典型工程

一、郑州市儿童医院地温中央空调系统

1.工程概况

郑州市儿童医院位于市区岗杜街。该项目于2000年11月投入运行，至今已顺利运行9年时间，应用建筑面积为1.8×104m2。该工程采用地下水源热泵系统，主机品牌：开封国立。

2.地质条件

工程位于郑州市区，地貌上属黄河冲积平原与冲洪积平原的交接部位，含水层岩性为细砂、粉砂等，厚159m，水位埋深9m。

该工程设计抽、灌井数6眼，其中抽水井2眼，井深98m，回灌井4眼，井深70m。单井出水量100m3/h ，单井回灌量50m3/h 。抽、灌井运行模式为两抽、四灌，实际运行时一般一眼抽水井即可满足水量要求。井的分布位置分布见图4-14，其中，3＃和6＃为抽水井，1＃、2＃、4＃和5＃为回灌井，井径均为0.4m。

系统运行情况为：夏季运行时间一般自5月25日至9月25日，全天运行，室外环境温度33～35℃时，室内温度可达到21℃；冬季运行时间一般从11月10日到次年的2月10日，全天运行，室外环境温度－5℃时，室内温度可达到20℃ 。运行效果较好。平均运行费用每天不足0.1元/m2，每年可节约大量电费。

二、洛阳电业局健康西路住宅小区地温中央空调系统

1.工程概况

该工程位于健康西路路南新建永兴苑小区，2004年建成投入使用，为5栋17层住宅楼组成，共有住户516户；路北既有建筑为4栋多层住宅楼，住户380户，总建筑面积约10×104m2 。永兴苑小区地温中央空调已使用6年，成为洛阳市的模范小区。该工程采用地下水源热泵系统。

2.地质条件

该工程位于洛阳盆地洛河二级阶地上，地下水类型为第四系松散岩类孔隙水。含水层为卵砾石、中粗砂，渗透系数（k）为64m/d，厚度41m，地下水位埋深24m ，地下水径流方向由西北向东南，单位涌水量80～130m3/h·m，单位回灌量54m3/h·m。

洛阳市多年平均气温14.9℃ ，浅层地下水温度一般为16～18℃，小区一带实测温度18℃。地下水位受气象和洛河水位影响，年变幅2～4m。

地下水水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型，矿化度为680.26mg/L,pH 值为7.5，总硬度为471.5mg/L，锅垢总量为462.7mg/L ，属锅垢较多的水。Fe3+为0.08mg/L，Fe2+为0.04mg/L，可溶性SiO2为18.0mg/L ，耗氧量为0.72mg/L。

3.系统设计

（1）设计气象参数

冬季采暖室外计算温度：Tw为－5℃；夏季制冷室外计算温度：Tw为35.9℃。

（2）房间设计条件

客厅：夏季25℃，冬季18℃；餐厅：夏季25℃，冬季18℃；卧室：夏季26℃，冬季25℃；卫生间：夏季26℃ ，冬季25℃ 。

（3）最大冷、热负荷

本工程设计每户同时最大冷负荷8141W/7000kcd·h，每户同时最大热负荷6000W/5160kcd·h，夏季供应7～12℃冷水，冬季供应55～45℃热水。

工程设计最大同时冷负荷6460k W，供暖最大热负荷4596k W，热泵机组向卫生热水箱供应最高温度48℃的卫生热水，设计流量为40t/h。

（4）水源热泵机组

工程采用意大利克莱门特PE/SRH3602/B型水源热泵机组4台，每台制冷量（QL）为1648kW，总制冷量为6592kW ，每台制热量（QR）为1670kW,3台热泵机组即可满足要求，一台热泵机组用来制备卫生热水。

（5）工程设计井

该工程设计水井8眼，布置成A 、B两排（组），编号为A1至A4和B1至B4。两井组排间距为95m，井间距48.5～73.6m。其中4眼为抽水井，4眼为回灌井，A井组和B井组抽、注水可以互换。一般在换季时进行。

（6）深井泵变流量控制

1～4号深井泵为变频调速泵，水泵的变速由回灌水温度控制，夏季回灌水温度控制在（29±1）℃，低于下限时降低水泵转速，高于上限时增加水泵转速。冬季回灌水温度控制在（8±1）℃，低于下限时增加水泵转速，高于上限时降低水泵转速。最高频率50Hz ，最低频率40Hz（可调）。当频率达到下限流量仍偏大时，关闭一台泵。当频率达到上限仍偏小时，启动一台水泵。从而达到节水、节电的目的。

