江 劍，董殿偉

（北京市地質(zhì)工程勘察院，100048，北京）

地下水資源是我國水資源的重要組成部分，尤其是在我國北方地表水匱乏地區(qū)，地下水往往是當(dāng)?shù)匚ㄒ坏墓┧?。近年逐步興起的水源熱泵項目就是利用地下水作為介質(zhì)提取水中的冷、熱能量，以實現(xiàn)制冷、供暖的目的。由于水源熱泵具有環(huán)保、節(jié)能等諸多優(yōu)點，符合我國目前環(huán)保節(jié)能的需求，在國家及地方政府相關(guān)政策的支持下，已經(jīng)得到了快速的推廣和應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2010年12月，全國水源熱泵項目4500多個，供熱制冷總建筑面積達8 600萬m2左右，占各類熱泵項目供熱制冷面積的40%左右，地下水年循環(huán)使用量約 18.0億 m3。預(yù)計到2020年，全國的水源熱泵使用規(guī)模將比目前增長5～8倍，發(fā)展規(guī)模及地下水循環(huán)使用量越來越大。

一、水源熱泵系統(tǒng)原理

水源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下水溫度相對恒定的特點，采用熱泵原理，通過輸入少量的高位電能，實現(xiàn)建筑物供熱、制冷的高效、環(huán)保、節(jié)能的空調(diào)系統(tǒng)。

水源熱泵系統(tǒng)由水源熱泵機組、地下水熱量交換系統(tǒng)及建筑物末端空調(diào)系統(tǒng)組成（見圖1），其中水源熱泵機組由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機和膨脹節(jié)流裝置組成。

水源熱泵項目通過取水井抽取地下水，采用熱交換方式將熱（冷）量傳遞到地下水中后，再通過回水井把地下水回灌入地下含水層中，原則上只是利用地下水作為能量轉(zhuǎn)移的介質(zhì)，不消耗水資源量。

目前，水源熱泵項目水資源論證報告編制依據(jù)《建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》（以下簡稱《導(dǎo)則》），尚無專門的、針對水源熱泵項目取用水這一特殊行業(yè)的技術(shù)要求或?qū)t，但水源熱泵項目獨有的取用水特點又要求在報告編制時論證重點與普通取水項目不盡相同，如論證工作等級、范圍、合理的取用水量、取退水的可靠性和可行性等章節(jié)。

二、水源熱泵項目水資源論證技術(shù)要點分析

水源熱泵項目水資源論證的技術(shù)要點分析首先要結(jié)合《導(dǎo)則》，同時充分考慮水源熱泵項目取退水特點，分析如下：

表1 水源熱泵項目水資源論證分級指標

圖1 地下水源熱泵系統(tǒng)原理圖

1.工作等級及論證范圍

《導(dǎo)則》要求水資源論證工作等級由分類等級的最高級別確定，分類等級由地表取水、地下取水、取水和退水影響分類指標的最高級別確定。其中地下取水方面主要從取用水量及地質(zhì)條件、開發(fā)利用程度考慮；取水和退水影響主要從水資源利用、生態(tài)、水域管理要求及退水類型、退水量等考慮?！秾?dǎo)則》中工作等級的劃分標準不適用于水源熱泵項目的論證，此類項目應(yīng)從循環(huán)水量、水文地質(zhì)條件及回灌影響等方面來確定工作等級，推薦水源熱泵項目水資源論證分級表見表1。

《導(dǎo)則》中建設(shè)項目論證范圍應(yīng)包括項目建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)，一般以覆蓋較為完整的或獨立的水文地質(zhì)單元，或不小于地下水水位降落漏斗及其影響的范圍為地下取水水源論證范圍。由于水源熱泵項目的抽灌特點，其影響范圍相對較小，應(yīng)結(jié)合水文地質(zhì)條件、循環(huán)用水量、供暖季（制冷季）貯存的熱（冷）量及對附近已建水源熱泵、已有取水井的影響大小等因素來確定合理的論證范圍。

2.項目所在區(qū)域水資源狀況及開發(fā)利用分析

《導(dǎo)則》中要求簡述區(qū)域內(nèi)水資源量及其時空分布特點、質(zhì)量狀況，簡要介紹區(qū)域內(nèi)自然地理、社會經(jīng)濟、氣候特征、水系、水文及水文地質(zhì)條件等；進行供需平衡分析、現(xiàn)狀開發(fā)利用程度分析和開發(fā)利用潛力分析，評價區(qū)域用水水平，有針對性地提出現(xiàn)狀水資源開發(fā)利用中存在的主要問題。

