鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 王 露 閔 瑞 張亞東 張潔祥

地下水的新型利用

鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院 王 露 閔 瑞 張亞東 張潔祥

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，人們對于公共建筑與住宅的供暖與制冷設(shè)備也有了一定的要求。對于華中平原地區(qū)，由于冬天溫度低，夏天溫度高，所以冬季多采用水暖氣片供暖，而夏季多用電風(fēng)扇、空調(diào)降低室內(nèi)溫度。但是人們在夏季超負荷使用空調(diào)已經(jīng)造成大量電能消耗與嚴(yán)重的大氣污染，這給我們的生活環(huán)境造成了不小的威脅。如何利用節(jié)能、環(huán)保的方式，在夏季高溫時為人們營造一個清涼的環(huán)境已受到越來越多人的關(guān)注。

本文，筆者以鄭州大學(xué)宿舍樓為例，介紹了利用地下水恒溫、溫度低的自然特性來降低室內(nèi)溫度的一種設(shè)計。該方案在合理使用暖氣片、節(jié)約電能并減少空調(diào)的使用帶來的污染的同時，使水資源利用得到優(yōu)化。

一、設(shè)計方案

1.設(shè)備流程介紹。利用水泵將地下水從抽水井中抽起，如圖1在主管道上加一臺過濾器，過濾地下水中的沙粒，防止其阻塞暖氣片，為滿足系統(tǒng)負荷要求應(yīng)該采用多水井供水，再通過加壓裝置使水進入宿舍樓暖氣片中，經(jīng)過與室內(nèi)空氣進行熱交換后，水溫度升高，最后將其引至洗浴中心鍋爐房加熱再利用。

圖1 設(shè)備流程圖

2.設(shè)計原理。熱能從熱流體間接或直接傳到冷流體的過程即為熱交換，它包括熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射。本文主要利用對流原理，即依靠氣體或液體的流動來傳熱，液體或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻。公式為：

其中，Q是一定量溫度改變所對應(yīng)的能量，單位是J。C是比熱容,為常數(shù),這里水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）。m是物體的質(zhì)量，單位是kg。△t是物體溫度變化量，單位是℃。

3.制冷后水的處理。地下水經(jīng)過暖氣片利用后，溫度升高，可將其引到洗浴中心的鍋爐中，稍微加熱可以供學(xué)生夏日時沐浴使用。據(jù)統(tǒng)計，人們夏日沐浴水溫45℃左右為宜，而從宿舍樓引導(dǎo)過來的地下水就有25℃左右，因此只需稍微加熱就可以滿足使用要求。這樣不僅沒有浪費地下水，而且還能節(jié)省燃料。

二、以鄭州大學(xué)宿舍樓為例分析

1.宿舍樓構(gòu)造、朝向及暖氣片工作原理簡介。宿舍樓一般都是單內(nèi)廊結(jié)構(gòu)，布置如圖2所示，房間朝向一面朝南，一面朝北。水暖片供暖系統(tǒng)是利用壁掛爐或者鍋爐加熱循環(huán)水，再通過管材鏈接到暖氣片，最終通過暖氣片將適宜的溫度輸出，形成室內(nèi)溫差，最后進行熱循環(huán)使整個室內(nèi)溫度均勻上升。暖氣片一般安裝在窗戶下邊或者陽臺推拉窗的兩側(cè)，能夠有效阻擋冷氣侵入。

2.夏天哪些時段開泉引水以及理由分析。夏天的時候一般是在10∶00至14∶00開泉引水，將地下水引至暖氣片系統(tǒng)，得到及時降溫的作用。鄭州處于平原干燥氣候區(qū)，10∶00左右室內(nèi)溫度開始升高，此時制冷將會延緩室內(nèi)氣溫升高，中午陽光正射樓頂，陽光強烈，而此時又是同學(xué)們回宿舍午休的時間，因此這時制冷最合理。

3.將地下水引至暖氣片后的作用。利用地下水作為冷媒水，借用水泵將地下水抽起引到暖氣片設(shè)備中。由于地下水具有濕度低、變化小的特點，并且暖氣片為鋁制產(chǎn)品，導(dǎo)熱性能很強，可以有效利用熱交換原理使室內(nèi)溫度降低。暖氣片安裝在窗戶下面或者陽臺推拉窗兩側(cè)，可以延緩室外熱氣流的進入，使室內(nèi)溫度有效降低。

三、結(jié)論

1.地下水制冷初步設(shè)想是可行的，但應(yīng)用技術(shù)還不成熟，需要進一步研究開發(fā)。

2.地下水是一種環(huán)保節(jié)能的新能源，符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的大形勢。

3.本設(shè)計可以利用地下水對室內(nèi)降溫，在合理使用暖氣片、節(jié)約電能并減少空調(diào)帶來的污染的同時，水資源利用得到優(yōu)化。