地温空调水资源论证.docx
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地温空调水资源论证
XX职业技术学院地下水源热泵空调项目
水资源论证报告书
二○一二年七月
1总论
1.1项目来源
职业技术学院位于豫鲁皖四省结合部的全国历史文化名城、国家级优秀旅游城市——市，是2001年经省人民政府批准、教育部备案的一所独立设置的公办全日制高等职业院校。
2006年，学院在省高职高专院校人才培养工作水平评估中，以各项评估指标全优的成绩被评为优秀院校；2007年被教育部、财政部确定为国家示性高等职业院校立项建设单位，2010年6月顺利通过国家示院校项目建设验收，成为全国百所示性高等职业院校之一；2010年10月又被国务院确定为全国高等职业教育发展综合改革试点院校。
学院有教职工1245人，专任教师781人。
其中，教授、副教授等高级职称教师376人；博士、硕士生285人；“双师素质”506人，是培养高素质高技能人才和有志青年学习深造的理想学府。
为了提高学院教职工与学生的生活、工作与学习环境，响应国家节能减排、保护环境、开发可再生能源（地热能）的政策方针，经学院调研，决定实施地下水源热泵空调项目，预计供暖（制冷）面积70000m2。
2012年6月，职业技术学院委托艾信科技对该项目取用水进行水资源论证工作，为合理办理取水许可手续提供依据。
1.2水资源论证的目的和任务
建设项目水资源论证是水资源管理的重要容之一，是保证水资源管理走向科学化、规化的重要措施，是取水许可审批的必要条件。
职业技术学院地下水源热泵空调项目水资源论证的目的是：
（1）论证该项目取用浅层地热能（地下水换热）的可行性、合理性，确保浅层地热能资源合理开发、利用、配置、节约、保护和治理的综合目标得以实现；
（2）综合分析建设项目取、回水对周边地区环境和其它用水户的影响；
（3）合理开采浅层地热能资源，保证地下水换热系统水资源的可持续利用，促进社会经济可持续发展，为水行政主管部门科学合理的管理水资源提供依据。
本项目水资源论证的主要任务有：
（1）搜集论证区域地质、水文地质、气象等资料，了解区域水资源状况、项目所在区域浅层地热能资源状况与开发利用情况；
（2）论证建设项目单位取用水方案和退水方案的合理性，确定建设项目的合理取用水量；
（3）根据论证区的地层结构、水文地质条件、热储层等特征，分析论证区热储层热储量、热水资源量等；
（4）按照浅层地热能勘查评价规和相关技术要求，论证浅层地热能的赋存层位、厚度、温度、富水性等地质、水文地质条件，确定地下水资源的合理利用量；
（5）根据论证区的水文地质条件，分析取水水源的可靠性与可行性；
（6）论证地源热泵系统循环利用地下水对周围其他用户的影响，以与退水对周围环境的影响；
（7）评价建设项目地下水开发利用方案，提出保护地下水资源的措施和建议。
1.3编制依据
1、国家法律法规
（1）《中华人民国水法》（2002年8月29日中华人民国主席令第74号公布）；
（2）《取水许可和水资源费征收管理条例》（2006年4月15日国务院令第460号发布）；
（3）《建设项目水资源论证管理办法》（2002年3月24日水利部、国家发展计划委员会令第15号发布）；
（4）《取水许可和水资源费征收管理条例》2006年1月24日国务院第123次常务会议通过，2006年4月15日起施行。
（5）《中华人民国水污染防治法》（2008年2月28日中华人民国主席令第87号公布）；
（6）《中华人民国环境保护法》（1989年12月26日中华人民国主席令第22号公布）；
（7）《中华人民国水土保持法》（2010年12月25日修订）
2、规与标准
（1）《建设项目水资源论证导则（试行）》SL/Z322-2005；
（2）《水资源评价导则》SL/T238-1999；
（3）《地下水资源分类分级标准》GB/T15218-1994；
（4）《浅层地热能勘察技术规》（DZ/T0255-2009）；
