淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)基本管理原則研究

摘 要：為了給淺層地溫能可持續(xù)利用和管理提供依據(jù)，減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，取得淺層地溫資源開(kāi)發(fā)利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益最大化，研究了淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)管理原則。對(duì)淺層地溫能的合理開(kāi)發(fā)利用提出了建議，為淺層地溫能的科學(xué)管理提供參考。

關(guān)鍵詞：淺層地溫能；開(kāi)發(fā)利用區(qū)；管理原則

淺層地溫能是指蘊(yùn)藏在地表以下一定深度（一般為200m）范圍內(nèi)的地下土壤、地下水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的地溫?zé)崮躘1]。利用熱泵技術(shù)將其采集利用后，可用于供暖和制冷。淺層地溫能是一種新型可再生能源，具有清潔環(huán)保、分布廣、儲(chǔ)量大、埋藏較淺、可就近開(kāi)發(fā)利用等特點(diǎn)，是未來(lái)替代化石能源的重要資源，可以減少污染物排放[2]。

1 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)存在問(wèn)題

淺層地溫能的主要利用形式為地埋管地源熱泵系統(tǒng)和地下水地源熱泵系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)的很多工程在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行過(guò)程中都存在著一些問(wèn)題，出現(xiàn)了地源熱泵效率低、項(xiàng)目投資過(guò)高等情況，造成節(jié)能工程不節(jié)能的后果[3]。地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要問(wèn)題表現(xiàn)在機(jī)組選型不合適，地下?lián)Q熱器冬夏負(fù)荷不平衡。地下水水源熱泵主要問(wèn)題表現(xiàn)在抽取的地下水不能完全回灌，長(zhǎng)期開(kāi)采地下水導(dǎo)致建筑物沉降，對(duì)地下水溫度場(chǎng)和水質(zhì)造成一定影響。文章系統(tǒng)研究了淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)管理原則，為地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行提供了建議。

2 淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)基本管理原則研究

（1）地埋管式地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用條件沒(méi)有嚴(yán)格的限定，只要能滿足地埋管系統(tǒng)布設(shè)要求的建設(shè)項(xiàng)目，在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件均可行的條件下，均可使用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。與地下水地源熱泵相比，使用地下水地源熱泵需要對(duì)地下水進(jìn)行吸熱或放熱的過(guò)程，換熱后的地下水需要全部回灌到含水層中。由于回灌比抽水困難，經(jīng)濟(jì)成本較高，且要保證回灌水的質(zhì)量，為降低成本，一些運(yùn)營(yíng)商采用多抽少灌或只抽不灌的對(duì)策，造成地下水資源的浪費(fèi)和地質(zhì)的破壞，有些地區(qū)甚至出現(xiàn)地面沉降。而地埋管地源熱泵不需要回灌，再加上國(guó)內(nèi)部分地區(qū)地下水資源較為匱乏，地下水位分布不均勻，不適合使用地下水源熱泵，選擇地埋管地源熱泵的優(yōu)勢(shì)就很明顯了。

（2）在淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)，嚴(yán)格限制選擇地下水地源熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用淺層地溫能資源。地下水的抽取和回灌，可能會(huì)引起不良的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)現(xiàn)象，如地面沉降、土地的沉陷后沙土鹽堿地等[4]。國(guó)內(nèi)部分地區(qū)山區(qū)較多，使用地下水地源熱泵還需分析崩塌、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生的可能性，以避免應(yīng)用地下水地源熱泵系統(tǒng)遭受地質(zhì)災(zāi)害的影響或引發(fā)、加劇區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害。

（3）淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用在地區(qū)建設(shè)方面的優(yōu)先選擇順序?yàn)樾陆ńㄖ貐^(qū)—在建建筑地區(qū)-已有建筑地區(qū)。該順序是從建設(shè)難易程度、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮的，凡符合地源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用要求，具備應(yīng)用地源熱泵條件的新建、改建、擴(kuò)建民用建筑項(xiàng)目，鼓勵(lì)將淺層地溫能作為建筑供暖制冷的能量來(lái)源。

