柴慧鵬　張健

（青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院青海西寧810099）

對淺層地溫能開發(fā)利用的探討

柴慧鵬張健

（青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院青海西寧810099）

淺層地溫地源熱泵系統(tǒng)作為一項新興技術(shù)，在歐洲和北美等國家已經(jīng)進(jìn)入實用階段，在實驗的基礎(chǔ)上提出了各種傳熱模型理論，主要應(yīng)用于鄉(xiāng)村無其它能源供應(yīng)的獨立別墅區(qū)。為促進(jìn)我國淺層地溫能資源高效合理開發(fā)利用，應(yīng)盡快加強開發(fā)研究工作。本文主要探討了淺層地溫能開發(fā)利用中出現(xiàn)的問題及解決措施。

淺層地溫能原理開發(fā)利用解決措施

1　淺層地溫能概述與利用原理

1.1淺層地溫能概述

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般小于200 m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中，具有開發(fā)利用價值的低于25℃的熱能。該范圍內(nèi)溫度與地表氣溫存在常年溫差而形成的能量，正是由于這一溫度差的存在，我們才能把它變成供曖、制冷的熱冷源。由于淺層地溫能的溫度大大低于傳統(tǒng)地?zé)岬臏囟?，所以不能直接利用，它需要熱泵來提溫（供曖）或降溫（制冷），而傳統(tǒng)地?zé)崮芸梢灾苯永糜诠峄虬l(fā)電等，傳統(tǒng)地?zé)崮苤环植加诘責(zé)崽镏?，而淺層地溫能分布于廣大地區(qū)。

1.2利用原理

淺層地溫能被利用的實質(zhì)是冬、夏兩季地層中比較恒定的溫度與外界空氣的溫度存在較大的反向溫差。地源熱泵系統(tǒng)的工作原理是利用水與地溫能進(jìn)行冷熱交換，冬季把地溫能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時地溫能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地溫能為“冷源”。熱泵系統(tǒng)按照室外換熱方式不同可分為三類：（1）地埋管地源熱泵系統(tǒng)（圖1）；（2）地下水地源熱泵系統(tǒng)（圖2）；（3）地表水地源熱泵系統(tǒng)。

圖1　地埋管地源熱泵系統(tǒng)運行原理圖

圖2　地下水地源熱泵系統(tǒng)運行原理圖

2　淺層地溫?zé)崮荛_發(fā)利用過程中存在的問題

由于淺層地?zé)崮芾幂^傳統(tǒng)地?zé)豳Y源利用發(fā)展晚，且涉及多領(lǐng)域、多行業(yè)，開發(fā)利用過程中也存在一些問題。

2.1工程前期未進(jìn)行淺層地?zé)崮苜Y源勘查評價

《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(GB50366-2005)強制要求地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計前，應(yīng)進(jìn)行工程場地現(xiàn)狀調(diào)查，并對淺層地?zé)崮苜Y源進(jìn)行場地勘察。然而，很多工程設(shè)計前都沒有進(jìn)行勘察工作，一方面在地下水地源熱泵不適宜區(qū)采用了此換熱方式，造成系統(tǒng)建成后產(chǎn)生耗電量大、系統(tǒng)COP低、運行不穩(wěn)定、回灌困難，甚至系統(tǒng)報廢等問題；另一方面根據(jù)其經(jīng)驗布設(shè)換熱孔，導(dǎo)致大量浪費。

2.2設(shè)計參數(shù)依據(jù)不足

部分地源熱泵工程由熱泵提供方進(jìn)行設(shè)計，一些商家在設(shè)計時，完全憑借經(jīng)驗，以最簡單的估計模式去設(shè)計系統(tǒng)，不少企業(yè)在設(shè)計時并沒有做負(fù)荷分析，只是簡單地選擇一個經(jīng)驗數(shù)據(jù)。由于設(shè)計參數(shù)依據(jù)不足，導(dǎo)致一些系統(tǒng)設(shè)計出現(xiàn)“大馬拉小車”或者設(shè)計負(fù)荷不足的現(xiàn)象。

2.3缺乏可靠的技術(shù)支撐

地下水回灌技術(shù)不夠完善，成井工藝有待提高。地下水地源熱泵工程的成井口徑、填礫層厚度、濾水管類型及濾料的選用對回灌量均有較大影響，大多數(shù)施工單位未掌握回灌井施工技術(shù)，造成許多井不能正?；毓?。部分用戶取水系統(tǒng)的設(shè)計、安裝存在一些問題。部分用戶設(shè)備安裝不配套。熱泵系統(tǒng)安裝密封性差，回灌困難，大部分單位每年都需洗井。

3　淺層地溫?zé)崮荛_發(fā)利用有效對策

3.1進(jìn)行淺層地溫能資源調(diào)查評價

雖然淺層地溫能資源具有分布廣泛、儲量巨大、埋藏較淺、可就近開發(fā)利用等特點，但開發(fā)方式、系統(tǒng)設(shè)計、利用效果則受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、水文地質(zhì)、氣象、氣候等條件制約，表現(xiàn)在不同地理位置，巖土體熱物理性質(zhì)各不相同，導(dǎo)致?lián)Q熱效率相差懸殊，導(dǎo)致一些工程節(jié)能效果不顯著。因此，應(yīng)按照《淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)勘查規(guī)范》盡快統(tǒng)一開展淺層地溫能資源調(diào)查評價工作，圈定適宜區(qū)，為今后可持續(xù)、高效合理利用淺層地溫能資源、編制專項規(guī)劃提供依據(jù)。

3.2加強監(jiān)督管理和環(huán)境監(jiān)測

由于地源熱泵系統(tǒng)需要連續(xù)循環(huán)換熱，勢必改變原有溫度場、化學(xué)場和地下流場。另外，水源熱泵系統(tǒng)對地下水的氧化還原環(huán)境、地下水微生物的平衡和水質(zhì)都會造成一定的影響，因此有關(guān)部門應(yīng)強制要求在建設(shè)熱泵工程時設(shè)計監(jiān)測孔，對不同深度的地溫、地下水水位和水質(zhì)、地面標(biāo)高等項目實施長期監(jiān)測，及時掌握地溫變化動態(tài)、水土質(zhì)量和地面變形情況，防止產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境問題。

3.3加強淺層地溫能開發(fā)利用效能實驗研究

巖土體熱物理性質(zhì)是淺層地溫能資源量和熱泵運行效率的關(guān)鍵因素，因此應(yīng)加強對各種巖土體結(jié)構(gòu)、地層的熱物性參數(shù)、淺層地溫能成因機(jī)理以及換熱過程的實驗研究和模擬分析，建立相應(yīng)的傳熱模型，為地源熱泵工程設(shè)計提供正確可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)。

4　結(jié)語

開發(fā)利用淺層地溫能對構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、保障國家能源安全、改善我國現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)國家節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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P345[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-355-1