（5）《地热资源评价方法》（DZ40-89）；
（6）《可再生能源产业发展指导目录》发改能源〔2005〕2517号；
（7）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；
（8）《地下水质量标准》（GB/T14848-93）；
（9）《地表水质量标准》（GB3838-2002）；
（10）《供水水文地质勘察规》（GB50027-2001）；
3、地方法规与参考资料
（1）《省取水许可和水资源费征收管理办法》（省人民政府令第126号，2009年7月1日起施行）；
（2）《省〈水法〉实施办法》〔2006〕；
（3）《市地源热泵系统管理暂行规定》（市建委、水利局〔2008〕62号）；
（4）《2010年市水资源公报》；
（5）《1：
20万区域水文地质普查报告》（幅），1981年7月；
（6）《地区农田供水勘察报告》，1983年；
（7）《职业技术学院中央空调方案书》，2012年6月。
1.4取回水规模、取水回水层位与取回水地点
（1）取回水规模：
该建设项目在供暖期日最大工作取水量约为282.1×24=6770.4m3,在制冷期日最大工作取水量约为410.4×24=9849.6m3，供暖、制冷均按3个月（90日历天）计算，年最大取水量约为149.58×104m3，灌采比按最低95%考虑时，年回水量最低不少于142.1×104m3，年目标回水量149.58×104m3，努力做到灌采比达100%。
（备注:
149.58×104m3为年最大取水量，当建筑物室负荷降低时，设备需水量根据需要自动调整潜水泵工作台数，平均日工作取水量约为最大取水量的65%，即年取水量约为97.23×104m3，年回水量应大于92.37×104m3，达到灌采比大于95%）
（2）取回水层位：
该建设项目取水水源与回水层位均为新生界第四系中、上更新统冲积相含水砂层。
（3）取回水地点：
该建设项目的取回水地点位于市睢阳区神火大道以东，神火大道南段556号职业技术学院校的西部偏北拓展车间和实训中心楼北侧、蔡河两侧位置（见图1.4建设项目位置图）。
图1.4建设项目位置图
1.5工作等级
该建设项目是为职业技术学院教职工住宿楼、实训中心等供暖、制冷的地下水源热泵空调设备运行提供用水保障，最大取水规模为9850m3/d，回水量大于95%，消耗量小于492.5m3/d，水资源消耗量较小；本区中层水赋存于第四系中、上更新统，沉积物均匀分布，含水层埋藏浅，地下水补、径、排条件清楚，水质类型较单一，水文地质条件复杂程度为简单；地下水源热泵利用在市刚刚起步，城区仅有数家单位应用，浅层地热开发利用程度属有潜力区，目前中层水无敏感生态问题存在；地下水源热泵回水量不小于取水量的95%，取水影响围小，仅涉与单个水功能二级区，且对第三者取用水影响极为轻微；水源热泵的取水、退水系统基本封闭，退水产生污染物的可能性和危险性小，取水和退水对生态影响极其轻微。
根据《建设项目水资源论证导则》表2.1.2“水资源论证分类分级指标”可知，本项目水资源论证工作等级定为三级。
1.6分析围与论证围
根据建设项目的建设地点与取水层位，分析围为市睢阳区。
根据《建设项目水资源论证导则》（试行），地下水取水论证围应以有利于促进区域水资源合理配置，满足建设项目建成区和规划区，一般应覆盖较为完整的或相对独立的水文地质单元，或不小于地下水降落漏斗与其影响围。
根据建设项目的取水和退水特点，以项目取水形成的地下水降落漏斗与其影响围为论证围，即项目建设围外扩200m，论证围面积为0.42km2。
图1.6建设项目水资源论证围
1.7论证委托书、委托单位与承担单位
论证委托书见附件1。
委托单位：
职业技术学院
承担单位：
艾信科技
资质证号：
水论证乙字第14207028号
2地下水源热泵项目概况
本项目为市职业技术学院住宅楼等地温空调项目，总建筑面积约70000㎡，需提供制冷、制热。
