赣江流域渗渠水源热泵可行性方案

内容摘要：

赣江红谷滩分布于第四纪松散沉积物空隙地质，区域位差形成的渗渠径流进行综合分析，动力扰动地下浅层水体循环与地下土壤(岩土)进行低品位热源的提升热交换，完成夏储冬用的过程。应用热泵技术，通过输入少量的高品位能，实现低品位热源向高品位热能转移，可作为南昌市武警支队综合楼区域空调系统、生活热水的冷(热)源。

技术的可行性，采取渗渠径流技术提升水体显热，不消耗水量，只有水体温度的变化，又循环回地表水体，再吸收土壤(岩土)及太阳能冷(热)能，完成可再生能源循环过程。利用赣江地表水渗渠可再生能源热泵空调技术，经济与社会效益十分可观，给业主带来50～60%以上节能经济效益。广泛地推广应用，可直接缓解南昌地区电力紧张，间接减少了火力发电厂矿物燃料燃烧发电带来的二次环境污染。

关键词： 赣江、红谷滩、空隙地质、渗渠、径流、地表潜水、水体显热、可再生能源、冷(热)源、节能环保。

1、赣江地表潜水源热泵空调冷(热)源可行性方案综述

南昌市武警支队支队综合楼，建筑面积20233M2，空调面积16000M2，主要功能用于武警支队办公、信息、会议、文化中心、医疗、营房、高档公寓。拟建新址位于南昌市红谷滩新区，在红谷六路以南、丰和大道以西。

该场地为赣江冲积Ⅰ级阶地，黄海标高为 21.59～23.21M。拟建场地勘察表明， 埋深10～20M以下为第四纪冲积层松散空隙地质(分为层粗砂、砾砂、圆砾)层中。潜水则赋存于层粗砂及其下地层中，主要由赣江水体侧向补给，含水层贮水、透水性强，水量丰富。含水层顶板与赣江断面底板在同一标高线上，应用动力扰动赣江地表水通过渗渠与地下松散空隙土壤(岩土)进行低品位热源换热，形成小区域渗渠径流循环，水体温度冬暖夏凉，是南昌市武警支队综合楼空调系统良好的低品位热源。

夏季空调冷负荷高峰季节，南昌市地区高温高湿，空调高峰时期室外空气干球温度接近40℃，湿球温度超过36℃，导致空调蒸发冷却水温超过38℃，空调机组耗电增加。

冬季南昌市地区属于“低温高湿”地区，以矿物燃料作为空调热源来源，不但供热成本高，随之而来是矿物燃料燃烧产生的大量污染物，烟尘以及SO2、SO3、NO、NO2、CO2等有害气体严重污染环境。

因此，急需因地制宜的应用其它可再生低品位冷(热)源来替代传统的空调冷(热)源方式。

地源热泵是节能环保空调技术，热泵效率是否高效经济取决于冷(热)源来源，在有条件的地方，用地表水渗渠的径流循环换热做为冷(热)源，要比用其它资源做热泵空调冷(热)源节能50～60%以上。

2、项目目的和意义

经济的发展和人民生活水平的提高带来了对能源需求量的增加，特别是电力供应紧张局势突出。据有关报道2005年11月17日，南昌市电网最高用电负荷达到100.6万千瓦，较往年同期增长近13%。节约电能是每个公众的节能行为，国家发改委专门编发了《公众节能行为指南》，倡导全民节电。

在传统建筑物项目中，空调耗电常受室外空气冷(热)源温度变化影响导致耗电增加，空调制冷、供热能耗可占到了建筑物经营成本总能耗的50～55%。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是工业与民用建筑用电、供热仍是以煤炭为主要燃料消耗。矿物燃料燃烧产生的大量污染物气体所产生的次生环境问题已日益成为世界关注的焦点。

空调是建筑物主要硬件设施，能耗大。空调的冷(热)源来源是否经济环保，直接关系到建筑物的经营成本及对生态环境的污染与保护。为了适应经济的发展，又要考虑建筑物的节能环保对经济发展的影响，急需因地制宜地应用可再生低位热源工程技术，在具备第四纪松散沉积物(洪积物与冲积物)条件的地方，用地表水通过渗渠技术作为节能环保空调的冷(热)源，替代传统空调冷(热)源来源方式。