（4）淺層地溫能使用建筑的優(yōu)先選擇順序?yàn)檗k公建筑—商業(yè)建筑—高檔小區(qū)住宅樓—般小區(qū)住宅樓。辦公商業(yè)建筑建筑如政府辦公樓、寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、醫(yī)院、酒店、學(xué)校等對(duì)電能或化石燃料的需求量較大，是供暖、供冷的耗能大戶，可列為開(kāi)發(fā)利用淺層地溫能的主要對(duì)象。高檔小區(qū)住宅樓中多數(shù)居住者較一般小區(qū)居住者經(jīng)濟(jì)條件好，對(duì)生活的質(zhì)量要求相對(duì)較高，對(duì)夏天的供冷和冬天的供暖需求量相對(duì)較大，經(jīng)濟(jì)承受能力相對(duì)較強(qiáng)，可作為淺層地溫能的開(kāi)發(fā)對(duì)象[5]。

（5）在地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的基本原則指導(dǎo)下，各具體的單個(gè)建設(shè)項(xiàng)目還應(yīng)在設(shè)計(jì)前做好地質(zhì)狀況、建設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)效益等方面的可行性研究。地下水豐富的地區(qū)地埋管換熱的效果較好。地源熱泵系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是地埋管的敷設(shè)，地埋管敷設(shè)面積要得到保證。采用地埋管熱泵系統(tǒng)的主機(jī)系統(tǒng)的投資比其他形式的空調(diào)系統(tǒng)略高（一般高10%-15%），考慮其節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用，一般多投入的部分回收年限為3-5年[6]。因此并不是任何項(xiàng)目都適合使用地源熱泵，地源熱泵建設(shè)前要進(jìn)行嚴(yán)格的可行性分析，避免出現(xiàn)低效、不穩(wěn)定以及質(zhì)量問(wèn)題。

（6）地埋管埋設(shè)用地一般選擇較為平整的空地，包括綠地、停車場(chǎng)、廣場(chǎng)及建筑周圍的空地，甚至是地下停車場(chǎng)、新建建筑物基礎(chǔ)的下方也可以用于地埋管的埋設(shè)。已經(jīng)埋設(shè)地埋管系統(tǒng)的場(chǎng)地上方應(yīng)避免通過(guò)可能有較大承重的主要道路、消防通道等，必須穿越時(shí)，應(yīng)采用蓋板、管溝等技術(shù)措施保證地下埋管不受破壞。地埋管的埋設(shè)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)避開(kāi)已存在的地下建筑、設(shè)施、管線等，保證在施工和運(yùn)行中與其他的地下系統(tǒng)和設(shè)施互不影響。

（7）地埋管埋設(shè)場(chǎng)地上方可以考慮綠化種植，但不適宜布置高大喬木，如必須保留高大喬木時(shí)，應(yīng)保證足夠距離，避免對(duì)地埋管的損害。以重慶地區(qū)常見(jiàn)高大喬木黃角樹(shù)和香樟樹(shù)為例，黃角樹(shù)生長(zhǎng)速度快，根系不斷向四周擴(kuò)散，滲透力強(qiáng)，對(duì)地埋管危害極大，必須對(duì)其嚴(yán)格控制，在無(wú)法移栽的情況下應(yīng)采取人為措施，引導(dǎo)其根生長(zhǎng)方向，并對(duì)管道作加強(qiáng)保護(hù)。香樟樹(shù)根性強(qiáng)，根系如果作用于管道上，會(huì)導(dǎo)致使管道變形，因此需要嚴(yán)格控制。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，植物根對(duì)管道的直接破壞為穿入和擠壓兩種方式，間接破壞方式為根分泌物造成腐蝕性環(huán)境后加速了管道腐蝕老化，尤其以穿入破壞影響最嚴(yán)重[7]。建議應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況采取不同措施。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章研究了淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用區(qū)基本管理原則，從前期設(shè)計(jì)、施工和管理方面對(duì)淺層地溫能的合理開(kāi)發(fā)利用提出了七點(diǎn)建議。以減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)在全國(guó)的規(guī)模化應(yīng)用。此項(xiàng)研究對(duì)地源熱泵工程實(shí)踐和應(yīng)用具有一定的借鑒作用，對(duì)各地推動(dòng)地源熱泵技術(shù)同樣能起到參考作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：焦小雨（1991-），男，河南周口人，重慶交通大學(xué)碩士研究生，主要從事暖通與熱能領(lǐng)域方面的研究。