摘要： 详细介绍了武汉香榭里花园水源热泵空调系统的设计，并指出了抽水、回灌井设计，水源热泵机组选用的技术要点，并结合系统实际运行情况分析了其节能和环保效益。
关键词： 地下水 水源热泵 节能
武汉香榭里花园位于武汉市汉口香港路中段，是武汉市地税局开发建设的职工自用住宅小区，整个小区占地17亩，东西方向长约140m，南北方向长约100m，临街有幢70年代兴建的8层住宅楼，长度约60m。小区由三幢13层的小高层住宅围合而成，总建筑面积为40856m2, 其中1号楼1单元1~7层为办公用房，办公用房建筑面积2856 m2。小区建筑高度40M，共有住户188户。
本工程98年开始设计，2000年开始动工兴建，2002年11月竣工投入使用，现已使用一个完整的空调制冷供暖季，使用效果良好，达到了预期的设计目的。
1．设计参数
空调室外设计参数按《采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19-87，2001版）武汉地区气象参数选取，室内设计计算参数按表1选取。根据室内外设计参数，计算出的室内空调冷负荷如下：1号楼（综合楼）空调冷负荷1164.6Kw，热负荷931.7Kw；2号住宅楼空调冷负荷1058.4Kw，热负荷846.8Kw；3号住宅楼空调冷负荷1464Kw，热负荷1171.2Kw。空调总冷负荷3687Kw，热负荷2950Kw。
表1 空调室内设计计算参数
序号
名 称
夏 季
冬 季
温度（℃）
相对湿度（%）
温度（℃）
相对湿度（%）
1
办公
26
60%
20℃
40%
2
客厅
27
65%
20℃
40%
3
餐厅
27
65%
20℃
40%
4
卧室
26
65%
20℃
40%
2．空调冷热源
该场地位于长江一级堆积阶地中部，地势平坦，地面标高20.5m，根据场地岩土工程勘察报告和武汉地质工程勘察院2001年4月编制的“试验井水文地质报告”可知，场地内赋存丰富的地下承压水，开发利用条件极好，具备使用水源热泵的条件。
2.1 场地水文地质条件和主要含水层水文地质参数
场地地层为第四系全新系统冲积层，为一元结构，自上而下分布为：杂填土，深度0~1. 6m；淤泥质粘土，深度1.6~14.0m；淤泥质粉砂，深度14.0~17.0m；粉细砂，深度17.0~35.0m；属弱透水层，厚度18m；细砂，深度35.0~40.0m, 主要含水层，层厚5m；含砾中粗砂，深度40.0~43.0m，砾径一般为0.5~1.0cm，主要含水层，层厚3m；砂砾石，深度43.0~46.0m，以砾石为主，砾径一般为1.0~5.0cm，最大达12cm，磨园度好，主要含水层，层厚3m；含砾粘土岩，深度46.0~47.0m，砾石大小混杂，以石英岩、石英砂岩为主，次为火遂石、硅质岩，为隔水层。因此，场地含水层总厚度为29m，其中主要含水层厚度为11m，分布在中下部。
2001年4月测得地下静止水位标高为17.8m（从井口标高21.0m算起埋深3.2m），含水层顶板标高3.5m，因此，地下水的类型为承压水，承压水头高度为14.3m。抽水试验系单井抽水试验，当用QJ-5/24型深井潜水泵抽出水量1200m3/d时，5分钟后地下水位基本稳定于标高14.7m处，水位下降值3.1m，水位稳定时间24小时。经过计算，水文地质参数为：渗透系数K值为14.55m/d，影响半径尺值为118.33m。
地下水为无色、无味、无肉眼可见物，实测水温为18.5℃，经水质分析，地下水水化学类型属重碳酸钙型水，PH值为7.2，总矿化度980.75mg/l，总硬度535.12mg/l，属中等矿化极硬水。总铁（Fe）含量为16mg/l，其中Fe2+含量为15.8mg/l，Mn含量为0.44mg./l，CL-含量为84.72mg/l。不经过专门处理，不适宜饮用和生活洗涤用。
2.2 抽水井和回灌井设计