建设项目主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台，末端设计为风机盘管，部分采用散热片，以满足制冷、制热的要求。
2.1项目名称与项目性质
项目名称：
职业技术学院地下水源热泵空调项目；
项目性质：
新建。
2.2建设地点、占地面积和土地利用情况
职业技术学院位于市睢阳区神火大道以东、归德路以西、路以南，建设地点位于学院院（见图2.2交通位置图）。
图2.2交通位置图
项目建设占地面积约52000m2，该土地用途为绿化用地，项目实施不影响其原有功能。
2.3地源热泵项目规模与实施意见
本项目地源热泵供暖（制冷）建筑总面积为70000㎡，主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台，最大取水量410.4m3/h。
地源热泵主机型号与相关参数表2.3
主机型号
数量
单台功率（kW）
制冷量（kW）
制热量（kW）
负载侧水流量（m3/h）
源水侧水流量（m3/h）
制冷
制热
MWH990
2
392
740
2276
2197
380
209
地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的冷（热）源，地源热泵技术是可利用清洁的再生能源新技术，是极其环保的一种空调形式，具备了环保洁净、节水省地、节能经济、灵活安全、用途广泛、运行可靠等特点，为《可再生能源产业发展指导目录》中第四类“地热能”总序号第74号“地源热泵供暖和/或空调”（包括地下水源、河湖水源、海水源、污水源（包括城市污水、工业污水、医院污水）和土壤热泵系统）,因此，本建设项目符合可持续发展要求和能源产业发展方向，符合国家能源与环保政策，具有广阔的发展前景或在特殊领域具有重要应用价值。
2.4业主提出的取用水方案
该项目设计采用“抽灌分离”的方式，设计施工取水井12眼，回水井24眼，备用井4眼，设计井深150m，单井设计出水量35m3/h，水温16～18℃，取水井与回灌井比例为1：
2；供水水源为第四系中、上更新统含水层。
图2-4“抽灌分离”方式系统取水和退水示意图
2.5业主提出的回灌水方案
为了保证回灌水在含水地层中有较长的传导途径，以确保抽水井出水水温保持基本恒定，充分发挥水源热泵机组工作效率，该项目采用“抽灌分离”的方式，自行封闭循环体系，既不消耗地下水资源，又不产生废污水，最大限度地保护了水资源。
回灌水（退水）通过中层水回灌井进行回灌，回灌分为无压（自流）回灌和加压（正压）回灌，该项目退水为地温空调回水，根据地温空调设计，该项目回水井可设成有压回灌，将井加设法兰、密封井口，即可保证回水不会从井中外溢，又可以在外力的作用下使水井透水层畅通，尽量使其全部回灌，为了确保回灌井的回灌能力，可抽、回井交替或回水井定期回扬（每周1～2次），回扬持续时间通常20～30分钟，以浑水出完见到清水为止，少量回扬水可用于绿化用水或排入市政污水管网。
3地下水资源状况与其开发利用分析
3.1基本概况
本项目所在地为省的东大门，豫、鲁、、皖四省接合部——市睢阳区，北与省的地区交界，西与宁陵县毗邻，南与柘城县相邻，东与虞城县相接。
区交通便利，陇海、京九铁路，105、310国道与连霍高速公路在此交汇，西距203km、140km，东距市146km；南距亳州市64km，北距荷泽市96km，且与相邻市、县的公路四通八达。
地理坐标：
北纬34°05′~34°25′，东经115°20′~115°50′。
市属黄河冲积平原，地势基本平坦，由西北向东南微有倾斜，自然坡降1/5000～1/7000，地表岩性以粉土、粉质粘土为主。
由于黄河多次泛滥、决口和改道，加之长期的雨水、风力作用与人们生产活动的影响，使区域形成了许多沙丘、滩地、湖洼地、槽形地和碟形洼地等，相互交替分布，构成较复杂的平原地貌。
市城区地面平坦，地面海拔约48.0m~50.0m。
