對淺層地溫能開發利用的探討

柴慧鵬　張健

（青海省水文地質工程地質環境地質調查院青海西寧810099）

對淺層地溫能開發利用的探討

柴慧鵬張健

（青海省水文地質工程地質環境地質調查院青海西寧810099）

淺層地溫地源熱泵系統作為一項新興技術，在歐洲和北美等國家已經進入實用階段，在實驗的基礎上提出了各種傳熱模型理論，主要應用于鄉村無其它能源供應的獨立別墅區。為促進我國淺層地溫能資源高效合理開發利用，應盡快加強開發研究工作。本文主要探討了淺層地溫能開發利用中出現的問題及解決措施。

淺層地溫能原理開發利用解決措施

1　淺層地溫能概述與利用原理

1.1淺層地溫能概述

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。該范圍內溫度與地表氣溫存在常年溫差而形成的能量，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。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（圖1）；（2）地下水地源熱泵系統（圖2）；（3）地表水地源熱泵系統。

圖1　地埋管地源熱泵系統運行原理圖

圖2　地下水地源熱泵系統運行原理圖

2　淺層地溫熱能開發利用過程中存在的問題

由于淺層地熱能利用較傳統地熱資源利用發展晚，且涉及多領域、多行業，開發利用過程中也存在一些問題。

2.1工程前期未進行淺層地熱能資源勘查評價

《地源熱泵系統工程技術規范》(GB50366-2005)強制要求地源熱泵系統方案設計前，應進行工程場地現狀調查，并對淺層地熱能資源進行場地勘察。然而，很多工程設計前都沒有進行勘察工作，一方面在地下水地源熱泵不適宜區采用了此換熱方式，造成系統建成后產生耗電量大、系統COP低、運行不穩定、回灌困難，甚至系統報廢等問題；另一方面根據其經驗布設換熱孔，導致大量浪費。

2.2設計參數依據不足

部分地源熱泵工程由熱泵提供方進行設計，一些商家在設計時，完全憑借經驗，以最簡單的估計模式去設計系統，不少企業在設計時并沒有做負荷分析，只是簡單地選擇一個經驗數據。由于設計參數依據不足，導致一些系統設計出現“大馬拉小車”或者設計負荷不足的現象。

2.3缺乏可靠的技術支撐

地下水回灌技術不夠完善，成井工藝有待提高。地下水地源熱泵工程的成井口徑、填礫層厚度、濾水管類型及濾料的選用對回灌量均有較大影響，大多數施工單位未掌握回灌井施工技術，造成許多井不能正常回灌。部分用戶取水系統的設計、安裝存在一些問題。部分用戶設備安裝不配套。熱泵系統安裝密封性差，回灌困難，大部分單位每年都需洗井。

3　淺層地溫熱能開發利用有效對策

3.1進行淺層地溫能資源調查評價

雖然淺層地溫能資源具有分布廣泛、儲量巨大、埋藏較淺、可就近開發利用等特點，但開發方式、系統設計、利用效果則受當地地質、水文地質、氣象、氣候等條件制約，表現在不同地理位置，巖土體熱物理性質各不相同，導致換熱效率相差懸殊，導致一些工程節能效果不顯著。因此，應按照《淺層地熱能地質勘查規范》盡快統一開展淺層地溫能資源調查評價工作，圈定適宜區，為今后可持續、高效合理利用淺層地溫能資源、編制專項規劃提供依據。

3.2加強監督管理和環境監測

由于地源熱泵系統需要連續循環換熱，勢必改變原有溫度場、化學場和地下流場。另外，水源熱泵系統對地下水的氧化還原環境、地下水微生物的平衡和水質都會造成一定的影響，因此有關部門應強制要求在建設熱泵工程時設計監測孔，對不同深度的地溫、地下水水位和水質、地面標高等項目實施長期監測，及時掌握地溫變化動態、水土質量和地面變形情況，防止產生地質環境問題。

3.3加強淺層地溫能開發利用效能實驗研究

巖土體熱物理性質是淺層地溫能資源量和熱泵運行效率的關鍵因素，因此應加強對各種巖土體結構、地層的熱物性參數、淺層地溫能成因機理以及換熱過程的實驗研究和模擬分析，建立相應的傳熱模型，為地源熱泵工程設計提供正確可靠的技術數據。

4　結語

開發利用淺層地溫能對構建資源節約型和環境友好型社會、保障國家能源安全、改善我國現有能源結構、促進國家節能減排戰略目標的實現具有非常重要的現實意義。

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P345[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-355-1