廣西地區(qū)淺層地溫開發(fā)利用中存在的問題分析

■黃禮寧

（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院 廣西南寧 530023）

廣西地區(qū)淺層地溫開發(fā)利用中存在的問題分析

■黃禮寧

（廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院 廣西南寧 530023）

淺層地溫能資源廣泛分布于地表以下數(shù)百米內(nèi)的地下水及土壤中，它基本不受地域及氣候的影響，溫度相對恒定且儲量巨大，具有節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，已成為建筑物制冷、供暖工程優(yōu)先選擇方案。本文主要結(jié)合廣西地區(qū)淺層地?zé)衢_發(fā)利用中存在的問題進(jìn)行探討，并提出了相關(guān)建議以供參考。

淺層地溫開發(fā)利用現(xiàn)狀問題建議

1 淺層地溫能的概念與優(yōu)勢

1.1 淺層地溫能

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。也可以理解為賦存于地表以下200 m巖土體和地下水中，因該范圍內(nèi)溫度與地表氣溫存在常年溫差而形成的能量，可以理解為一種勢能或位能。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。淺層地溫能與傳統(tǒng)地?zé)崮艿膮^(qū)別在于溫度、空間分布和利用方式等方面的不同。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。地源熱泵是利用地球表面的淺層地溫能資源作為冷熱源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，從而為建筑物進(jìn)行供曖和制冷的機(jī)械設(shè)備。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)；（2）地下水地源熱泵系統(tǒng)；（3）地表水地源熱泵系統(tǒng)。

地埋管地源熱泵系統(tǒng)是通過循環(huán)液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的換熱。在冬季是通過埋在地下的封閉管道從大地收集自然界的熱量，給室內(nèi)供暖；在夏季，此運行程序則相反，地源熱泵系統(tǒng)將從室內(nèi)抽出的熱量排入封閉管道而為大地所吸收，使房屋得到供冷。

地下水地源熱泵系統(tǒng)是通過抽取及回灌地下水，讓地下水在含水層中的自由流動實現(xiàn)系統(tǒng)與大地之間的換熱。在冬季是通過抽取地下水從大地收集自然界的熱量，給室內(nèi)供暖，同時向地下回灌較低溫的水；在夏季則是從室內(nèi)抽出熱量通過地下水而向大地排熱，使房屋得到供冷，同時向地下回灌較高溫的水，形成循環(huán)。該技術(shù)適用于地下水源豐富的地區(qū)。

地表水地源熱泵系統(tǒng)是直接抽取地表水，讓地表水在江河或湖泊中的自由流動實現(xiàn)系統(tǒng)與大自然之間的換熱。在冬季是通過抽取地表水收集自然界的熱量，給室內(nèi)供暖，同時排出較低溫的水；在夏季則是從室內(nèi)抽出熱量通過地表水而向江河或湖泊排熱，使房屋得到供冷，同時排出較高溫的水。該技術(shù)適用于地表水源豐富的地區(qū)。

1.3 能源優(yōu)勢

淺層地溫能可以說是一種取之不盡用之不竭的綠色新能源。淺層地溫能推廣本身具有諸多優(yōu)勢，潛力巨大。

（1）儲量驚人。據(jù)專家測算，我國近百米深的土壤每年可采集的低溫能量約是我國目前發(fā)電裝機(jī)容量10億千瓦的1500倍，而百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。經(jīng)計算僅背景規(guī)劃區(qū)2000平方千米淺層地溫能的儲量相當(dāng)于1.07億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如果把目光投向全國，顯然數(shù)字將變得更為巨大。

（2）利用淺層地溫能主要是運用地源熱泵技術(shù)，根據(jù)地下常溫土壤或地下水溫度相對穩(wěn)定的特性，通過輸入少量的高品位電能，將低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)移，來實現(xiàn)建筑物的供暖和制冷，其效能比可達(dá)到3，因此其在經(jīng)濟(jì)上比較合算。1平方米建筑投資約為250元至380元，比同樣滿足供暖、制冷和生活熱水條件的燃?xì)夂涂照{(diào)系統(tǒng)等降低20%～30%，其運行費用明顯低于其他清潔能源，幾年就可收回設(shè)備的初始投資，可見其可用性極強(qiáng)。