分析围的河流均属淮河水系的中小支流，多发源于黄河故道南大堤脚下背河洼地，主要河道有大沙河、古宋河、包河等，河流深度4m左右，多属季节性河道，旱时干涸无水。
3.2目的含水层地下水资源状况与其开发利用分析
3.2.1目的含水层水资源与开发利用分析
地区中层水（埋深60～150m）砂层颗粒较细、富水性中等、水质较差、矿化度较高，多为1～3g/l，为微咸水，侧向断面径流量为0.7亿吨/年，中层地下水因其水质差，不适宜饮用与大面积长期灌溉等原因，因此，中层地下水开发程度极低，几十年来基本保持原状，单位与个人基本不开采中层水。
3.2.2区域地源热泵系统的利用与分析
在城区，中层地下水的开采一直处于静置状态，近两年来，随着浅层地热能开发在我国与的不断发展，市区也先后有四季港湾小区、海亚春天置业、山河商务酒店、王朝大酒店等单位、小区率先采用水源热泵空调项目，采用抽灌分离方式，取水量40～720m3/h，鉴于全部回灌水，中层地下水资源消耗量极少，区开发利用中层水资源的潜力大。
为了保障空调机组的正常运行与延长使用寿命，对于中层水宜进行前期水质处理，降低超标离子含量。
3.3目的含水层水资源开发利用应注意的问题
1）加强科学管理和开发
市水利局是市水资源管理的行政主管部门。
水资源的开发、利用和保护应统一规划，合理配置微咸水的开发使用，保护生态与地质环境，并加强对用水单位与部门的合法监督管理，实现水资源的合理开发和有效利用，防止无序乱采对地质环境的破坏。
2）规机井施工工艺
为了避免袭夺浅层水，在施工项目机井时，一定做好封闭止水工作，止水位置根据测井曲线解释成果合理选择，并选用优质的粘土球等止水材料，严禁按照已往浅层水机井的全孔投砾工艺；止水位置以上管材必须使用合格的井壁管，严禁使用过滤管；地层判定以测井曲线为依据，严禁凭经验、靠感觉进行地层判定与井管安装。
3）水质超标需处理
中层地下水水质有多个因子超过地温空调机组设备要求的限值，进行水质处理是有必要的，进入热泵机组循环之前进行处理，降低超标离子含量，减少腐蚀等不良作用，确保空调机组正常运行。
4）抽水回灌能力应保障
地下水源热泵运行后，多见回水井的回灌能力下降，影响设备的正常运作，因此，在空调系统运行期间，必须科学管理利用抽水井、回水井，如定期洗井、调配使用备用井和抽、回井的互换等，以确保灌采比不低于95%，保护生态环境，节约地下水资源。
4地下水源热泵项目取、回水合理性分析
为了促进我国可再生能源产业的发展，根据《中华人民国可再生能源法》的要求，国家发展和改革委员会编制了《可再生能源产业发展指导目录》（发改能源[2005]2517号），《目录》中具备规模化推广利用的项目，国务院相关部门将制定和完善技术研发、项目示、财政税收、产品价格、市场销售和进出口等方面的优惠政策。
响应国家节能环保、利用可再生能源的方针政策，职业技术学院拟实施地源热泵空调项目。
该项目取用第四系中、上更新统孔隙水作为水源热泵系统的供水水源，以地下水为能量传导介质采集和利用地下热能。
水源热泵系统项目的需水量是根据项目冷热负荷和系统主机的性能确定的，结合区域水文地质条件确定项目所需的抽水井数量。
4.1取水合理性分析
1）水源热泵空调系统的工作原理
水源热泵空调系统供水管的地下水通过潜水泵从抽水井中取出，经过过滤、除砂等水处理措施进入机组，再通过回灌井进入地下，水不产生损失，构成了机组与地下水的循环系统。
机组提取地下水中的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统（用户末端）。
整个系统仅消耗电能，无任何污染，是极其环保的一种空调形式，主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。
本项目利用换热的水源为70~150m的中层地下水，仅仅用于换热而不消耗，而且中层水上部有厚层的粘性土隔水层，与浅层地下水不发生水力联系，其水位是动态平衡的，并且用于机组换热的井水从水井中抽取换热后，通过回水井行回灌，不会造成地下水资源的消耗和污染。
