地下含水层储能

含水层储能

浅层的地下环境温度是冬暖夏凉，适合暖通空调系统的冷热能的储存。在冬季，从“热井”抽出的热的地下水经过热泵向建筑物供热，释放热量后的地下水变冷，然后回灌至“冷井”供夏季供冷。整个冬季供热过程，“热井”周边的热水体由大变小，而“冷井”周边的冷水体由小变大。而到了夏季，可以利用冬季回灌至“冷井”的冷量，从“冷井”抽出的冷的地下水经过换热器向建筑直接供冷，释放冷量后的地下水变热，然后回灌至“热井”供冬季供热。整个夏季供冷过程，“冷井”周边的冷水体由大变小，而“热井”周边的热水体由小变大。这样，整个过程周而复始，含水层储能实现了“冬冷夏用”、“夏热冬用”的季节性储能。

与地下水源热泵系统相比，它们间的不同点：

1． 含水层储能对回灌的温度有一定要求，需要控制回灌温度，兼顾全年的能效。对供冷而言，需要冬季回灌温度越低越好，以保证回灌冷量夏季以后能直接供冷，即通常所说的免费供冷；对于供热，由于供热要求的温度高，一般还得用热泵来提升温度。而地下水源热泵一般对回灌的温度不作控制，夏天也是通过热泵供冷；

2． 含水层储能需要根据冷热需求量精心设计储能系统，基于“量入而出”的原则，需要精心计算存取冷热量，并根据含水层的性质和井群的布置模拟和核算含水层冷热储存和释放的特性和温度响应特性，见图例；而地下水源热泵则利用的是地下水的自然温度，通常是冬暖夏凉，通常认为是源，则取之不尽，用之不竭的冷热源。但事实上，一旦进行地下水回灌，含水层的温度场就会受到影响。

相同点是：

1. 从地质环境和水资源保护角度而言，二者都需要抽灌地下水，而且是地下水的全面回灌，对地质环境的影响也一样。

2. 二者都会采用热泵，即当含含水层储能直接供冷供热不到温度需求时，含水层储能也会使用热泵。

当然，含水层储能和地下水源热泵如此相似，涉及的学科之多，即使业内资深专家有时也难以分辨二者的差异。一些含水层储能的理念和做法也逐渐渗透到地下水源热泵中去，如地下水的全面回灌、地下全年的冷热平衡等等。而含水层储热也往往会用到热泵进行供热升温。因此，有时业内将含水层储能称为地下水源热泵的升级版。

含水层储能/热泵系统特点

1. 成井工艺：采用先进的全液压顶驱气举反循环车载钻机，进行清水钻进，井深为180米；采用高强度的UPVC井管和滤水管，直径为315mm。滤水管与钻孔壁充以与含水层砂粒径相级配的石英砂滤料，并用高质量的粘土球进行严格封井，以防异物的侵入。根据当地的地质环境要求，取水段在地下50米以下。井水的泥砂含量小于20亿分之小，远低于国家标准的20万分之一。

2. 地下水系统：采用全密封的地下水对井系统，即一口“热井”和一口“冷井”，相距50米，单井出水量为45m3/h。并防止外界空气渗入，系统维持一定的压力。整个管路采用不锈钢、PE和UPVC等耐腐、给水级材料，保护地下水资源。系统配置了液位、压力、温度和流量传感器组成的监控系统，以确保系统的正常运行和故障的早期预警。

3. 热泵机组供热功率630kW。系统设计（不含末端泵）供热时的COP为4.2，供冷COP为38。

系统于2015年12月投入运行至现在，地下水系统抽灌正常，实现了地下水的100%回灌。除了控制系统外，全部采用国产的设备。由于系统的末端仍采用旧的风机盘管系统，使得含水层储能的潜力未能得到充分的体现。但与原系统的空气源热泵系统相比，节电效果显著，在60%以上。

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