廣西地區淺層地溫開發利用中存在的問題分析

■黃禮寧

（廣西壯族自治區地質調查院 廣西南寧 530023）

廣西地區淺層地溫開發利用中存在的問題分析

■黃禮寧

（廣西壯族自治區地質調查院 廣西南寧 530023）

淺層地溫能資源廣泛分布于地表以下數百米內的地下水及土壤中，它基本不受地域及氣候的影響，溫度相對恒定且儲量巨大，具有節能、環保和可持續發展等優點，已成為建筑物制冷、供暖工程優先選擇方案。本文主要結合廣西地區淺層地熱開發利用中存在的問題進行探討，并提出了相關建議以供參考。

淺層地溫開發利用現狀問題建議

1 淺層地溫能的概念與優勢

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）范圍內巖土體、地下水和地表水中，具有開發利用價值的低于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。淺層地溫能與傳統地熱能的區別在于溫度、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地熱的溫度，所以不能直接利用，它需要熱泵來提溫（供曖）或降溫（制冷），而傳統地熱能可以直接利用于供熱或發電等，傳統地熱能只分布于地熱田中，而淺層地溫能分布于廣大地區。

1.2 利用原理

淺層地溫能被利用的實質是冬、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行能量轉換，從而為建筑物進行供曖和制冷的機械設備。地源熱泵系統的工作原理是利用水與地溫能進行冷熱交換，冬季把地溫能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地溫能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，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；（2）地下水地源熱泵系統；（3）地表水地源熱泵系統。

地埋管地源熱泵系統是通過循環液（水或以水為主要成分的防凍液）在封閉地下埋管中的流動，實現系統與大地之間的換熱。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，給室內供暖；在夏季，此運行程序則相反，地源熱泵系統將從室內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系統與大地之間的換熱。在冬季是通過抽取地下水從大地收集自然界的熱量，給室內供暖，同時向地下回灌較低溫的水；在夏季則是從室內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。該技術適用于地下水源豐富的地區。

地表水地源熱泵系統是直接抽取地表水，讓地表水在江河或湖泊中的自由流動實現系統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，給室內供暖，同時排出較低溫的水；在夏季則是從室內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。該技術適用于地表水源豐富的地區。

1.3 能源優勢

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勢，潛力巨大。

（1）儲量驚人。據專家測算，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電裝機容量10億千瓦的1500倍，而百米內地下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。經計算僅背景規劃區2000平方千米淺層地溫能的儲量相當于1.07億噸標準煤，如果把目光投向全國，顯然數字將變得更為巨大。

（2）利用淺層地溫能主要是運用地源熱泵技術，根據地下常溫土壤或地下水溫度相對穩定的特性，通過輸入少量的高品位電能，將低品位熱能向高品位轉移，來實現建筑物的供暖和制冷，其效能比可達到3，因此其在經濟上比較合算。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氣和空調系統等降低20%～30%，其運行費用明顯低于其他清潔能源，幾年就可收回設備的初始投資，可見其可用性極強。

（3）可循環再生。淺層地溫能的能量主要來源于地球內部的熱能（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和夏季儲存的熱量實現平衡，使淺層地溫能得以能夠持續循環地利用。

2 淺層地溫能開發存在的主要問題

2.1 技術培訓問題

根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵空調分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、地埋管地源熱泵空調系統三種類型。淺層地溫能勘查評價的目的是為地源熱泵工程提供規劃設計依據，是一項針對性極強的基礎地質工作。地質工作者不熟悉熱泵技術原理，不可能高質量完成淺層地溫能勘查評價工作。而在廣西包括很多地質專家在內，對熱泵技術還是很陌生的，不少人至今還片面認為熱泵空調技術只能供溫暖，廣西地區不適用。因此，在全面開展淺層地溫能勘查評價工作之前，對地質工作者進行熱泵技術知識的補課培訓，提高相關理論水平，是一項十分必要的前期工作。

2.2 南北差異問題

熱泵技術應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的地質條件特征，造成北方用得最廣泛的是地埋管地源熱泵空調技術，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體為優選區。廣西的水文地質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是地下水水源熱泵空調技術，以夏季制冷為主要目的，應以地溫相對低的地質體為優選區。因此，勘查評價的重點是淺層地下水賦存狀態及水溫變化規律，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、淤泥層發育特性等因素，其方法、手段、分區等方面切忌照搬北方的經驗及做法，應該有所創新，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，勘查目標應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。根據熱泵技術原理、廣西氣候特征、水文地質條件綜合分析，最適合廣西的當是水源熱泵空調技術，查明淺層地溫場的地下水資源應是勘查評價的重點。由此可見，勘查目標、應用技術線路等方面，廣西與北方有很大的區別，因此，相應的勘查技術手段、測試內容、試驗方法等應該體現廣西特色。

3 開發利用淺層地熱能的建議分析

3.1 提高淺層地熱能應用技術水平

因為廣西地區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。因此在進行應用時，可以考慮到建筑物的供熱或是供冷系統，自動控制等等方面。由于這涉及到了多個學科的相關專業，因此就需要與相關專業進行配合、交流、借鑒。從而研制出適合本地區發展特點以及所需要的地源熱泵產品。

3.2 積極的開展相關資源的勘查與評價

由于淺層熱能在廣西地區分布非常之廣，但是在進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，在進行長期利用之后可能會對周邊的環境帶來何種影響。已經周遭的地址環境、水文環境、地址條件都還沒有一個明確的指標。因此在進行開發前首先就要周邊環境進行勘察，以之間所收集到的水文地質資源為基礎，并補充相關的巖石以及滲透率等數據，將其進行整合，從而獲得新的數據，作為勘察評價的標準。

3.3 加大科技創新和技術研發工作

地源熱泵技術在廣西地區起步較晚，這門技術雖已基本成熟，但在這個領域還有很多可以更進一步技術革新和科技創新的地方。技術持續改進，永不止境。故建議設計單位、施工單位、設備廠家應與科研院所、高等院校緊密合作，加強技術研究，不斷創新。

3.4 強化施工管理和過程控制，做好監督管理工作

地源熱泵工程是一系統工程，施工單位應嚴格執行現行國家標準規范施工。如地埋管換熱系統，涉及到室外地埋管系統、機房系統和室內末端系統。各子系統涉及的內容很多，垂直埋管的鉆探成孔質量、孔徑、孔深、介質回填、水平管的連接、埋深以及管材質量、傳熱介質的選取等等。機房系統的設備選擇、安裝、調試、末端系統的各種設備、材料的選購，安裝調試，各個部位的檢查、驗收都至關重要，一發而牽動全身，哪個部位的質量問題都會影響到整個系統的質量。特別是各類配件規格相同，價格和質量卻相差甚大，據市場調查其價格相差可達3～10倍，其質量差別也是可想而知。質檢部門和監理單位在這方面缺少專業的檢驗和監理人員，故需要各地建委行業主管、質檢部門和監理單位加強這方面專業技術人員培訓和隊伍培養，做好嚴格施工管理，過程監控和監督管理工作。

4 結語

現階段廣西地區經濟的發展需要大量的能源支持，而新能源的開發利用需要政府及高新技術的支持，才能夠更加快速的發展起來。希望通過政策的不斷完善以及技術的成熟，使得本地區人們能夠更加快速的享受到真正的地熱能源，保證社會經濟健康穩定的發展。

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

[2]周游.南方地區淺層地源熱泵利用研究 [D].湖南大學,2009.

[3]陳建平.地熱與淺層地熱資源及其利用 [C].全國地熱開發利用現場經驗交流會. 2007.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-7-2