2）用水工艺
职业技术学院地下水源热泵空调项目主机选用美意水源热泵机组，采用水水螺杆式水源热泵机组MWH990两台以满足需要，末端设计为风机盘管，部分采用的散热片，满足制冷、制热的要求。
水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
在冬季把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室采暖；在夏季把室的热量“取”出来，释放到地能中，以此达到给用户制冷制热。
其原理为：
冬季制热以地下水为吸热热源，把水中的热量收集起来，经过能量转换，将热量释放到用户端，实现供热，制热时，地下水为机组的吸热源，制冷剂在蒸发器吸取地下水的热量蒸发，地下水回灌后再吸收地层中的热量参与循环（见图4.1.1）。
夏季制冷以地下水为排热热源，把用户端的热量收集起来，经过能量转换，排放到地下水中去，实现制冷。
制冷时，地下水为机组的排热源，制冷剂在蒸发器吸热蒸发，制取7℃冷水，送入房间使用，制冷剂再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，进入冷凝器，由地下水带走热量并排至地层中（见图4.1.2）。
图4.1.1水源热泵冬季空调供热原理图4.1.2水源热泵夏季空调供冷原理图
3）用水合理性分析
地下水源热泵空调机组以水源为载体，吸收或向其释放热量，从而达到供暖或制冷的作用。
本项目采用“抽灌分离”的方式循环用水，通过抽水井抽取的地下水经过热泵系统能量交换后，经回灌系统回灌到地下含水层中，除温度变化外，地下水与外界不发生物质交换，整个过程既不消耗水资源，也不会污染环境，最大限度地保护了水资源；而且“抽灌分离”方式可确保回灌水在地层中有较长的传导途径，热交换相对充分，有利于抽水井的出水水温基本恒定，充分发挥水源热泵效益。
根据职业技术学院提供的项目建设简介，按制冷量为设计标准，日取水量应为9850m3，每小时取水量为410m3，设计抽水井12眼，单井出水量设计为35m3/h，能够满足热泵机组的需水量；而且设计回灌井24眼，备用井4眼，能够保证抽取的地下水回灌到地下，按照市地源热泵系统管理暂行规定，地源热泵系统热泵系统灌采比不得低于95%，基本不消耗水量，只有少量水在运行过程过渗漏消耗，用水方案是合理的。
4.2回灌合理性分析
根据市中层水水文地质条件，中层水含水层岩性以细砂、粉砂为主，渗透性较好，借鉴其他地区工程经验，机井回灌量可达出水量的30%～50%，另外现有水源热泵机组灌采比大多采用1抽2回，运行良好；本项目设计井深150m，含水层累积厚度约36m，预计单井出水量35m3/h左右，因此单井设计最大回灌量17.5m3/h是可行的，24眼回灌井能够满足机组回灌水量，而且地温空调系统为封闭循环，对含水层水质无污染，不影响周边用户取水与地质环境、生态环境。
4.3建设项目的合理取、回水量
水源热泵系统的需水量是根据项目的冷热负荷和机组需水要求确定的。
据《职业技术学院中央空调方案书》，职业技术学院需要采暖和制冷的总建筑面积为70000m2，设计采用“抽水-回灌”的开式循环系统来提取或释放热量,直接利用地下水循环，达到采暖或制冷的目的。
根据相关规，本项目冷负荷按81W/m2，热负荷按62W/m2估算，同时考虑经济性和同时使用率，晚上住宅使用率高，综合考虑同时使用系数取0.8，故制冷量为4500Kw，制热量为3500Kw，因此本设计以冷负荷为准。
假设实际制冷工况为井水供回水温度:
18/29℃，实际制热工况为井水供回水温度:
16/8℃。
1）夏季供冷时：
水流量G=Q[（COP+1）/COP]/1.163（T2—T1）
=4500×[（6+1）/6]/1.163（29—18）
=410.4m3/h
公式中：
G：
夏季供冷时需要的地下水量，m3/h；
