(北京地熱工程研究所)
經過兩年的可行性研究和規劃、水源鉆探施工和設備安裝調試，北京外國語學院國際會議中心水源熱泵工程於2004年夏季投入運行。經過三夏兩冬的實踐，制冷制熱效果良好，提供了夏涼冬暖的舒適環境，配合地熱井的溫泉休閑保健服務，經濟效益巨大。淺層地熱能和常規地熱能的開發利用，帶來了意想不到的驚喜。
1前言
北京外語教學與研究出版社(外研社)為響應北京市政府治理大氣汙染、還北京壹片藍天的號召，計劃在其國際會議中心安裝壹套新型無汙染、節能高效的水源熱泵空調系統，利用當地淺層地熱能資源解決所有建築的冬季供暖和夏季空調制冷問題。該中心位於北京市大興區鹿城鎮西北部，占地面積89581.1m2，總建築面積101550m2，屬於大型項目。項目可行性研究於2002年春開始，2003年年中開工建設，2004年6月竣工。該項目至今已運行三夏兩冬，不僅供暖制冷效果良好，而且帶來巨大的經濟效益和環境效益。
2歷史回顧
國際會議中心原是外研社的圖書館，位於大興區鹿城鎮西北。後來，外研社的培訓基地，兩個培訓教學樓，以及教師公寓，員工和學生宿舍等相關建築建成。當地環境是遠郊地廣人稀的背景。實訓基地已綠化，教學生活環境條件良好，但如何創造更高的經濟價值並不理想。
隨著大興縣升格為大興區，大興區在鹿城設立了開發區，北京五環已經建成，培訓基地附近新建了浦田太陽能公司等項目。外研社已計劃提升級別，將培訓基地更名為國際會議中心，發展業務。外研社邀請著名設計師設計並建造了新的大廳及其附屬部分，包括保齡球、桑拿、健身設施和遊泳池，還對舊建築進行了翻新和裝飾，以形成整體協調。除了這些外在形象，提升內在質量水平的具體項目還有利用淺層地熱能的水源熱泵項目和錦上添花的地熱井項目。
利用淺層地熱能的水源熱泵工程
利用淺層地熱能的水源熱泵工程由提供淺層地熱能的抽水井和回灌井組成，即地下部分，水源熱泵機組的地上部分，配套管網和控制系統。
3.1可行性研究
根據冷熱負荷要求，本項目水源熱泵日供水量不小於3600m3。這些水量能在項目現場獲得嗎？抽上來的水都可以回註嗎？該項目的環境影響是什麽？如何布置井？如何建井？這些都是熱泵工程規範要求由專業勘探隊伍完成的任務。
2002年4月，外研社培訓基地委托北京地熱工程研究所進行可行性研究。經過近兩個月的工作，可行性論證的結論是:含水層不厚，總厚度僅20m，地下水埋深已達到20m以內，其上部已抽幹。好在含水層顆粒較粗，以礫石為主，含中粗砂。因此，壹般情況下，兩口供水井就能滿足所需的用水需求，但為了留有足夠的余地，建議打三口生產井；回灌井最大衰減為25%，按30%布置6口回灌井較好。工作區附近無供水水源，水源熱泵利用當地地下水同壹層的不同井進行抽水灌溉，不會產生不利的環境影響。利用培訓基地進行布井，井距可保持在100m左右
3.2抽水和灌溉井建設
2003年7月16開始鉆井，2004年10月12完成全部任務。為保證項目未來長期可持續運行，考慮增加壹口回灌備用井，鉆井10口(圖1)。井深40 ~ 42m，主要利用水位以下含水的礫石層或卵石層。30m以上的含水層結束後，沈降管間距約8m完成成井。鉆孔直徑？800mm，磨合？426mm井套管(上段8 ~ 12m)和濾管(下段)，無淺部細中砂層。鉆探工程精心施工，嚴格填礫，精心洗井，做到清水出砂。含砂量小於1/20萬，均為優質井。
圖1水源熱泵系統抽水和回灌管線示意圖
當地地下水位埋深約21m，抽水試驗單井出水量基本為85 ~ 90m3/h，單位湧水量多為7 ~ 24 m3/h·m，出水溫度為14℃。抽水試驗結束前，采取水樣進行飲用水水質檢驗，屬於重碳酸鈣鎂水型，pH值為7.5，總溶解固體為0.91 ~ 0.97 g/L，偏矽酸為20.5 ~ 21.8 mg/L，除總硬度485 ~ 490 mg/L (CaCO3)超過飲用水標準(450 mg/L)外，
3.3水源熱泵系統的安裝
水源熱泵系統采用意大利CLIMAVENETA公司生產的熱泵產品，有四套機組，分別放置在兩個操作間，分別控制酒店部分和遊樂部分。熱泵機組的型號規格見表1。