水源熱泵項目論證時除 《導(dǎo)則》要求的內(nèi)容外（部分內(nèi)容可以適當(dāng)簡化，如供需平衡分析、現(xiàn)狀開發(fā)利用程度分析和開發(fā)利用潛力分析），還應(yīng)論述區(qū)域內(nèi)水源熱泵項目發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題，重點分析擬建項目周圍同類項目的建設(shè)情況和運行狀況，為擬建的水源熱泵項目論證提供參考。

3.取用水合理性分析

《導(dǎo)則》中要求，取水合理性應(yīng)從與國家產(chǎn)業(yè)政策的符合性進行分析；從符合有關(guān)水資源規(guī)劃、配置和管理要求，遵守經(jīng)批準的水量分配方案等，符合地下水超采區(qū)和水功能區(qū)的管理規(guī)定等方面進行分析；用水合理性分析是根據(jù)業(yè)主提供的取水方案和用水工藝，闡述和分析建設(shè)項目取水、用水、耗水和退水情況。

水源熱泵項目論證時除 《導(dǎo)則》要求的內(nèi)容外，水源熱泵項目取水合理性論證還應(yīng)結(jié)合能源或熱泵方面的規(guī)劃進行分析，并分析與國家或地方出臺的水資源管理或水源熱泵項目管理政策文件的相符性。用水合理性應(yīng)根據(jù)冷熱負荷計算合理的地下水循環(huán)使用量，需要指出的是，冷熱負荷應(yīng)由有資質(zhì)的暖通空調(diào)設(shè)計單位計算得出，然后由論證單位根據(jù)項目使用情況及國家相關(guān)設(shè)計標準進行校核；為保護地下水環(huán)境，循環(huán)水可提取的溫差應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮畡?wù)、環(huán)保主管部門發(fā)布的控制性數(shù)據(jù)為準，若無相關(guān)控制性數(shù)據(jù)，建議原則上提取溫差控制在7℃以內(nèi)，最大不能超過10℃；循環(huán)用水量應(yīng)根據(jù)建筑物不同使用功能單獨計算日高峰用水量、年用水量，如同樣面積、地點的學(xué)校與辦公樓年循環(huán)用水量就相差較大；節(jié)水措施應(yīng)明確要求建筑物應(yīng)是節(jié)能建筑，如果不是節(jié)能建筑，建筑物外墻應(yīng)采取一定的保溫措施，同時系統(tǒng)應(yīng)采用變頻控制，以最大限度減少地下水循環(huán)用水量。

4.取退水水源論證

取水、退水水源論證是水源熱泵項目水資源論證的核心，也就是論證取水水量、水質(zhì)、取退水工程能否滿足水源熱泵項目運行時的需水、退水要求。需要指出的是，根據(jù)水源熱泵項目地下水水源論證工作等級，除《導(dǎo)則》中規(guī)定的調(diào)查區(qū)域地質(zhì)背景、含水層特征、地下水的補徑排以及地下水動態(tài)變化等條件外，最重要的是調(diào)查項目所在地區(qū)含水層的出水能力和回灌能力，它不僅是評價水源熱泵項目建設(shè)適宜性的依據(jù)，也是其地下水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。對于工作等級為三級的論證或論證區(qū)研究程度較高的水源熱泵項目，可根據(jù)周邊地區(qū)水文地質(zhì)試驗數(shù)據(jù)或條件相似的同類項目對比，確定含水層的抽灌能力；而對于工作等級為二級或以上且論證區(qū)研究程度較低的項目，須首先開展水文地質(zhì)勘查工作，至少施工2眼勘探井，開展抽水和回灌試驗，確定含水層出水能力、回灌能力及水文地質(zhì)參數(shù)等，編寫場區(qū)水文地質(zhì)勘查報告。

水文地質(zhì)勘查、抽水試驗等工作的具體要求及其他參數(shù)計算參照《供水水文地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50027）和《供水水文地質(zhì)手冊》中的相關(guān)要求。

取退水井工程的布設(shè)內(nèi)容包括水源井的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、分布以及與周圍建筑物的距離等。