（7）水处理

1）旋流除砂：井水进入热泵机组前，先通过旋流除砂器，除去砂粒，使含砂量小于1:20×104 ，设计4台旋流除砂器，型号为BC-160，单台流量为150～170m3/h。

2）电子水处理仪除垢：选用MHW-I-G16-1.6型智能除垢型电子水处理仪，水处理能力为1040m3/h。起作用原理为，利用主机产生高频电信号，由电极直接作用于水，在高频震荡电路产生的交变电磁场的作用下，氢键被破坏，大分子团断裂成单个水分子；水分子在高频电磁场下，偶极距拉长，极性增强，形成偶极子：偶极子的负极与水中的Ca2＋、Mg2＋等阳离子亲和，偶极子的正极与水中的等阴离子亲和，使水中阴阳离子间的运动速度降低，碰撞结垢的概率减小，达到防垢的目的；在高频交变电磁场作用下，偶极子不断撞击垢层，破坏CaCO3分子间作用力，使原有垢层逐渐松软、脱落、变成CaCO3微小颗粒悬浮在水中，随着系统排污而除掉；同时随着偶极子与水中盐的正负离子亲和能力增强，使水垢形成的动态平衡向溶解方向移动，其结果是越来越多的水垢溶解，达到除垢的目的。

4.系统运行情况

2004年以来，系统运行状况良好，由于北区老住宅末端没有改造，至今仍不能使用，仅南区水兴苑小区5栋高层使用。夏季运行时间为6月15日至9月15日，冬季运行时间为11月15 日至次年3月15日，高峰期启动2台水泵就可以满足用户使用要求。运行多年来室内温度达到设计舒适要求，抽水井和回灌井系统运行正常，可保证全额回灌。且运行费用低，每天为0.07元/m2 ，每年可节约电费百万元人民币，远近参观考察者每年百余次。

三、河南省地矿局第一地质工程院办公楼地下水源热泵空调系统

1.工程概况

河南省地矿局第一地质工程院办公楼位于驻马店市乐山路90号，总建筑面积3200m2，为南北两栋3层建筑，老式墙体绝热效果差，非节能建筑。北楼为单面拐角楼，南楼为双面楼。该工程采用地下水源热泵系统，空调设计为冬季采暖、夏季制冷。

2.浅层地热能条件

浅层地热能赋存于第四系中、下更新统黏土、粉质黏土、薄层砂和地下水中。地下水赋存于黏性土裂隙和砂层孔隙中，富水性一般较弱，200m深度内温度19.1℃ ，单井涌水量一般500m3/d左右，含水层回灌能力一般较弱，单井回灌量一般小于500m3/d 。

该项目共施工水井3眼，单井深度130m，钻孔孔径（9）650mm，井管为（φ）300mm钢筋水泥焊接管，其中含水层段为相应规格的滤水管，单井出水能力32m3/h。采用一抽两回方式，通过抽回灌试验，抽水量27m 3/h ，完全回灌后水位上升13.2m，相应的水位埋深10.9m。

3.地下水源热泵系统

1）冷、热负荷

冷负荷指标130W/m2，热负荷指标90W/m2；计算夏季冷负荷247kW ，冬季热负荷171kW。

2）空调主要设备表（表8-1）

3）工程造价

地源热泵中央空调系统总造价为736000元人民币，低于传统中央空调造价。

4.运行效果

（1）夏季制冷：2009年6月26日至9月7日，运行73天，房间温度一般25～27℃，制冷温度及各项指标达到国家标准。期间最低温度21.7℃，远低于国家标准。

表8-1 空调主要设备表

（2）冬季采暖：2009年11月5日至2010年3月15日，运行122天，房间温度一般18～20℃，供暖温度及各项指标达到国家标准。期间最高温度为27℃ ，远高于国家标准。

（3）在运行使用过程中，水系统1抽2灌满足使用要求，空调系统全自动控制，实现了低噪音、节能、环保、舒适、安全的效果。

5.经济效益分析

夏季制冷运行73天，共用电15912度；冬季采暖运行122天，共用电61944度。合计总用电量77856度。电费单价为0.78元/度，计算运行总费用为60727.68元人民币，综合折算运行单价为每天0.0973元/m2。在改造之前，原办公楼制冷、供暖（锅炉＋电空调）年运行费用为320000元人民币。使用地温空调后，年节约运行费用25.93万元人民币，3年即可收回安装成本。

四、部分其他地温中央空调系统

目前研究区已有各类地温空调用户千余家，发展迅速，应用效果较好（表8-2）。