引 言

    節(jié)約資源是我國“十一五”期間的基本國策,建筑領(lǐng)域節(jié)能減排工作近年來在我國也得到了大力的推進(jìn)，隨著可再生資源建筑應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，地源熱泵建筑一體化作為國家重點(diǎn)推廣的技術(shù)近年來有所發(fā)展。水源熱泵系統(tǒng)已在我國不少城市得到成功應(yīng)用，取得良好效益。咸陽市大力推進(jìn)節(jié)能減排工作，積極推廣可再生能源在建筑中利用項(xiàng)目。目前，全市已經(jīng)建成地水源熱泵建筑一體化項(xiàng)目兩個(gè)，并已于2010年開始試運(yùn)行。

 

一、咸陽市地質(zhì)水文條件分析

    咸陽市地處暖溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候，四季冷熱分明，全年最低氣溫在1月，平均溫度在-3℃—1℃，7月最熱，平均溫度為23℃—27℃。全市分為南部平原區(qū)和北部黃土溝壑區(qū)。南部開闊平坦，呈臺(tái)階狀，可分為黃土臺(tái)原區(qū)，河流階地區(qū)兩個(gè)分區(qū)，寶雞峽、涇惠渠、羊毛灣三大灌溉區(qū)分部其中，北部溝壑縱橫，可分為馬蘭土石山地，黃土高原溝壑區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)三個(gè)分區(qū)。

 

    1.1水資源分布概況

    咸陽市水資源主要由河川徑流和地下水組成。地下水資源蘊(yùn)藏相對(duì)豐富，呈現(xiàn)出南富北貧的分布規(guī)律。南部淺層水是地下水的主要部分，分布廣泛，除局部土石山丘外，其余地區(qū)均含有，只是富水程度差異較大。潛水埋藏淺，易于開發(fā)，循環(huán)交替快而易于調(diào)蓄。全市多年平均自產(chǎn)地表徑流5.43億立方米，地下水不重復(fù)量3.66億立方米，另外還有入境客水量60.79億立方米，同時(shí)大氣降水也是地表徑流及地下水補(bǔ)給的主要來源之一。大氣降水是地表徑流及地下水補(bǔ)給的主要來源之一。年平均降雨量567.9毫米，年降水總量58.60億立方米。各地年降水量的分布呈南少北多之大勢(shì)。地下水資源蘊(yùn)藏豐富，水資源總量11.3億立方米。水資源人均水量為全省水平的20.5%,為全國水資源水平的9.8%。從圖2中可知，咸陽市地下水資源大致為南富北貧的分布規(guī)律，南部一區(qū)為水資源富裕區(qū)，約占總量的35%，中部二區(qū)為中等區(qū)約占總量35%，北部為水資源一般區(qū)，約為30%，因此，本地區(qū)水資源分布中等以上占總量的70%，地下水資源利用率較為可觀。

圖2.咸陽市區(qū)地下水資源分布圖

分區(qū)		滲透系數(shù)m/d	潛水埋深m	含水層厚度m	富水性
一區(qū)	沿渭河岸東部	40-74	6-10	50-60	極好
	西部及東邊大部	17-60	10.5-18.73	35-45	好
二區(qū)	西部	13-47	10.76-24.44	40	好
	中部及東部	40-74	3.69-9.3	50-60	極好
	中部與東部之間	17-60	10.86-18.41	35-45	好
三區(qū)	南部	1.7-16	30-60	20-30	較好
	北部	0.1-2.8	>60	------	差

    1.2水文水質(zhì)分析

項(xiàng)目	標(biāo)準(zhǔn)值		地貌分區(qū)
			涇西階 地區(qū)	涇西臺(tái) 原區(qū)	涇東階 地區(qū)	涇東臺(tái) 原區(qū)	黃土高原溝壑區(qū)	黃土丘陵溝壑區(qū)
渾濁度	一級(jí)	≤3	無	無	無	無	無	無
	二級(jí)
嗅和味	一級(jí)	無	無	無	無	無	無	無
	二級(jí)	無
PH值	一級(jí)	6.5-8.5	6.0-7.0	6.0-7.0	6.0-7.0	6.0-7.0	6.0-7.0	6.0-7.0
	二級(jí)	6.5-8.5
總硬度（mg/L）	一級(jí)	≤350	476.31	282.78	1057.95	254.51	276.77	233.57
	二級(jí)	≤450
硫酸鹽	一級(jí)	﹤250	163.2	82.31	165.0	67.5	37.14	49.3
	二級(jí)	﹤250
氯化物	一級(jí)	﹤250	91.7	98.31	447.55	68.25	24.36	21.30
	二級(jí)	﹤250
溶解性總固體	一級(jí)	﹤1000	737.2	628.45	1557.5	523.98	324.02	334.47
	二級(jí)	﹤1000
氨氮	一級(jí)	≤0.5	0.13	0.05	0.03	0.10	0.01	0.03
	二級(jí)	≤1.0
硝酸鹽	一級(jí)	≤10	0.00	0.01	0.12	0.03	0.17	0.00
	二級(jí)	≤20
總體評(píng)價(jià)			二級(jí)水源	一級(jí)水源	二級(jí)水源	一級(jí)水源	一級(jí)水源	一級(jí)水源