（3）可循環(huán)再生。淺層地溫能的能量主要來源于地球內(nèi)部的熱能（少部分來自太陽輻射能），而這兩種能源相對人類歷史來說為可再生資源，從利用該種能源的角度來講，冬季從地層中取出熱量給建筑物供暖，夏季吸收建筑物的熱量釋放到地層中儲存，這樣，全年建筑物冬季采暖所需的熱量，總體上可與來自地球深部的熱傳導(dǎo)和夏季儲存的熱量實現(xiàn)平衡，使淺層地溫能得以能夠持續(xù)循環(huán)地利用。

2 淺層地溫能開發(fā)存在的主要問題

2.1 技術(shù)培訓(xùn)問題

根據(jù)地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵空調(diào)分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、地埋管地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)三種類型。淺層地溫能勘查評價的目的是為地源熱泵工程提供規(guī)劃設(shè)計依據(jù)，是一項針對性極強(qiáng)的基礎(chǔ)地質(zhì)工作。地質(zhì)工作者不熟悉熱泵技術(shù)原理，不可能高質(zhì)量完成淺層地溫能勘查評價工作。而在廣西包括很多地質(zhì)專家在內(nèi)，對熱泵技術(shù)還是很陌生的，不少人至今還片面認(rèn)為熱泵空調(diào)技術(shù)只能供溫暖，廣西地區(qū)不適用。因此，在全面開展淺層地溫能勘查評價工作之前，對地質(zhì)工作者進(jìn)行熱泵技術(shù)知識的補(bǔ)課培訓(xùn)，提高相關(guān)理論水平，是一項十分必要的前期工作。

2.2 南北差異問題

熱泵技術(shù)應(yīng)用于采暖工程在我國北方已有多年歷史，由于地下水資源相對缺乏，第四系土層普遍厚度大于100m的地質(zhì)條件特征，造成北方用得最廣泛的是地埋管地源熱泵空調(diào)技術(shù)，以冬季供暖為主要目的，因而勘查評價也是以第四系地層地溫場為勘查重點，以地溫相對高的地質(zhì)體為優(yōu)選區(qū)。廣西的水文地質(zhì)特征與北方正好相反，第四季系地層厚度普遍較薄，地下水、地表水相對豐富，最適合廣西的熱泵技術(shù)是地下水水源熱泵空調(diào)技術(shù)，以夏季制冷為主要目的，應(yīng)以地溫相對低的地質(zhì)體為優(yōu)選區(qū)。因此，勘查評價的重點是淺層地下水賦存狀態(tài)及水溫變化規(guī)律，即使同樣是對第四系地層地溫場的評價，由于地下水位埋藏較淺、富水性較強(qiáng)、淤泥層發(fā)育特性等因素，其方法、手段、分區(qū)等方面切忌照搬北方的經(jīng)驗及做法，應(yīng)該有所創(chuàng)新，才能取得符合廣西實際的勘查成果。

2.3 廣西特色問題

我國北方以采暖為主要目的，開展淺層地溫能勘查的主要目標(biāo)是查明淺部地溫場中有多少熱能可交換利用，即可在地層中吸取多少溫度。在廣西是制冷為主要目的，勘查目標(biāo)應(yīng)是查明淺層地溫場的耐熱功能，即地層對外來熱能的吸收消化能力。根據(jù)熱泵技術(shù)原理、廣西氣候特征、水文地質(zhì)條件綜合分析，最適合廣西的當(dāng)是水源熱泵空調(diào)技術(shù)，查明淺層地溫場的地下水資源應(yīng)是勘查評價的重點。由此可見，勘查目標(biāo)、應(yīng)用技術(shù)線路等方面，廣西與北方有很大的區(qū)別，因此，相應(yīng)的勘查技術(shù)手段、測試內(nèi)容、試驗方法等應(yīng)該體現(xiàn)廣西特色。

