t a n a l ysisBy Zhang Wenyu★and Long WeidingAbst r a ct Presents t he current research status of surf ace water source heat p ump syste ms in and out of China.A nalyses t he geograp hic,climatic conditions and cooling load in Sha nghai Exp o area.Concludes t hatt he water of Hua ngp u River is available as t he cold a nd heat sources of t he heat p ump syste m during t he Exp o period.Points out t hat t here are reversible eff ects between t he heat p ump syste m a nd e nvironme nt.Keywor ds Sha nghai Exp o,Hua ngp u River,surf ace water source heat p ump★Tongji University,Shanghai,China1 国内外地表水地源热泵研究现状国外地表水地源热泵的研究始于20世纪30年代,瑞士苏黎世议会大厦安装了欧洲第一台大型热泵,以河水作为热源,输出热量175kW。
地源热泵技术对地下水的影响分析
水 源热泵 仅是 以地下 水作 为能量 传 导介 质 ， 下水 通过 抽水 地 系统 进入 热泵 系统 经 过热 交换 又从 回水 系统 回灌 到地 下 含 水层 中。如果 抽取 的地下 水能 够完全 回灌 到地 下含 水层 中 ， 则整 个过
２ 地 源 热泵 在 国 内外 的 利 用和 研 究 现状 、 不 “ 源热泵 ” 地 的概念 ， 最早 于 １ １ 年 由瑞 士的专家提 出 ， ９２ 而该 程 中对水 源不产 生浪费 。但 是各 地 的地质情 况不 一样 ， 同的结 出水 能 力不同 ， 回灌能 力也 不 同 ， 常容 易 出现 水 资源 非 技术 的提 出始于英 、 美两 国 。１４ ９ ６年美 国在俄勒 冈州 的波兰特市 构含 水层 。 严重 时可能 引发 一些生 态破 坏 问题 。尤 中心 区建成 第一个 地 源热 泵 系统 市 中心 区安装成 功 。上世 纪 ７ 浪费 和水 质污 染等 问题， Ｏ 年 代初 期 ， 由于 石 油危 机 的 出现 和环 境 的恶化 ， 引发 了人 们 对新 其 是对 回 灌温 度 的控制 对水 源 热泵 的 可持续 发 展有 着 长远 的意
能 源 的开发 和利 用 ，因而地 源 热 泵 以其节 能 的特 点 开始 受 到重
义。
视 。上世纪 ８ Ｏ年代 后期 ， 源热 泵技术 己经趋 于成 熟 ， 多的科 地 更 学家 致力于 地下 系统 的研究 ，努力提 高热 吸收 和热 传导 效率 。 同 时越来 越重视 环境 的影响 问题 。上世纪 ９ 年 代 以来 ， Ｏ 欧美 国家的 科技 工作者 的联 系更加 密切 ， 同对地 源热 泵有 关 的环境 问题 开 共 展 了广 泛和深入 的研究 。我 国对地源 热泵 的研究始于 ２ Ｏ世纪 ５ ０ 年代 ， 要是 由各 个 大学 研 究 ， 主 而水 源热 泵 真正 大 量应 用开 始 于 ２ Ｏ世纪 ９ 年代 ．但 是水源热 泵 的长 期利 用对地 下水温度 的影 响 Ｏ 研 究较 少 ． 目前 有关 水源 热泵 对地 下水 影响研 究 主要侧 重在 两 个 方面 ： 一是 地下 水 资源 总 量 的保 护 ， 主要 集 中在 回灌 井 的结 构设 计 和成井 工艺研 究 ，以及 在使 用过 程 中如何保 证井 的 回灌顺 利 。
典型气候带地埋管地源热泵运行对地温场的影响分析