①水源井?dāng)?shù)量：包括抽水井的數(shù)量和回灌井的數(shù)量。抽水井的數(shù)量主要由抽水試驗確定的含水層出水能力和水源熱泵系統(tǒng)高峰循環(huán)用水量確定；回灌井的數(shù)量主要由回灌試驗確定的含水層回灌能力和水源熱泵系統(tǒng)高峰循環(huán)用水量確定。

②水源井結(jié)構(gòu)：水源井結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件和取水特點確定，設(shè)計合理的井深、井徑、井管等。

③水源井布置：水源井布置包括水源井之間的距離及其與周圍建筑物之間的距離等。在有些地區(qū)水務(wù)主管部門對水源熱泵水源井的布設(shè)有規(guī)定，依照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

5.取水和退水影響論證

水源熱泵項目運行時必然會導(dǎo)致地下水原始流場、溫度場的改變，也勢必會對地質(zhì)環(huán)境帶來一定影響。但從水源熱泵項目運行情況來看，只要地質(zhì)、水文地質(zhì)條件適宜，且設(shè)計、施工合理的水源熱泵項目并未監(jiān)測到對環(huán)境造成較大的負面影響，在論證級別較高（一、二級論證）的報告中，仍建議根據(jù)數(shù)值法模擬地下水流場和溫度場，評價因為水源熱泵運行而導(dǎo)致的局部水位、溫度升降幅度和對其他用水戶的影響。

需要指出的是部分水源熱泵項目由于抽取、回灌地下水引起了地面沉降、地面塌陷等問題，對地質(zhì)環(huán)境帶來了影響，也對周圍建筑物的安全造成了威脅，其問題實質(zhì)是水井施工質(zhì)量問題，也就是井水含砂量大于國家規(guī)范，但在部分第四系深層承壓水分布區(qū)，出現(xiàn)由于未做到同層回灌，導(dǎo)致水質(zhì)交叉污染和地面沉降等問題應(yīng)引起重視。建議在第四系承壓水分布區(qū)應(yīng)嚴格控制水源熱泵項目，基巖水源熱泵項目應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源狀況及水功能區(qū)劃分來決定是否允許上水源熱泵項目。

三、結(jié) 語

2002年我國正式建立和施行水資源論證制度，2005年水利部發(fā)布了《建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則》，為建設(shè)項目水資源論證報告的編寫提供了參考和依據(jù)。取水項目涉及的行業(yè)有自來水廠、建筑業(yè)、餐飲業(yè)、農(nóng)業(yè)等，同時對一些特殊行業(yè)也做了一些關(guān)鍵技術(shù)方面的補充要求，但缺少針對水源熱泵項目水資源論證相關(guān)的技術(shù)要求，建議盡快出臺相關(guān)技術(shù)要求或?qū)t。水源熱泵項目水資源論證報告編制主要依據(jù)《導(dǎo)則》，但其獨有的取用水特點決定了其論證的要點與普通項目不盡相同。水源熱泵項目水資源論證報告應(yīng)簡明扼要地突出體現(xiàn)以下幾個方面：

①水源熱泵項目與相關(guān)政策的符合性：對于水源熱泵項目節(jié)能環(huán)保特點及其與國家政策的符合性可簡略，著重突出與水源熱泵相關(guān)管理政策及水資源管理政策的符合性。

②水源熱泵項目建設(shè)的適宜性：主要是場地地質(zhì)、水文地質(zhì)條件與項目規(guī)模、需水量及場地條件的相互適宜性。

③項目合理的循環(huán)用水量及適宜提取的溫差。

④在水源熱泵項目適宜性的基礎(chǔ)上，重點分析水源井抽灌系統(tǒng)的推薦設(shè)計方案能否滿足項目循環(huán)用水的要求，分析地下水換熱系統(tǒng)中抽灌井的數(shù)量、井深、井徑、布井方案等相關(guān)參數(shù)。

⑤在論證級別較高的報告中，應(yīng)分析水源熱泵運行時，區(qū)域流場、溫度場改變對地質(zhì)環(huán)境和其他用戶的影響。

[1]建設(shè)項目水資源論證導(dǎo)則（SL/Z 322-2005）[S].2005.

[2]江劍，董殿偉，等.地下水源熱泵項目水資源論證關(guān)鍵技術(shù)和審查要點研究報告[R].2011.

[3]王貴玲，劉云，藺文靜，等.我國地下水源熱泵應(yīng)用水適宜性評價 [J].地溫資源與地源熱泵技術(shù)應(yīng)用論文集（第二集），2008.