水源熱泵回水不到100%將釀成災害

1、水源熱泵回水不到 100%將釀災難最近，思慮再三，把以前查到的文章推出來，希望和水源熱泵有關(guān)的網(wǎng)友 看看，一定要解決好這個問題。為國、為民、為子孫后代負責！自己不要干虧 心事！水源熱泵回水不到 100%將釀災難引言熱泵技術(shù)在暖通空調(diào)領域中構(gòu)成的熱泵供暖方式不僅避免了 “高位能源 供 暖廢棄物”的單向性傳統(tǒng)供暖方式 ,而且跳過“過程末端治理 ”的第二種模式 ,直接 走“再生能源 +高位能供暖廢棄物與再生能源的 ”部分能量循環(huán)使用的閉環(huán)式 循環(huán)過程的第三種模式。因此 ,近年來熱泵供暖 （冷）在我國應用十分廣泛 1。但 是,縱觀世界各國熱泵的發(fā)展態(tài)勢 ,我們明顯地看到 ,在世界各國熱泵發(fā)展過程中曾

2、多次出現(xiàn)熱泵發(fā)展停滯、熱泵市場下跌等問題。我們應很好地吸取各國發(fā)展熱 泵的經(jīng)驗和教訓 ,以便避免在今后我國熱泵快速發(fā)展中出現(xiàn)類似的發(fā)展停滯現(xiàn) 象。為此 ,撰寫本文,以發(fā)出科學的善良警告 地下水源熱泵若不 100%回灌地 下水將是子孫后代的災難。其理由十分簡單 ,即:?我國地下水資源十分短缺 ;?我國地下水超采現(xiàn)象嚴重 ,已引起一些地質(zhì)災害問題 ,亟待解決 ;?目前,國內(nèi) 運行的地下水源熱泵系統(tǒng)的回灌尚存在許多問題,又未引起有關(guān)部門的高度關(guān)注 ;?國內(nèi)有關(guān)部門與業(yè)主對地下水源熱泵系統(tǒng)的回灌缺乏有效的管理與監(jiān)測。1 我國地下水資源十分短缺全球地下水水量為0.237 X 108kmX占全球水總量的1

3、.71%,而其中 xx 為0.1287 X 108kn淡水為0.1083 X 108km32而我國地下淡水資源量為 694km33,僅占世界地下淡水 資源的0.0,可見我國地下水總量貧乏。同時 ,由于我國地形、降水分布的地域性差 異,使我國地下水資源具有南方豐富、北方貧乏的特征。占全國總面積的60%的北方地區(qū)地下水天然資源量約 260km3/a,約占全國地下水天然資源量的 30%不 足南方的。占全國總面積約的西北地區(qū)地下水天然資源量約110km3/a，約占全國地下水天然資源量的 13%;而東南及中南地區(qū) ,面積僅占全國的 13%,但地下水天然 資源量約為260km3/a，約占全國地下水天然資源

4、量的30%2。我國地下水分布的 不均勻性 ,為普遍地推廣與應用地下水源熱泵帶來地域的局限性。我國人口眾多，淡水資源人均占有量為900m3,低于世界平均水平的，居世界第 110位,被聯(lián)合國列為 13個典型貧水國之一 4。再加上水質(zhì)污染狀況嚴重 ,導 致我國 600多個城市有 300多個城市缺水 5 ,根據(jù) 1988年統(tǒng)計,在 300多個缺水 城市中,其中 100多個是嚴重缺水城市 ,主要集中在北方 ,高峰季節(jié)只能滿足 65%的 用水量，全國城市日缺水量達到1600萬m3。特別是北方地區(qū)，由于地表水資源缺 乏,主要依靠開采地下水來彌補用水量的不足。根據(jù)2000年中國水資源公報記載，2000年全國總

5、供水量5531億m3,其 中地下水開采量達1060億m3。北方松遼河、海河、黃河、淮河四大流域片，地 下水開采量達845億m3,占全國地下水開采量的79%。北方地區(qū)地下水供水量在 總供水量中占有較大比例。其中海河流域占66%,黃河中下游占 60%,遼河流域占59%。南方各流域片地下水占總供水量的比例都在 5%以下,但集中在都市化區(qū) 域?；谶@種現(xiàn)狀 ,決定了地下水源熱泵只能通過地下水來采集淺層地能 （熱）,而 不得再對地下水資源造成浪費和污染。2 地下水超采面臨的問題與教訓地下水超采是指兩部分 :一是淺層地下水超采 ,即地下水多年平均開采量超過相應的總補給量 ,并造成 地下水位持續(xù)下降的現(xiàn)象