典型气候带地埋管地源热泵运行对地温场的影响分析贾子龙;郑佳;杜境然;刘爱华;李娟;李富【摘要】我国的浅层地温能开发利用以寒冷地区和夏热冬冷地区应用最为广泛,利用方式以地埋管地源热泵系统为主.其中寒冷地区北京、天津、河北等省市发展规模较大,夏热冬冷地区江苏和浙江两地发展规模较大.本文选取寒冷地区和夏热冬冷地区规模较大、具有代表性的地埋管地源热泵工程开展了地温场的监测,分析了地温场的监测数据.结果表明,受气候带的影响建筑物的供暖和制冷情况会有所差异,但其所使用的地源热泵系统运行对地温场的影响非常有限,不会因气候带的差异而有所差别.【期刊名称】《城市地质》【年(卷),期】2019(014)003【总页数】6页(P81-86)【关键词】浅层地温能;地埋管地源热泵;气候带;地温场;监测数据【作者】贾子龙;郑佳;杜境然;刘爱华;李娟;李富【作者单位】北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218;北京市地热研究院,北京 102218【正文语种】中文【中图分类】P314;X1410 引言我国浅层地温能资源开发利用起步较晚，但是近年来发展十分迅速。
2010年，我国浅层地温能年利用量已高居全球第二（丁宏伟等，2016），2015年更一跃成为世界浅层地温能利用量最大的国家，地源热泵当前的发展速度已领跑世界。
全国31个省市区均有浅层地温能开发利用工程项目，80%的项目集中在华北和东北南部地区，包括北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等省市。
据统计，截至2016年，我国浅层地温能应用建筑面积约4.78亿m2，替代标煤1505万吨，占全国能源消费总量的0.463%，每年可节约标煤806万吨，减排二氧化碳1792万吨、二氧化硫12.76万吨，经济环境效益显著。
按照现行国家标准《民用建筑热工设计规范》（GB 50176-2016）中建筑热工设计分区的有关规定，我国气候带可划分为5个地区，分别是严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。
区域流场作用下地下水地源热泵系统抽灌模式对地温场的影响
泵运 行 的地 下水 温度 场 问题 进行模 拟计 算 。 地下水 源热 泵 系统运 行 对地 下 水 流场 、 温度 场 的影 响 范 围通 常集 中于抽 水 、 回灌井 附近 的一 定 区 域 ， 为便 于模 型 计 算分 析相关 规律 ， 立 较 为理 想 的模 拟 模 型 ， 文献 基 本 建 与
２１ ０ ０年 ７月
地 下 水
Ｇ ｏ ｎ ａ ｅ ｒｕ ｄｗ ｔｒ
Ｊ１ ２ ０ ｕ．，０１
Ｖｏ．３ Ｎ０． １ ２ ４
第３ ２卷
第 ４期
区 抽 灌 模 式 对 地 温 场 的 影 响
王 慧玲
（ 京 市 勘 察 设 计 研 究 院 有 限 公 司 ， 京 １０ ３ ） 北 北 ０ ０ ８
的三 维水热 耦合 模 型 ， 区域 流 场 作 用下 ， 下 水 地 源 热泵 对 地 系统 运行 一个采 暖 、 冷周 期 后 ， 同 的抽 灌 井 布 局 以 及 交 制 不 替方 式下 ， 地下 水地 源热泵 系统 含水 层 中地 下 水 温度 场 的演
变 趋 势 行 定 量 模 拟 和 分 析 ， 而 对 地 下 水 地 源 热 泵 系 统 抽 灌 进
相 同。
能 ， 却有利 于地 下 含 水层 采 能 ， 远东 等 也 认 为 对 于 地 但 张
下水 流动 较为显 著的地 区 ， 温场 的变 化 幅度 不 仅 受地 下水 地
天然 流速 的影 响 ， 与 井 位 布 局 方 向 密切 相 关 。 因此 ， 还 在水
文 地 质 条 件 基 本 明 确 的 情 况 下 ， 何 通 过 调 整 可 控 制 的 因 如
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
试验场概况
试验场位于小清 河 冲 积 扇 中 部， 处于小清河的一
2 级阶 地 上， 占 地 面 积 约 5 000m 。 试 验 场 自 然 地 形 基
本平坦， 地 面 标 高 在 36. 70m 左 右 。 试 验 场 内 共 布 设 Z2 ） ， 热源井 2 眼（ 编号分别为 Z1 、 井间距为 30m ， 地下 水观测孔 11 个（ 编号 A － K ） ， 热源井及观测孔 深 度 均
图3 Fig． 3of groundwater level in the heating period
2
试验场热泵系统运行及测试
试验场地下水地源热泵系统热源井抽取第 2 层地
与采暖运行基本一致：抽水井附近的地下水位下降 、 回 抽、 灌井附近水力坡度最 灌井附近的 地 下 水 位 抬 升， 向外渐趋平缓 。 大，
Vol． 38 No． 3 May 2011
