地下水源热泵的环境问题及对策探讨
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【摘要】地源热泵被认为是一种高效、环保、有利于可持续发展的技术，它被认为是21世纪最有效的空调技术。然而地源热泵的大量使用也带来了一系列的环境问题。本文介绍了地下水源热泵对环境的影响问题，并提出了改进意见。
中图分类号： S273 文献标识码： A
一、前言
地源热泵被认为是一种高效、环保、有利于可持续发展的先进技术，它是利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)既可供热又可制冷的高效节能系统，通过输入少量高品位能源(如电能)实现低温位热能向高温位的转移。与传统的空气源热泵相比，地源热泵的制冷、制热系数要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调系统的50%~60%。因此，近十几年来，地源热泵空调系统在美国、加拿大、瑞士、瑞典等发达国家取得了较快的发展。
二、地下水源热泵的工作原理
地下水源热泵的工作原理就是以城市地下水作为冷热源，根据地下水冬季温度高于室外温度、夏季温度低于室外温度的特点，采用热泵技术，通过少量的高位电能输入，将地下水中低品位难以直接利用的热能（冷能）提取出来，为建筑物供热（制冷）的过程。地下水源热泵从地下水中不断提取能量的过程，正是提升大量的地下水至地面，通过热泵机组提取能量后，再将其回灌到地下的连续运行过程。
三、地下水源热泵的优点
1、属可再生能源利用技术。地下水源热泵是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。所以说，地下水源热泵是利用清洁的可再生能源的一种技术。
2、环境效益显著。水源热泵使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，所以节能设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上；与电供暖相比，相当于减少70％以上。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，这样就不用远距离输送热量，减少了热量损失，提高了利用效率。其机房占地面积仅是锅炉房用地的1/5~1/8。机组没有燃烧，没有排烟，没有废弃物，也不需要堆放燃料、废物的场地，因此减少了占地面积。
四、地表水源热泵的应用对环境的影响
1、缓解城市热岛效应。夏季空气源空调系统的冷凝热通过空气直接排入大气，这是城市产生热岛效应的主要原因之一。地表水源热泵在夏季运行过程中，地表水作为热泵系统的冷源与热泵机组进行热交换，水温升高约5度后再进入环境水体。由于水的热容量比空气大得多，若将相同的热量分别排放到水中和空气中，水温的变化会比室外气温的变化更为缓和。因此，水体对温度有很大的调节功能。与传统空气源空调系统相比，利用地表水源热泵系统必然会缓解城市热岛效应。
2、破坏水体生态环境。地表水源热泵利用地表水作为冷热源，在规模化应用过程中会有大量的冷量和热量排入地表水体中。尽管水体流动会产生扰动，但排热(冷)还是可能对特定区域的水体温度场分布产生影响，进而对水环境造成一定的污染。例如水温升高，会降低水中的溶解氧含量，加速有机污染物的分解，增大耗氧量；同时水温的升高会使水体中某些毒物的毒性提高，加速某些细菌的繁殖，助长水草丛生、厌气发酵、散发恶臭。这对鱼类的影响很大，甚至会引起鱼类的死亡。
五、地下水源热泵系统对地下水源的影响
1、洗井和砾料问题引起堵塞。洗井问题。根据实际监测，有些空调系统所取地下水中含有大量泥沙，水的浊度超过标准，这说明抽水井施工过程中没有按规范要求洗井，大量的护壁泥浆滞留在井壁管过滤层外，导致空调运行过程中抽出的水中带有大量泥质和含水层中的细沙，这些泥沙经过热交换器以后，又注入回灌井，附着在过滤网上和含水层中。回灌井也没有达到洗井工艺要求，施工含水层中滞留的泥浆在井壁管周围形成的“泥皮”未能清除，阻塞含水层，降低了含水层的导水能力。处理这种堵塞的方法是对回灌井回扬或重新洗井。
2、气泡问题引起堵塞。首先，地下水被抽到地面及在管道中流动并回灌到地下的过程中，不可避免地要同空气接触，必然会带有一定量的气泡。其次，经过热交换器以后，水的温度发生了变化。夏季地下水吸收室内热量，水温升高，冬季放出热量，水温下降，与此同时，地下水抽出以后所受压力减少。温度升高和压力下降都会使原来溶于水中的气体释放出来，形成气泡。这些气体随即又被回灌到含水层中。如果是潜水，气泡会自行溢出，但在承压含水层中，这些气体一时难以溶解和溢出，易造成含水层堵塞，这种堵塞只能通过回扬处理。
3、由于地下水源热泵是由水泵抽取地下水完成供暖和制冷过程,经过热交换的地下水再次排入或加压泵加入地下水层的运行过程中难免会对地下水水质产生一定的影响。此处以某地区使用地下水源热泵的单位的水质变化为例。
六、解决方案
1、限制使用地下水源热泵。地下水源热泵的使用必须严格控制地下水开采量，防止地层坍塌。在进行施工前必须进行严格的地质勘测，在容易引起地层坍塌的地质条件下限制使用地下水源热泵。地下水源热泵系统可采用井口换热器，尽量减少地下水与空气的接触，并对回路中所用器材做防腐处理，这样可以减轻空气对地下水的污染程度。
2、提高成井质量。水源热泵空调系统中的抽水井和回灌井轮流使用，对成井工艺要求应该比普通水井要高，必须严格按照《供水管井施工及验收规范》要求施工。砾料不能用机械碎石代替，要选择没有易溶矿物、磨圆度较好的河砾石，保证砾料的透水性。同时，为防止砾料中的矿物溶解，污染地下水，必须严格控制洗井工艺，把施工过程中的泥浆清洗干净，防止泥浆堵塞回灌井。
3、控制回灌水质。回灌水质要等于或优于水源水质；同时应在封闭系统中输送地下水，与其接触的部件应采用耐腐蚀材料，取水、回灌水管路应装有水表和采集水样用的旋塞阀，并定期对地下水进行化验，将化验结果报送有关部门备案，发现地下水质异常，特别是水中出现化学物质含量升高或其他无关物质时，应及时采取措施。为了跟踪水源热泵技术对地下水水质的影响，应该选取具有代表性的地下水源热泵供热项目进行有规律的取样监测，以便及时了解和掌握地下水源热泵供热区域内地下水水质的变化动态。
4、采用土壤源热泵。采用土壤源热泵不存在地下水源热泵系统的水井老化、地面下沉以及地下水使用收费的问题；另外系统稳定，不需要利用地下水的水量，不受地下水使用政策和季节变化影响，还可节省地下水资源费；该方式不需要直接抽取地下水，不会对本地区地下水的平衡和地下水的品质造成任何影响，不会受到国家地下水资源政策的限制。
七、结束语
在地下水源热泵技术的推广应用中，应该仔细研究热泵系统运行过程中地下水迁移规律，周密部署有外力作用下的地下水水质监测工作，解决好地源热泵推广工作中可能出现的诸如地下水水质污染问题，进而推动全市经济、社会与环境的协调发展，同时也为国内其他城市推广地下水源热泵技术探索出一条新路。
参考文献：
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