表1克萊門托熱泵機組型號規格(工質為R22)
3.4操作和運行
水源熱泵系統運行啟動熱泵機組，同時需要啟動抽水井向機組送水，還需要將循環水導出至回灌井回灌。冬季供暖模式下，進入機組的地下水提供熱量，溫度降低後再補給。夏季降溫模式下，進入機組的地下水吸熱，溫度升高後再回灌。為了避免回註水在地下形成局部冷或熱的團塊，避免回註井長期使用造成堵塞，回註井需要定期抽水。綜合考慮這些因素，外研社在水源熱泵項目中實施了10井的輪換開井和關井，生產井和回註井交替使用。最初，三口抽水井和五至六口回灌井被認為可以滿足所有的用水和回灌。但在實際工程中，兩個熱泵機房被拆分分開運行，水量無法統壹分配，需要獨立工作。因此，實際運行情況為:冷初、冷末兩個供熱間開1口抽水井，每個房間開2口回灌井；嚴寒期基本啟動2口抽水井和3口回灌井，抽水和回灌井基本每1周至2周輪換壹次。
外研社的水源熱泵系統已經運行了三個夏季和兩個冬季，每年運行240天左右:冬季供暖從10年底或110年初開始，到次年3月底結束，持續時間約150天，比北京正常采暖期前後多半個月；夏季冷藏從6月初開始，到8月底結束，持續90天左右。
3.5效果和變化
根據運行報告等監測數據，由於進入水源熱泵的水量充足，且1生產井基本與兩口回註井聯動，回註較為順暢，因此系統相當穩定，熱泵效益明顯。冬夏季室溫可在21℃左右，冬暖夏涼舒適。這種舒適的環境、硬件和軟件條件，贏得了國際會議中心的客戶。
作為水源熱泵，還要考慮能否持續運行，其本質是當地地溫能否有規律地恢復。根據溫度監測數據，壹年冬季供暖開始時(11月)，當地地溫為14℃，抽取熱量後泵入水源熱泵機組的地下水溫度降低了5 ~ 7℃，熱泵出口溫度比入口溫度升高了2 ~ 3℃，達到46℃左右，建築由風機盤管供暖。在隨後的2、3、4、5個月中，泵入水源熱泵機組的地下水溫度基本上每月降低1℃，即取熱後的溫度大致為每月13℃，12℃，11℃，10℃。休息兩個月後，夏季開始降溫，地面溫度恢復到略低於12℃。被泵入水源熱泵機組吸熱後，溫度會升高2 ~ 6℃，而由其制造的熱泵出口溫度可較入口溫度降低3 ~ 4℃至6℃左右，建築由風機盤管機組制冷。第二、三個月，泵入水源熱泵機組的地下水溫度基本上每月上升2℃，即每月為14℃和16℃，但熱泵機組的出口溫度基本保持不變。從靜止2個月到開始供暖，地下水溫度剛好恢復到原始溫度14℃，從而完成了壹年的周期變化，實現了淺層地熱能的可持續發展目標。
4錦上添花鉆地熱井
繼近年來北京、天津等地的“溫泉熱”之後，利用地熱水經營溫泉休閑、保健、娛樂、旅遊、會議的熱潮由來已久。外研社錦上添花，還考慮增加地熱井開發項目。2003年夏天，外研社委托北京地熱工程研究所增加地熱井鉆探的可行性研究。7月完成了可行性研究報告，認為外研社具備了打地熱井的條件。外研社果斷決策，立即組織地熱井施工。鉆井隊於9月26日進場，次年2月6日施工完畢。完成“興熱6”井鉆井，設計鉆井面積2600米，實鉆鉆穿第四系、第三系、寒武系和薊縣系鐵嶺組和洪水莊組覆蓋層，總厚度1，747.5米(雖然最終裸眼鉆至薊縣系霧迷山組矽質白雲巖熱儲層，最終完鉆2601.88米，該井出水溫度為..
這個地熱井溫度不高，很難用來供暖，而且已經有水源熱泵供暖了。因此，外研社利用這口井修建了溫泉遊泳池、桑拿浴室和健身中心，配合水源熱泵項目提供的冬夏舒適環境，提供休閑、娛樂和保健服務。國際會議中心雖然地處五環外的偏僻位置，但卻源源不斷地吸引著各界人士，當然也帶來了源源不斷的資金。
5結論
北京外國語學院國際會議中心水源熱泵項目實現了開發商意想不到的驚喜。
(1)通過三夏兩冬的實踐，淺層地熱能的制冷制熱效果良好，提供了壹個夏涼冬暖的舒適環境。
(2)配合地熱井提供的溫泉休閑、娛樂、保健服務，進壹步提高品位，帶來巨大的經濟效益。
(3)監測數據表明，地下溫度在全年運行中可以重復使用，滿足可持續利用的要求。