 

    表2為咸陽市地下水水質(zhì)分析概況，從該表中可知全市一級(jí)水源分布區(qū)占到67%以上，一級(jí)水源經(jīng)過消毒處理即可作為飲用水。全市地下水PH值范圍為6.0-7.0，略偏堿性，滿足標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值6.5-8.5。除涇東階地區(qū)水硬度超過1000 mg/L以外，其余各地區(qū)水硬度均可達(dá)到二級(jí)以上。其他化學(xué)測(cè)試指標(biāo)均滿足一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，該地區(qū)地下水水質(zhì)良好，能夠滿足地下水源熱泵系統(tǒng)的水質(zhì)要求。

 

二、地下水源熱泵應(yīng)用實(shí)例分析

    咸陽市自2009年在全市范圍內(nèi)推廣可再生能源建筑應(yīng)用，目前已建成紫韻東城、博尚新都地下水源熱泵建筑應(yīng)用一體化項(xiàng)目。兩個(gè)項(xiàng)目均位于水資源分布區(qū)的三區(qū)東部地區(qū)內(nèi)，潛水埋深小，含水層厚度大，水質(zhì)條件良好。在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)已經(jīng)完成的地下水成井與回灌試驗(yàn)顯示，試井涌水量穩(wěn)定，水質(zhì)良好。

 

    2.1項(xiàng)目概況

    博尚新都地下水源熱泵建筑一體化應(yīng)用示范項(xiàng)目位于咸陽市東南方向，項(xiàng)目總建筑面積11.43萬平方米，建筑類型為居住建筑。本項(xiàng)目供冷供熱系統(tǒng)采用地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)抽水井4口，回灌井12口。工程位于咸陽市渭河一、二級(jí)階地后部和三級(jí)階地的前緣，屬于我市地理位置較高區(qū)域，因此該項(xiàng)目成功實(shí)施表明我市其它地勢(shì)較低區(qū)域水源熱泵建筑應(yīng)用具有穩(wěn)定開發(fā)的潛力。

 

    2.2成井與回灌實(shí)驗(yàn)分析

    根據(jù)已測(cè)得此項(xiàng)目地下水成井報(bào)告及回灌實(shí)驗(yàn)，地下水埋深100米，含水層以中細(xì)砂含礫、中細(xì)砂為主，單井小時(shí)涌水量約為72.6m³/h，單井小時(shí)回灌水量約為36.3m³/h，地下水水溫為18℃左右，具有良好的水源和回灌性能，符合水源熱泵對(duì)含水層的要求，實(shí)際回灌量大于設(shè)計(jì)回灌量，符合《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)回灌量的要求。地質(zhì)結(jié)構(gòu)以粘土和砂石為主，保證所抽取的地下水穩(wěn)定回灌，防止地質(zhì)漏斗區(qū)發(fā)生，確保了該地區(qū)地下水資源的安全。

回灌試驗(yàn)參數(shù)

名稱	水質(zhì)狀況	井徑mm管徑mm	試驗(yàn)總時(shí)間	單井抽水、回灌水量 m3/h
抽水試驗(yàn)	含水層以中細(xì)砂含礫，PH值為7.73,渾濁度<1，總硬度312mg/L，鈣含量56mg/L，鎂含量41.8mg/L 水溫18℃	650/325	32h	72.6
回灌試驗(yàn)		650/325	32h	36.3

 

    2.3技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

    2.3.1熱泵機(jī)組性能系數(shù)與能效比

熱泵機(jī)組	標(biāo)準(zhǔn)工況		實(shí)際工況
性能系數(shù)/能效比 （COP/EER）	制熱（COP）	制冷（EER）	制熱（COP）	制冷（EER）
	4.38	5.43	4.38	4.82