Q：
建筑物夏季制冷负荷；
COP：
夏季制冷能效比取6；
T2：
离开换热器的地下水温度；
T1：
进入换热器的地下水温度。
2）冬季供暖时：
水流量G=Q[（COP—1）/COP]/1.163（T2—T1）
=3500×[（4—1）/4]/1.163（16—8）
=282.1m3/h
公式中：
G：
冬季供热时需要的地下水量，m3/h；
Q：
建筑物冬季制热负荷；
COP：
冬季制热能效比取4；
T2：
进入换热器的地下水温度；
T1：
离开换热器的地下水温度。
根据以上计算，地下水源热泵空调项目夏季供冷时取水量410.4m3/h，回水量应不小于389.9m3/h；冬季供暖时取水量282.1m3/h，回水量应不小于268.0m3/h。
考虑实际机组运行时，机组系统工作一段时间后建筑物室负荷降低时，设备工作取水量减少，以上计算所求制冷（制热）取水量为机组运行初期的最大取水量。
因此，本项目的取回水规模为：
冬季供暖期日最大工作取水量为6770.4m3，夏季制冷期日最大工作取水量为9849.6m3，供暖、制冷均按3个月（90日历天）计算，年最大取水量约为149.58×104m3，灌采比按最低95%考虑时，年回水量最低不少于142.1×104m3，年目标回水量149.58×104m3，努力做到灌采比达100%（当建筑物室负荷降低时，设备需水量根据需要自动调整潜水泵工作台数，考虑同时使用系数，平均日工作取水量约为最大取水量的65%，即年总取水量约为97.23×104m3，年总回水量应大于92.37×104m3，灌采比大于95%，目标为100%）。
地源热泵主机技术参数表表4-3
型号
MWH990
机组制冷参数
制冷量KW
2276
制冷输入功率KW
392
蒸发器负载水水流量m3/h
380
蒸发器水压降kpa
77
冷凝器源水水流量m3/h
209
冷凝器水压降kpa
54
机组制热参数
制热量kw
2197
制热输入功率kw
740
蒸发器源水水流量m3/h
209
蒸发器水压降kpa
69
冷凝器负载水水流量m3/h
380
冷凝器水压降kpa
64
压缩机性能
型式
半封闭螺杆压缩机
能量调节围%
6.25-100
电源
3ph-380v/50hz
台数
4
启动方式
Y-△启动
最大工作电流A
1696
启动电流（单台）A
3519
全热回收换热器
制热量KW
2197
水流量m3/h
378
水压降KPa
64
换热器进出口管径mm
2*DN200
余热回收换热器
制热量KW
341
水流量m3/h
59
水压降KPa
46
换热器进出口管径mm
2*DN100
运行控制方式
数字化操作系统，微电脑全自动控制
保护功能
高压、低压、防冻、流量、过载、逆相、缺相
换热器进出口管径mm
DN250
R134a充注量Kg
560
冷冻油填充量L
4*23
标准型外型尺寸
长mm
5850
宽mm
2600
高mm
3100
机组重量Kg
11050
运行重量Kg
12650
对比上表可以得知，两台机组可满足项目的制冷（供暖）量需求，取水量能够保证机组的正常运行。
4.4取、回水井布设建议
该项目用水为循环用水，其抽灌水在300×500m围完成。
水源热泵空调系统用水井间的相互干扰主要是抽水井之间的水位降深叠加相互干扰和回灌井回水温差对抽水井的影响，整个用水过程不消耗地下水资源，抽水井造成的地下水位降落通过回灌后得到回补，因此项目用水不会造成区域地下水位的下降。
为了减小井之间相互干扰与保证机组循环用水与中层水的热量循环交换，设计抽、回水井的各井间距不小于30m，总体上可按5列进行布设、每列7个井，实训中心楼北部可布设5～6眼，受建设场地条件限制，施工时井位可略加调整，但要保证抽、回井之间的距离要求，确保循环水与的热交换充分，节约能源。
5地下水源热泵项目取、回水可行性分析
5
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