水文地质工程地质 HYDROGEOLOGY ＆ ENGINEERING GEOLOGY
第 38 卷 第 3 期 2011 年 5 月
地下水地源热泵系统应用对地温场的影响
王慧玲 ， 王文峰 ， 王 峰， 孙保卫 100038 ） （ 北京市勘察设计研究院有限公司 ， 北京
采用重力回灌方式进行回灌， 热泵系统运行一个 下水， 制冷周 期， 为 全 天 连 续 运 行。 采 暖 运 行 自 3 月 采暖 、 19 日开始， 至 4 月 25 日停 止， 共 计 运 行 37 天；制 冷 运 行自 7 月 27 日 开 始， 至 9 月 3 日 停 止， 共 计 运 行 39 天。 系统运行过程中采用电测水位计和 Levelogger 记 录仪进行地下水水 位 、 水 温 的 监 测， 共 计 进 行 水 温、 水 位监测约 10 000 点次 。
摘要 ： 通过建立地下水地源热泵系统试验场， 运行热泵系 统， 并 进 行 地 下 水 温 度 连 续 监 测， 分析应用地下水地源热泵系 统对地温场的影响 。 抽水井与回灌井之间以及回灌井附近 的 地 下 水 温 度 随 系 统 运 行 明 显 变 化 。 系 统 运 行 后， 回灌水体 以回灌井为中心向外围扩展， 水温最低或最高点位于含水层 中 部 。 粘 性 土 相 将以不规则边缘的透镜体贮存于含水层中， 对隔水层的温度变化幅度 、 影响范围均小于含水层 。 由于热 量 的 累 积 效 应， 即使是冷热负荷均衡的热泵系统， 运行一个 制冷周期后也将在热源井附近的抽 、 灌水含水层以及相邻的隔水层中形成冷量或热量的小范围聚积 。 采暖 、 关键词 ： 地下水地源热泵；试验场；地下水温度场；地下水流场 中图分类号 ： P314. 2 文献标识码 ： A 3665 （ 2011 ） 03013405 文章编号 ： 1000-
［1 3］
在 40m 左右 。 热源井及各观测孔具体分布见图 1 。
图1 Fig． 1
热源井及观测孔布置图
Location of heat source well and monitoring wells
， 缺乏实际的监
1. 1
水文地质条件 依据现场水文地质勘察 资 料， 试 验 场 约 40m 深 度
第3期
水文地质工程地质
·135·
1. 2
地下水补 、 径、 排条件 潜水主要接受大气降水入渗和地下水侧向径流补
给， 并以地 下 水 侧 向 径 流 、 越流和人工开采等方式排 泄。 承压水的补给方 式 主 要 为 侧 向 径 流 和 越 流， 排泄 方式主要为地下水侧向径流和人工开采 。 受人为因素 影响， 该层地下水水位变化较大， 地下水流向不明显 。 1. 3 地下水水温及水质 整体比 试验场的地下水背景 温 度 在 13. 6ħ 左 右， 且在整个试验场范围内变化不大 。 较稳定， 依据室内检测结 果， 试验场地下水水质达到饮用 水标准， 不含使井管和过滤管腐蚀的特殊离子或气体， 可充分满足地下水回灌的要求 。
地下水地源热泵系统利用地下水常年恒温的特 通过建造抽水 、 回灌井群提取地下水中的热量或冷 点， 量， 直接导致地下水流场及地温场的变化 。 抽水 、 回灌 区地温场的显著变化将直接影响热泵系统的运行效率 和使用寿命， 可造成 地 下 水 较 高 硬 度 地 区 的 热 源 井 结 垢、 堵塞， 增加工程的 维 护 费 用， 还可能导致地下水水 质显著变化进而对周围生态环境产生影响 。 为了保护 地下水环境 、 优化热泵系统设计， 研究地下水地源热泵 系统运行过程中地温场的演化规律至关重要 。 而目前 国内外关于热泵系统运行对地温场影响方面的研究较 且基本为理论分析或模型计算 少， 测资料验证及相关规律的分析 。 本文通过建立地 下 水 地 源 热 泵 系 统 试 验 场， 并进 行水温 、 水位等的连续监测， 对热泵系统运行影响下地 温场的变化规律进行 分 析， 对于地下水地源热泵系统 具有重要的应用参考价值 。 的优化设计，
范围内主要分布 2 层地下水 。 第 1 层地下水赋存于标 高 21. 40 25. 90m 之间的 砂 类 土 层 中， 试验前水位标 8. 20m 之间的砂卵石层中， 试验 前 地下水 类 型 为 潜 水；第 2 层 地 下 水 高在 25. 00m 左右， 赋存于标高 1. 80 地 下 水 类 型 为 承 压 水， 含水 水位标高在 24. 90m 左右， 层厚 3. 30m 左右 。 试验场典型地层剖面见图 2 。