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淺層地能資源可持續開發利用的幾點建議(上)

來源 時間:6/21/2016

恒有源科技發展集團(微信號:HYYESSTD)專注於淺層地能作為建築物供暖的替代能源的科研、開發和推廣。致力於原創技術的產業化發展,實現為建築物無燃燒智慧供暖(冷),大力發展地能熱冷一體化新興產業。

 

      淺層地能是指蘊藏在地表以下一定深度(一般小於200m)範圍內岩土體、地下水和地表水中具有開發利用價值的一般低於25℃的熱能。由於與傳統的化石能源相比,該資源具有分佈廣泛、儲量大、採集方便、可迴圈使用、開發利用價值大、清潔環保、經濟划算和安全性強等特點。近年來,利用這種資源為建築物進行供暖和製冷已開始盛行,且技術逐步得到推廣。在第四系地層有一定厚度的地區,幾乎都可以採用不同的地源熱泵技術進行開發。自2004年以來,我國地源熱泵市場規模年增長率超過30%,遠高於同期世界20%~22%的平均發展速度,目前已躍居世界第二位[1]。從節能環保和可持續發展的角度看,淺層地能已成為當前暖通界和地質系統共同關注的熱點問題之一。

一、國內外淺層地能開發利用現狀

      淺層地能概念在國外文獻中尚未見到報導,但利用熱泵技術開發利用淺層地能資源已有近百年的發展歷程[1]。2000年,全球有26個國家利用地源熱泵技術,2005年有擴展到了33個國家,截止到2010年,全球已有43個國家在利用該技術[2]。2012年歐洲地熱投資市場約53億歐元,而地源熱泵約占77%[3]。國內淺層地能資源開發利用技術研究真正起步在20世紀80年代末到90年代,2010年全國31個省市區均有淺層地能開發利用專案,專案總量已超過7000個[4]。近3年來,地源熱泵應用面積持續以30%的速度增長(圖1),截止2012年底全國應用總面積約2.1×108m2[3],專案多集中在華北和東北地區,其建築物類型主要集中在辦公樓賓館醫院商場學校和住宅。

二、開發利用中遇到的問題

      隨著使用淺層地能開發利用專案的迅猛增加和規模的不斷擴大,其面臨的問題越來越多,對於地質環境的影響也越來越受到人們的重視。

 

1不同氣候、地質條件下的適宜性

      我國地域寬廣,氣候差異變化大,南方地區作開發利用淺層地能主要用於夏季製冷,地源熱泵系統輸入地下的熱量遠大於從地下獲取的熱量,如果地下水徑流條件較差,地下溫度會逐年升高,造成局部“熱堆積”,大大降低地源熱泵的製冷效率[4]。東北和西部地區則正好相反,開發利用淺層地能易造成局部“冷堆積”,供暖效率也會因此而大大降低。淺層地能的開發利用也要考慮當地地質環境特點和地下水的資源功能。如果第四系鬆散層以大厚度砂礫石為主,地下水補給徑流較好,資源豐富,地下水回灌也相對容易,開採地下水不會產生明顯的地面沉降等問題,則適合大面積利用地下水地源熱泵開發淺層地能。

      如果當地水文地質條件較差,地下水補給速度較慢,地下水回灌難度大,則可採用地埋管地源熱泵系統,但該方法成本較高,且佔用較大的地下空間。

2關鍵技術的限制

      在淺層地能開發利用的調查評價方面,岩土體熱物性參數是最重要的基礎數據[5]。目前,中華人民共和國建設部已給出了岩土體熱物性參數測試的技術標準(參考GB50366-2009《地源熱泵系統工程技術規範》,以下簡稱規範),但關於岩土熱物性參數測試及其方法仍有值得規範與發展完善之處。在開發利用方面,地源熱泵機組的品質是節能的關鍵。同其他新生事物一樣,地源熱泵技術在市場推廣過程中遇到了一些較為棘手的技術問題。

 

      目前,國家缺乏統一的地源熱泵產品製造標準,存在大量小規模地源熱泵機組生產廠,產品品質無法保證[6]。

3對環境的影響

      嚴格意義上的淺層地能開發是地下能量的提取或交換,地下水只應當是起到了能量交換媒介的作用,當利用該系統時,要將完成熱交換的地下水全部回灌到含水層中。但在實際操作中,由於對水文地質條件勘查的不重視及設備腐蝕等因素的影響,容易造成地下區域性的水質污染或地溫場的變化[7],這些負面影響可以避免甚至完全消除,這是我們必須予以注意的。

4市場問題

      與歐美地源熱泵市場相比,我國的地源熱泵領域缺乏有序的競爭、規範的管理,市場發展秩序混亂。從整體上看,市場不規範,缺乏市場准入制度和科學評價體系[7],是制約我國地源熱泵技術推廣工作的重要因素。

源自_《中國地能》雜誌

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