抽水井、回灌井的布置及设计必须根据场地环境条件进行，在保证水源热泵空调系统地下水长期稳定使用的前提下，又不致造成地下水利用期间地质灾害的出现。经过计算机和水源冷热水空调机组的选型，地下水开采量必须达到满足高峰空调负荷的3000m3/d。根据此用水量和试验井抽水试验数据，抽水井设计为三口，每口井水量1000m3/d, 三口井三角形布设，间距80~120m，回灌井五口，每口井回灌水量600 m3/d，总回灌水量3000 m3/d，五口井呈梅花形布置，井间距最小大于40m。当三口抽水井与五口回灌井同时工作时，即抽取的地下水经水源热泵机组利用后全部回灌入五口回灌井时，经电子计算机专用程序计算后，并绘制出抽水井和回灌井同时工作状态下水位等值线图显示，场地东侧基本没有变化（变化小于0.5m），场地南侧地下水水位有不到1.0m的沉降，大部分场地的地面沉降均小于0.5cm，只有场地南侧地面沉降有1.0cm。大部分场地（包括原有8层住宅楼）不均匀沉降小于0.2‰，不会产生不良地质现象或影响建筑物的正常使用。地下水的开采与回灌设计由武汉地质工程勘察院进行，并由湖北省深基坑工程咨询审查专家委员会进行了咨询审查，设计方案得到了确认和通过。
抽水井的井结构为：井孔深度47.0m，孔径500mm，井管直径273mm，井管为壁厚8.0mm的无缝钢管，管与管采用对口焊接，井管下置深度47.0m，自上而下0~23.0m为实管，23.0~46.0m为过滤管，46.0~47.0m为沉淀管。井管与井孔均必须圆直，井管下入井孔时，井管必须有找中器，管底必须用钢板焊死，井孔与井管间从下而上回填标准砾砂（粒径2~3mm）至深度18.0m处，再用干粘土球填至地面。采用包网填砾过滤器，过滤管在深度23.0m处与实管连接，过滤管表面由梅花形孔眼排列而成，过滤管表面必须均匀地焊纵向垫筋17根，垫筋外面用3层60目尼龙网扎牢（取水时要求地下水含砂量小于二十万分之一）抽水井施工完毕后必须洗井直至水清砂净，方可用水泵进行抽水，每口井均必须经过抽水试验和试运行，方可正式投入使用。
回灌井的井结构为：井孔深度47.0m，孔径500mm，井管直径273mm，井管为壁厚8.0mm的无缝钢管，管与管间采用对口焊接，井管下置深度47.0m。井管从孔口算起0~34.0m为实管，34.0~6.0m为回灌过滤管，46.0~47.0为沉淀管，沉淀管底部用钢板焊死。井管与井孔间从下而上，回填标准砾砂（粒径2~5mm）到深度21.0m处，两用干粘土球填至深度10.0m处，最后用水下浇注法将水灰比为0.45的纯水泥浆浇注至孔口。采用缠丝包网填砾过滤管，过滤管在深度34.0m处与实管连接。过滤管的孔眼排列，孔径数量和孔隙率与抽水井的过滤管相同。过滤管表面焊接纵向垫筋的直径、材料、数量也与抽水井的过滤管相同，回灌井施工完毕后必须立即洗井，直至水清砂净，接着进行回灌水试验和试运行，并提出相应资料，方可投入使用。
为保证随时掌握地下水的使用和变化情况，还应该设置专门的水位观测井或利用抽水井与回灌井进行水位观测。抽水井与回灌井的科学设计和合理分布直接影响到水源热泵空调系统的长期稳定运行，必须找有资质的专业水文地质部门进行设计，凿井施工也必须严格按《供水管井设计施工及验收规范》（GJJ10-86）执行，以确保成井的质量。
2.3 水源冷热水机组选用
地下水在夏季和冬季的实际需要量，与空调系统选择的水源冷热水机组性能、地下水温度、建筑物内循环温度和冷热负荷以及热交换器的型式、水泵能耗等有密切关系。电脑软件选型分析及实际工程使用结果表明地下水使用温差较大时，水源冷热水机组的能效比较高，地下水的使用量较小，其配套井水泵的功率也较小。因此，在实际选用水源热泵系统时，应尽可能加大地下水的使用温差，减少地下水用量，这对提高水源热泵系统的能效比和减少地下水量的开采，保护水资源都是极为重要的，如此合理高效地利用地下水资源才能产生最好的节能环保效益。经过多方技术论证，设计中最后选用意大利克莱门特公司生产的BE/SRHH/D2702型水—水螺杆冷热水机组3台，因地下水氯离子含量偏高（84.72mg