江西赣江流域山清水秀，有良好的自然生态环境。经河流冲刷，松散沉积物的逐步堆积，沉积在厚度不等的山间盆(谷)的河床滩地中。赣江地表水体靠区域位差在地上河床形成径流即地表水；在地下河床空隙层中汇聚成渗渠径流即地表潜水，且水量较丰富。

技术应用是以地表水为载体，扰动地表水体形成小区域循环吸收土壤(岩土)及太阳能冷(热)量，经热泵提升利用其能量后又还给地表水体，完成可再生能源循环过程。

其目的意义是， 产生经济效益与社会效益。地表水渗渠水源热泵节能环保，可有效地缓解电力需求及火力发电燃烧矿物燃料所带来的二次环境污染，促进地表水体生态良性循环，达到生态环保。

3、指导思想和总体目标

建筑业的开发必须遵循自然规律和社会经济规律。根据生态学原理，实施科学有效而易于操作的综合节能环保措施方案。

项目的总体指导思想， 改变传统保守观念，依靠新的科学技术，提高对节能环保可再生能源的认识，开发建设生态环保建筑物来实现环境保护工程。因地制宜利用江西赣江流域冲刷及松散沉积物的逐步堆积形成的空隙地质，扰动地下浅层水体循环与地下土壤(岩土)进行低温位热能换热，作为建筑物空调可再生的自然低位热能，运用生态与节能相结合的原则，满足经济需求，保护生态环境，提升社会效益。

项目的总体目标，示范和推广，既达到节能经济效益又可保护环境带来社会效益，提高建筑服务业对生态建筑意义的理解重视。

4、本所对地表水渗渠技术应用现状

地表水渗渠水源作为空调制冷与供热的冷(热)源可以追溯到上个世纪初期，国外已广泛应用到食品冷藏库及空调领域中。有关设计要求及注意事项已由建筑工业出版社编入1978年出版的《制冷工程设计手册》中作为设计依据。

本所对地表水渗渠技术应用较早，研究积累了一些实际经验。1987年设计沈阳市辉山旅游风景区棋盘山水库水产冷藏库，应用渗渠技术提取水库地表水作为制冷机冷源；2002年设计宁波欣达螺杆压缩机有限公司12500M2热泵空调，应用渗渠技术提取水库地表水冷(热)源，为宁波市重点节能项目；2003年设计宁波银凤旅游度假村45000M2热泵空调，应用渗渠技术提取地表水源冷(热)源，为浙江省重点节能项目。

典型案例银凤旅游度假村45000M2地表水源可再生低温位热能空调工程(见图1)。

宁波银凤旅游度假村，坐落在国家AAAA级溪口旅游风景区内，南邻奉化江发源地剡溪。

剡溪水位深度0.5米，温度随季节性发生改变不稳定。剡溪上游为亭下湖水库，有大量的渗渠径流涌入剡溪形成水系补给源。夏季水体温度18～22℃；冬季水体温度10～14℃。

剡溪地质地表以下6～8米深为砂砾层，8米以下为黄泥层。

方案设计根据剡溪砂砾层的水力渗透阻极小，有强渗流特点，上游亭下湖水库渗透在孔隙层形成径流，沿途径流同大面积岩土(土壤)进行热交换，完全满足旅游度假村45000M2空调系统冷(热)负荷需求。

项目论证由浙江省暖通学会等有关专家对项目可行性进行了研究。

项目建设2003年春季投资建设，2003冬季投入使用至今。

项目对比该项目原设计是以溴化锂直燃机作为空调系统冷(热)源方案，通过与地源热泵地表水空调系统对比，年节能400余万元，节能经济效益与社会效益显著。

5、地表水渗渠水源热泵基本原理

地表水依靠重力差通过松散的空隙地质形成地下径流，成为地表水渗渠潜水，在径流同时与地下浅层土壤(岩土)进行换热，其水体温度冬暖夏凉，是热泵良好的低品位热源。热泵是通过作功使低品位热源介质流向高品位热源实现热量传递的，满足建筑物空调冬季供热和夏季制冷两种相反的要求。