6、;二是深層承壓水超采 ,由于補給十分困難 ,其大規(guī)模開采 即可視為超采量。由于地下水開采過于集中 ，在城市地區(qū)引起地下水位持續(xù)下降、地面下沉、 海水入侵等環(huán)境地質(zhì)問題。2?1 區(qū)域地下水位持續(xù)下降 ,降落漏斗面積不斷擴大例如:?目前北京超采區(qū)形成1000km2的下降漏斗，漏斗區(qū)平均水位下降4m多沖 心水位下降20-30m,嚴重的地區(qū)達40m5。?天津、滄州、衡水、德州一帶下降漏斗已連成一片 ，面積達3.18 萬 km2。?華北深層水位以 3-5m/a 的速度下降。?蘇錫常地區(qū)區(qū)域降落漏斗已達 3000km2,漏斗中心水位埋深60-70m。?遼寧全省地下水超采面積達1500km2。沈陽地區(qū)形成了

7、地下水位降深為 28m、面積為280km2的超采漏斗，遼陽地區(qū)形成了深為23.5m,面積為320km2的超采漏斗6,5。2?2 地面沉降上海早在 20世紀 30年代開始 ,由于大量超采地下水導致地面下沉 ,從 1921 年到 1967 年,最嚴重的地區(qū)地面下降2.37m7。至今，全國已有50多個大中城市出現(xiàn)了區(qū)域性地面沉降，80%分布 在沿海地區(qū) ,較嚴重的是上海、天津、滄州、蘇州、寧波等地,如表 1 所示。表12?3 海水入侵沿海地區(qū) ，特別是山東半島、遼東半島和渤海灣由于地下水超采造成不同程 度的海水入侵。地下水超采引發(fā)地面沉降、地裂、塌陷、海水入侵等地質(zhì)災害 ,給人類的生 命安全與生產(chǎn)環(huán)

8、境等造成極大的危害。我國由于地下水超采引發(fā)的地質(zhì)災害的問題已越來越嚴重,因此 ,在推廣和應用地下水源熱泵時 ,首要的任務是保護地下水資源。采取調(diào)節(jié)措施 ,涵養(yǎng)水源 ,逐步 實現(xiàn)地下水資源的合理配置、科學保護和可持續(xù)發(fā)展利用的目標。3. 100%回灌地下水是正確使用地下水源熱泵的基本標志評價一個運行的地下水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)劣 ,應該首先看它是否能 100%的回灌地下水。必須符合地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范（GB50366-2005中5.1.1的規(guī)定。要有完善的回灌系統(tǒng) ,在整個運行壽命期內(nèi) ,保證 100%回灌地 下水。然后才能看它的運行經(jīng)濟性 ,可靠性和安全性等。3?1 地下水源熱泵回灌的目的3?1

9、?1 保護地下水資源 ,避免出現(xiàn)地質(zhì)災害。基于地下水資源嚴重短缺和長期超采的現(xiàn)狀 ,如果地下水源熱泵的回灌技術(shù) 有問題 ,不能將 100%的井水回灌到含水層內(nèi) ,那將會使現(xiàn)在已不樂觀的地下水資 源狀況雪上加霜。在全國大力推廣地源熱泵的同時 ,會帶來和加速由于地下水超 采引發(fā)的更大的地質(zhì)災害 ,地下水位下降、含水層疏干、地面下沉、河道斷流、 海水入侵等。3?1?2 改善和提高淺層地能 （熱）的利用效率。淺層地能 （熱）一部分儲存在含水層的地下水中 ,而大部分儲存在含水層巖石 骨架、頂層與底層巖土中 ,通過地下水源熱泵系統(tǒng)的回灌井把溫度較低的水注入 含水層中 ,重新與含水層、頂層和底層巖土進行換熱

10、 ,以此來提高淺層地能 （熱 ）的 利用率。3?1?3回灌保持含水層內(nèi)的壓力 ,維護淺層地能 （熱）的開采條件。地下水源熱泵若不能 100%回灌地下水 ,其用水的實質(zhì)變?yōu)榈叵滤囊环N人工 排泄。當大量的地下水源熱泵被采用和長期運行 ,勢必會使含水層的地下水補 給、徑流、排泄的小循環(huán)遭到破壞。眾所周知 ,地下水的補給、徑流和排泄是緊密聯(lián)系在一起的 ,是形成地下水運行的一個完整的、不可分割的過程。為此,地下水源熱泵必須采取可靠的回灌措施 ,確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到 同一含水層 ,以保持含水層的壓力與穩(wěn)定的出水量。3?2 地下水源熱泵回灌的問題與對策地下不源熱泵回灌技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù) ,

11、已引起空調(diào)制冷業(yè)內(nèi)人員的關(guān)注 8- 10。同時 ,人工地下水回灌技術(shù)也是水資源管理的新戰(zhàn)略 5。人工地下水回灌技 術(shù)是指將多余的地表水、暴雨徑流或再生污水通過地面滲流或回灌井注水等方 法將水從地面上輸送到地下含水層中 ,隨后同地下水一起作為新的水源開發(fā)利 用。在地熱資源開發(fā)與利用領域也采用地熱水回灌技術(shù)來保護地熱資源 1,2 。 可見,地下水回灌技術(shù)現(xiàn)已成為諸領域中的熱門研究課題。地下水源熱泵應用于工程實際已有 60多年的歷史 ,在這 60多年中時常暴露 出了回灌井失效問題?；毓嗑氯斐蓡尉吭焦嘣缴?,甚至灌而不下。這已 是制約地下水源熱泵應用的一個瓶頸?；毓嗄芰ο陆档脑蚴蔷?、巖石表