    性能系數(shù)COP與能效比EER是分別表征水源熱泵機(jī)組冬季制熱率與夏季制冷率的性能參數(shù)，其值為熱泵機(jī)組的制冷（熱）量與輸入功率之比值。從表5可知，實(shí)際工況下熱泵機(jī)組的性能系數(shù)（COP）與能效比（EER）分別為4.38與4.82，高于《水源熱泵機(jī)組》（GBT19409-2003）中5.3.16、5.3.17的規(guī)定，冷熱水型機(jī)組制熱時(shí)COP值不小于3.6，制冷時(shí)EER值不小于4.6。

 

    2.3.2節(jié)能量計(jì)算

    節(jié)能方案為將地下水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)制冷采暖方式（夏季家用空調(diào)器制冷+冬季集中供暖），分別對(duì)比其耗電量、標(biāo)煤量與年節(jié)約煤量。由表6可知，采用地下水源熱泵系統(tǒng)供冷、采暖折算年耗煤量均小于家用空調(diào)與集中供熱系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)年可節(jié)約標(biāo)煤總量2483.92t，按標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)900元/t計(jì)算，年可節(jié)省費(fèi)用約為224萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。通過計(jì)算可得知（表7），該系統(tǒng)的運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)年減少CO₂排放量6209.8t，SO₂排放量39.73t，煙塵和氮氧化物74.01t、38.73t，上述計(jì)算結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠有效地減少大氣污染物的排放，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展具有重要的作用。

類別	耗電量/kw·h	折標(biāo)煤量/tce	年節(jié)約煤量/tce	年節(jié)省費(fèi)用/萬元
水源熱泵供冷	1892959.3	728.79	816.44	734796
家用空調(diào)制冷	4886105.6	1545.23
水源熱泵采暖	3373920.0	1298.96	1667.48	1500732
集中供熱	---------	2966.44
節(jié)能方案年總節(jié)約標(biāo)煤量（tce）、節(jié)約費(fèi)用（元）			2483.92	2235528

    注：電折標(biāo)煤系數(shù)取0.385kgce/kwh（等價(jià)值），標(biāo)煤為900元/t

名稱	節(jié)約標(biāo)煤量tce	CO2	SO2	煙塵	NOx（氮氧化物）
水源熱泵供冷	816.44	2041.1	13.06	24.32	12.73
水源熱泵采暖	1667.48	4168.7	26.67	49.69	26.01
合計(jì)	2483.92	6209.8	39.73	74.01	38.73

    注：1噸標(biāo)煤燃燒排放CO₂為2.5t， SO₂0.016t，煙塵0.0298t，NO_x（氮化物）0.0156t

 

    2.3.3投資回收分析

項(xiàng)目名稱	供能方式	分項(xiàng)投資金額/萬元	總金額/萬元	投資增量/萬元
博尚新都 供冷供熱	家用空調(diào)制冷	-------	1242.25	1189.38
	市政集中供暖	1242.25
	水源熱泵空調(diào) 制冷采暖	2431.63	2431.63

    注：家用空調(diào)投資部分由用戶自行承擔(dān)，不計(jì)入投資金額

 

    由表8可知使用博尚新都項(xiàng)目水源熱泵系統(tǒng)除投資額要高出傳統(tǒng)方式1189.38萬元，單位建筑面積投資增量成本為104元/㎡。

供能方式	運(yùn)行時(shí)間 （天）	耗電量 （kw·h）	電費(fèi)單價(jià) （元/月）	運(yùn)行總費(fèi)用（萬元）
夏季供冷	90天	1892959.2	0.5	94.65
冬季采暖	120天	3373920.0	0.5	168.70
合計(jì)	210天	5266879.2	0.5	263.35

    注：電費(fèi)單價(jià)取咸陽市2009年居民用電全年平均電價(jià)

費(fèi)用名稱	計(jì)算依據(jù)	費(fèi)用（萬元）
系統(tǒng)電耗費(fèi)用	供冷電費(fèi)+供熱電費(fèi)	263.35
工資及福利	3×15600元/人·年=4.68萬元	4.68
設(shè)備維護(hù)費(fèi)用	6萬元/年	6.0
其他費(fèi)用	11.43×1元/㎡·年	11.43
合計(jì)		285.46

 

供能方式	負(fù)荷（kw）	運(yùn)行時(shí)間（h）	總負(fù)荷（kw·h）	耗電量（kw·h）	運(yùn)行總費(fèi)用（萬元）
家用空調(diào)	5202.8	90×24=2160	112388048	4013586.72	200.68
供能方式	負(fù)荷（kw）	運(yùn)行時(shí)間（h）	總負(fù)荷（kw·h）	折耗煤量（tce）	運(yùn)行總費(fèi)用（萬元）
集中供熱	5345.73	120×24=2880	15395702.4	2966.44	266.98
合計(jì)					467.96

