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使用地源热泵开采浅层地热面临的困难及应对方案

地源热泵

    使用地源热泵开采浅层地热面临的困难及应对方案

    存在的问题

    虽然浅层地热能应用发展很快,但由于地源泵技术在我国的应用时间不长,人们对它的认识和一些规程规范的不尽完善,使得地源热泵技术的全面推广与应用存在不同程度的问题,尤其是这一行业的多专业结合性,各专业的密切配合,合理利用地温资源,优化利用热泵技术仍然是今后工作的重点,应引起高度重视。为此,需要聚集地源热泵技术、水文地质工程地质勘察、监测与数字模拟和系统控制等多专业的技术力量联合开展这一技术的研发与应用。

    首先是我国大部分地源热泵工程的审批、设计、施工和验收,以及后期的监测与管理的整套程序没有明确的管理部门。目前,只有少数地方政府设立审批部门,如北京、沈阳等。尤其是工程后期的管理与监测工作,尚无统一部门管理,因此,造成地源热泵工程运行后的时间里,不了解地源热泵系统是否节能与经济。只有当整个系统完全停止工作时,才知道出了问题,这样导致人们对地源热泵技术的担心和疑虑,影响了新技术的推广应用。

   其次是浅层地热能地质基础研究工作比较滞后。浅层地热能在我国起步并不晚,但现在发展已经滞后了。一个主要的原因就是对浅层地热能没有进行详尽的研究。专家说,浅层地热能在国外发展依靠的是地质先行,而在我国,则是一些地质以外的行业(主要是热泵机组厂商)作为推动力量,有一部分人以为只要有了先进的热泵技术就可以进行浅层地热能的开发。事实上,热泵就如同矿山中常用的凿岩机,只是一个手段,尽管效率很高,但究竟可不可以采出矿石,最终还是需要地质工作来评价的。浅层地热能发展的好坏,取决于对地质条件的研究程度。当前,我国即将迎来一个浅层地热能开发利用的高潮,需要有大量能够研究浅层地热能结构和换热效果的专业队伍,这样在设计的过程中才能更合理地根据供暖面积来决定工程的施工方案。

    另外,我国的地源热泵工程规模普遍比国外的大,国外大部分都集中在1万平方米以下,我国十几万平方米的工程很多,而且建设规模有越来越大的趋势,现在2030万平方米的工程很多城市都有。工程越大对地下环境的要求越高,尤其是大量地埋管换热器集中在一个地块,在城市里不但没有充足的地下空间,而且对地下环境的影响也很大。有些工程把成百上千的地埋管换热器集中布置在一块地方,长期运行后,在中间部位的换热器的换热能力大大下降,从而影响整个地源热泵系统的效率,甚至导致系统的瘫痪。

    应对方案

 

    针对浅层地热能开发与利用过程中出现的一些问题,北京有关专家与学者提出了可持续开发利用和保护浅层地热能资源的对策。  

    1、依靠科技进步和创新,提高浅层地热能利用技术水平。地源热泵系统是地质环境、热泵系统、自动控制和暖通空调系统等多学科的有机结合。需要加强暖通空调与水文地质工程地质人员的密切配合,做到每一部分都要与整体相协调,才能使整个系统达到经济、节能与环保。

    2、要贯彻落实科学发展观,坚持"在保护中开发,在开发中保护"的方针。重视开发利用资源前环境影响评估工作,开展水源热泵适用区开发利用浅层地热能资源对环境影响的评估工作,重点评估因开发浅层地热能资源而造成新的地面沉降、水质污染和热污染等环境地质问题,减少环境隐患,实现可持续发展。

    3、以地质勘查评价为基础,查清资源家底。科学开发利用浅层地热能资源,必须重视开发利用前期的资源调查评价工作,重点开展热泵相关土壤参数调查;研究浅层地热能资源和地下水之间的相互关系;进行热泵适用区划分,估算热泵适宜区浅层地热能资源量;制订切合实际的浅层地热能开发利用规划,将浅层地热能的开发利用纳入近期或远期规划建设中。

    4、加强相关技术研发,建立地温场长期监测系统,提高能源利用效率。科学开发利用浅层地热能资源,必须坚持节约高效原则,加强浅层岩土热物性测试的研究;建立不同地层热物性数据库;开展不同换热方式地下传热模型的模拟试验;地埋管换热器提高效率的设计优化;高性能回填材料的研究等相关技术研发工作,使采用热泵系统开发利用浅层地热能资源的功效更高;建立地温场长期观测换热井及周围地层温度、水位、水质以及换热(换冷)情况,了解监测)其变化规律,特别是地源井回灌能力和温度恢复情况;进行热源井井距试验,确定最佳井距数据;观测地下换热系统的实际换热(换冷效果,测量地层热流值及热传导系数。通过长期观测,为建设地源热泵系统工程的设计、勘察与施工管理部门提供可靠的科学的基础数据,使热泵系统不断完善、不断提高效率。

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