12、面 和地層結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生堵塞。引起堵塞的因素有 :3?2?1 懸浮物堵塞。由于水中含有的懸浮物顆粒在回灌壓力作用下 ,附著于回灌井的井壁或進入 含水層的孔隙而影響回灌能力。當細小顆粒被吸附于井壁上時 ,會形成塊狀物 ,此 時,可通過回揚和酸洗手段來消解 ;而當運動的細小顆粒在地層中的某一位置由于 壓力和流速不能維持顆粒的正常運動 ,而使顆粒被駐留 ,形成阻擋的環(huán)狀區(qū)域 ,當發(fā) 生這種堵塞時 ,盡管采用回揚措施 ,通常也是不可消除的。防止懸浮物的具體措施是加裝過濾器 ,除去水中的懸浮物之后再回灌。因此 , 控制回灌水中懸浮固體物的含量是防止回灌井堵塞的首要因素。 3?2?2 氣泡堵 塞。由于回灌水中

13、可能攜帶大量氣泡、水中溶解性氣體可能因溫度與壓力的變 化而釋放出來、也可能因生化反應而生成氣體物質(zhì) ,氣體在含水層孔隙和通道中 駐留、堆積 ,可能發(fā)生氣體堵塞。防止回灌水夾帶氣泡的具體措施是在回灌井口 水系統(tǒng)的最高點設置集氣罐 ,集氣罐上設置自動排氣閥。3?2?3 化學沉淀堵塞。由于物理化學狀態(tài)的改變或回灌水與地下水之間的化學反應而產(chǎn)生沉淀,從而降低井的回灌能力。其中 ,水中的離子和含水層中粘土顆粒上的陽離子發(fā)生交 換,導致粘粒的膨脹和擴散 ,這是報道最多的因化學反應產(chǎn)生的堵塞。防止粘粒膨脹和擴散的具體措施是可通過注入CaCI2等鹽來解決。3?2?4 微生物的生長?；毓嗨械奈⑸镌谶m宜的條件

14、下 ,在回灌井周圍迅速繁殖 ,形成生物膜 ,堵塞 過濾器孔隙或含水層孔隙 ,降低含水層的導水能力。防止生物膜形成的具體措施是 :?去除水中的有機物 ;?進行預消毒 ,殺死微生物 ,如常用氯消毒。3?2?5 含水層細顆粒介質(zhì)重組。當回灌井為雙用途井 ,又兼作抽水井用 ,反復的抽水與回灌可能引起井壁周圍 細顆粒介質(zhì)的重組 ,這種堵塞一旦形成 ,很難處理。據(jù) Dillon 等人對 40 個回灌事例的調(diào)查 , 發(fā)現(xiàn) 80%的回灌井出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象 ,其 中 65%的井的堵塞原因已經(jīng)查明 , 其余 15%的原因尚不清楚。已查明堵塞井中 ,各種情況所占的比例列入表 2 中2。表2這充分說明 ,在目前的技術(shù)條件

15、下 ,回灌井堵塞仍是一種普遍存在的問題。這 些基本問題不解決 ,而盲目推廣與應用 ,其后果難以預料。3?3 有效的管理與監(jiān)控運行中 ,為了掌握回灌效果 ,及時發(fā)現(xiàn)回灌中出現(xiàn)的問題 ,應做好以下幾點工 作:3?3?1 回灌效果的監(jiān)測。要對回灌井的回灌水量、水溫、水質(zhì)及井口壓力等 進行監(jiān)測 ,并記錄以備查閱。3?3?2 回揚?；負P清洗方法是預防和處理回灌井堵塞的有效方法之一。目前 在國內(nèi) ,常采用回揚清洗方法來維持地下水源熱泵系統(tǒng)的地下水回灌。3?3?3回灌井的維護與管理。每年至少要檢修一次井 ,將井管抽出 ,清洗過濾 網(wǎng)及井管。3?3?4采用化學的方法 （加酸、消毒及氯化劑等 ）對回灌井進行周期性的再生 與處理,以保護井的回灌能力。4?結(jié)束語進入 21 世紀后,地下水源熱泵系統(tǒng)在我國的發(fā)展十分迅速 ,其應用日益廣 泛。目前 ,有的部門和地區(qū)制定實施了一系列優(yōu)惠政策和措施 ,使地下水源熱泵系 統(tǒng)的應用更為廣泛。在這種形勢下 ,我們更應該注意到地下水的雙重性 ,它不僅是 地下水源熱泵優(yōu)良的源與匯 ,而且是一種寶貴的資源 ,是人類賴以生存的最重要的 基本物質(zhì)之一。沒有水 ,人類無法生存和發(fā)展。因此 ,保護地下水資源、合理地開 發(fā)和利用地下水資源走可持續(xù)發(fā)展之路 ,使人類社會與自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展 ,事在當 代,功在千秋。為此