    注：電費(fèi)單價(jià)取咸陽市2009年居民用電全年平均電價(jià)

    折耗煤量(標(biāo)煤)=[總負(fù)荷÷（鍋爐效率×輸配系統(tǒng)效率）] ×0.1299/1000

 

費(fèi)用名稱	計(jì)算依據(jù)	費(fèi)用（萬元）
設(shè)備電耗費(fèi)用	供冷電費(fèi)+供熱耗煤費(fèi)	467.96
工資及福利	9×12000元/人·年=10.8萬元	10.8
設(shè)備維護(hù)費(fèi)用	9萬元/年	9
其他費(fèi)用	11.43×1元/㎡·年	11.43
合計(jì)		499.19

 

    通過對(duì)比地下水源熱泵系統(tǒng)（表10）與家用空調(diào)、集中供暖系統(tǒng)（表12）的運(yùn)行總費(fèi)用，可知水源熱泵系統(tǒng)年可節(jié)省費(fèi)用213.73萬元，根據(jù)投資量回收年限的靜態(tài)計(jì)算法，可再生能源投資增量=投資增量/運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省，由表8可知水源熱泵投資增量為1189.38萬元，根據(jù)上述公式可計(jì)算得回收年限為5.6年，即地下水源熱泵系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)5.6年就可收回投資部分增量。

 

三、總結(jié)

    綜上所述，咸陽市地下水源比較充足，水質(zhì)良好，地下水體各項(xiàng)指標(biāo)已接近飲用水要求，抽水、回灌試驗(yàn)表明該地區(qū)地下水出水量充足，因此該地區(qū)具備發(fā)展地下水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行住宅制冷、制熱的潛力。針對(duì)已運(yùn)行的地下水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，利用該系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，投資回收年限短，無論是從環(huán)保、舒適性、節(jié)能角度都表明該系統(tǒng)在該地區(qū)使用具有實(shí)際可應(yīng)用性及優(yōu)越性。

 

    咸陽市在熱工分區(qū)上雖然位于寒冷地區(qū)，但是隨著全球氣候變化，氣候越來越趨于夏季炎熱，冬季寒冷，因此同時(shí)需要考慮建筑的供熱與供冷問題，在嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)前提下，使用地下水源熱泵制冷、采暖能夠有效地降低建筑能耗，但同時(shí)還需考慮到在建筑中使用更多的被動(dòng)式設(shè)計(jì)手段綜合減少建筑自身的冷熱負(fù)荷，保證住戶的熱舒適度，通過綠色建筑設(shè)計(jì)、可再生能源建筑應(yīng)用等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)建筑能源利用可持續(xù)發(fā)展。

 

參考文獻(xiàn)：

[1] 咸陽水利網(wǎng),www.xysl.gov.cn/

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[3]地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 GB-50366-2005[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

[4]水源熱泵機(jī)組GBT19409-2003[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003

 

作者簡(jiǎn)介：

1.姓名：安贇剛，性別：男，職務(wù)：西安建筑科技大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)08級(jí)碩士研究生，專業(yè)領(lǐng)域：建筑節(jié)能與室內(nèi)熱環(huán)境，地址：陜西省西安市雁塔路13號(hào)，郵編：710055手機(jī)：15029967993，電子信箱：ang850522@126.com

2.姓名：趙文學(xué)，性別：男，職務(wù)：咸陽市墻體材料革新與建筑節(jié)能辦公室主任，職稱：高級(jí)工程師，單位：咸陽市墻體材料革新與建筑節(jié)能辦公室，專業(yè)領(lǐng)域：建筑節(jié)能與墻材革新，地址：陜西省咸陽市渭陽西路59號(hào)，郵編：712000手機(jī)：13700209567，電子信箱：ZWX9567@163.com

3.姓名：趙廣，性別：男，職務(wù)：咸陽市建筑節(jié)能檢測(cè)評(píng)估中心技術(shù)員，職稱：助理工程師，單位：陜西省咸陽市朱泉路20號(hào)，專業(yè)領(lǐng)域：建筑節(jié)能，地址：陜西省咸陽市咸陽市朱泉路20號(hào)，郵編：712000，手機(jī)：13649104235，電子信箱：zhaoguang0815@163.com