浅层地能资源可持续开发利用的几点建议(上)

2016/6/21 0 17973

恒有源科技发展集团(微信号:HYYESSTD)专注于浅层地能作为建筑物供暖的替代能源的科研、开发和推广。致力于原创技术的产业化发展,实现为建筑物无燃烧智慧供暖(冷),大力发展地能热冷一体化新兴产业。

 

    浅层地能是指蕴藏在地表以下一定深度(一般小于200m)范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的一般低于25℃的热能。由于与传统的化石能源相比,该资源具有分布广泛、储量大、采集方便、可循环使用、开发利用价值大、清洁环保、经济划算和安全性强等特点。近年来,利用这种资源为建筑物进行供暖和制冷已开始盛行,且技术逐步得到推广。在第四系地层有一定厚度的地区,几乎都可以采用不同的地源热泵技术进行开发。自2004年以来,我国地源热泵市场规模年增长率超过30%,远高于同期世界20%~22%的平均发展速度,目前已跃居世界第二位[1]。从节能环保和可持续发展的角度看,浅层地能已成为当前暖通界和地质系统共同关注的热点问题之一。

一、国内外浅层地能开发利用现状

    浅层地能概念在国外文献中尚未见到报道,但利用热泵技术开发利用浅层地能资源已有近百年的发展历程[1]。2000年,全球有26个国家利用地源热泵技术,2005年有扩展到了33个国家,截止到2010年,全球已有43个国家在利用该技术[2]。2012年欧洲地热投资市场约53亿欧元,而地源热泵约占77%[3]。国内浅层地能资源开发利用技术研究真正起步在20世纪80年代末到90年代,2010年全国31个省市区均有浅层地能开发利用项目,项目总量已超过7000个[4]。近3年来,地源热泵应用面积持续以30%的速度增长(图1),截止2012年底全国应用总面积约2.1×108m2[3],项目多集中在华北和东北地区,其建筑物类型主要集中在办公楼宾馆医院商场学校和住宅。

二、开发利用中遇到的问题

    随着使用浅层地能开发利用项目的迅猛增加和规模的不断扩大,其面临的问题越来越多,对于地质环境的影响也越来越受到人们的重视。

 

1不同气候、地质条件下的适宜性

    我国地域宽广,气候差异变化大,南方地区作开发利用浅层地能主要用于夏季制冷,地源热泵系统输入地下的热量远大于从地下获取的热量,如果地下水径流条件较差,地下温度会逐年升高,造成局部“热堆积”,大大降低地源热泵的制冷效率[4]。东北和西部地区则正好相反,开发利用浅层地能易造成局部“冷堆积”,供暖效率也会因此而大大降低。浅层地能的开发利用也要考虑当地地质环境特点和地下水的资源功能。如果第四系松散层以大厚度砂砾石为主,地下水补给径流较好,资源丰富,地下水回灌也相对容易,开采地下水不会产生明显的地面沉降等问题,则适合大面积利用地下水地源热泵开发浅层地能。

    如果当地水文地质条件较差,地下水补给速度较慢,地下水回灌难度大,则可采用地埋管地源热泵系统,但该方法成本较高,且占用较大的地下空间。

2关键技术的限制

    在浅层地能开发利用的调查评价方面,岩土体热物性参数是最重要的基础数据[5]。目前,中华人民共和国建设部已给出了岩土体热物性参数测试的技术标准(参考GB50366-2009《地源热泵系统工程技术规范》,以下简称规范),但关于岩土热物性参数测试及其方法仍有值得规范与发展完善之处。在开发利用方面,地源热泵机组的质量是节能的关键。同其他新生事物一样,地源热泵技术在市场推广过程中遇到了一些较为棘手的技术问题。

 

    目前,国家缺乏统一的地源热泵产品制造标准,存在大量小规模地源热泵机组生产厂,产品质量无法保证[6]。

3对环境的影响

    严格意义上的浅层地能开发是地下能量的提取或交换,地下水只应当是起到了能量交换媒介的作用,当利用该系统时,要将完成热交换的地下水全部回灌到含水层中。但在实际操作中,由于对水文地质条件勘查的不重视及设备腐蚀等因素的影响,容易造成地下区域性的水质污染或地温场的变化[7],这些负面影响可以避免甚至完全消除,这是我们必须予以注意的。

4市场问题

    与欧美地源热泵市场相比,我国的地源热泵领域缺乏有序的竞争、规范的管理,市场发展秩序混乱。从整体上看,市场不规范,缺乏市场准入制度和科学评价体系[7],是制约我国地源热泵技术推广工作的重要因素。

源自_《中国地能》杂志

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