3 開發(fā)利用淺層地?zé)崮艿慕ㄗh分析

3.1 提高淺層地?zé)崮軕?yīng)用技術(shù)水平

因為廣西地區(qū)對此所接收的訊息不夠多，因此就容易造成大材小用的情況。因此在進(jìn)行應(yīng)用時，可以考慮到建筑物的供熱或是供冷系統(tǒng)，自動控制等等方面。由于這涉及到了多個學(xué)科的相關(guān)專業(yè)，因此就需要與相關(guān)專業(yè)進(jìn)行配合、交流、借鑒。從而研制出適合本地區(qū)發(fā)展特點以及所需要的地源熱泵產(chǎn)品。

3.2 積極的開展相關(guān)資源的勘查與評價

由于淺層熱能在廣西地區(qū)分布非常之廣，但是在進(jìn)行利用的時候需要采用何種方式、在利用的時候需要用到多少量，在進(jìn)行長期利用之后可能會對周邊的環(huán)境帶來何種影響。已經(jīng)周遭的地址環(huán)境、水文環(huán)境、地址條件都還沒有一個明確的指標(biāo)。因此在進(jìn)行開發(fā)前首先就要周邊環(huán)境進(jìn)行勘察，以之間所收集到的水文地質(zhì)資源為基礎(chǔ)，并補(bǔ)充相關(guān)的巖石以及滲透率等數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行整合，從而獲得新的數(shù)據(jù)，作為勘察評價的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 加大科技創(chuàng)新和技術(shù)研發(fā)工作

地源熱泵技術(shù)在廣西地區(qū)起步較晚，這門技術(shù)雖已基本成熟，但在這個領(lǐng)域還有很多可以更進(jìn)一步技術(shù)革新和科技創(chuàng)新的地方。技術(shù)持續(xù)改進(jìn)，永不止境。故建議設(shè)計單位、施工單位、設(shè)備廠家應(yīng)與科研院所、高等院校緊密合作，加強(qiáng)技術(shù)研究，不斷創(chuàng)新。

3.4 強(qiáng)化施工管理和過程控制，做好監(jiān)督管理工作

地源熱泵工程是一系統(tǒng)工程，施工單位應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工。如地埋管換熱系統(tǒng)，涉及到室外地埋管系統(tǒng)、機(jī)房系統(tǒng)和室內(nèi)末端系統(tǒng)。各子系統(tǒng)涉及的內(nèi)容很多，垂直埋管的鉆探成孔質(zhì)量、孔徑、孔深、介質(zhì)回填、水平管的連接、埋深以及管材質(zhì)量、傳熱介質(zhì)的選取等等。機(jī)房系統(tǒng)的設(shè)備選擇、安裝、調(diào)試、末端系統(tǒng)的各種設(shè)備、材料的選購，安裝調(diào)試，各個部位的檢查、驗收都至關(guān)重要，一發(fā)而牽動全身，哪個部位的質(zhì)量問題都會影響到整個系統(tǒng)的質(zhì)量。特別是各類配件規(guī)格相同，價格和質(zhì)量卻相差甚大，據(jù)市場調(diào)查其價格相差可達(dá)3～10倍，其質(zhì)量差別也是可想而知。質(zhì)檢部門和監(jiān)理單位在這方面缺少專業(yè)的檢驗和監(jiān)理人員，故需要各地建委行業(yè)主管、質(zhì)檢部門和監(jiān)理單位加強(qiáng)這方面專業(yè)技術(shù)人員培訓(xùn)和隊伍培養(yǎng)，做好嚴(yán)格施工管理，過程監(jiān)控和監(jiān)督管理工作。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段廣西地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要大量的能源支持，而新能源的開發(fā)利用需要政府及高新技術(shù)的支持，才能夠更加快速的發(fā)展起來。希望通過政策的不斷完善以及技術(shù)的成熟，使得本地區(qū)人們能夠更加快速的享受到真正的地?zé)崮茉矗ＷC社會經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

[1]謝瑩瑩,陸世登,孔福州.地源熱泵技術(shù)在廣西地區(qū)的應(yīng)用分析 [J].綠色建筑,2013, (3):23-24.

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-10-7-2