淺層地溫能開發(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)，減少開發(fā)風險，取得淺層地溫資源開發(fā)利用社會經(jīng)濟效益和環(huán)境效益最大化，研究了淺層地溫能開發(fā)利用區(qū)管理原則。對淺層地溫能的合理開發(fā)利用提出了建議，為淺層地溫能的科學管理提供參考。

關鍵詞：淺層地溫能；開發(fā)利用區(qū)；管理原則

淺層地溫能是指蘊藏在地表以下一定深度（一般為200m）范圍內的地下土壤、地下水中具有開發(fā)利用價值的地溫熱能[1]。利用熱泵技術將其采集利用后，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、儲量大、埋藏較淺、可就近開發(fā)利用等特點，是未來替代化石能源的重要資源，可以減少污染物排放[2]。

1 淺層地溫能開發(fā)利用區(qū)存在問題

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)，國內的很多工程在設計、施工和運行過程中都存在著一些問題，出現(xiàn)了地源熱泵效率低、項目投資過高等情況，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)主要問題表現(xiàn)在機組選型不合適，地下?lián)Q熱器冬夏負荷不平衡。地下水水源熱泵主要問題表現(xiàn)在抽取的地下水不能完全回灌，長期開采地下水導致建筑物沉降，對地下水溫度場和水質造成一定影響。文章系統(tǒng)研究了淺層地溫能開發(fā)利用區(qū)管理原則，為地源熱泵系統(tǒng)的設計、施工和運行提供了建議。

2 淺層地溫能開發(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)的應用條件沒有嚴格的限定，只要能滿足地埋管系統(tǒng)布設要求的建設項目，在經(jīng)濟、技術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地下水進行吸熱或放熱的過程，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)濟成本較高，且要保證回灌水的質量，為降低成本，一些運營商采用多抽少灌或只抽不灌的對策，造成地下水資源的浪費和地質的破壞，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，再加上國內部分地區(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)勢就很明顯了。

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

（3）淺層地溫能開發(fā)利用在地區(qū)建設方面的優(yōu)先選擇順序為新建建筑地區(qū)—在建建筑地區(qū)-已有建筑地區(qū)。該順序是從建設難易程度、經(jīng)濟性綜合考慮的，凡符合地源熱泵技術推廣應用要求，具備應用地源熱泵條件的新建、改建、擴建民用建筑項目，鼓勵將淺層地溫能作為建筑供暖制冷的能量來源。

（4）淺層地溫能使用建筑的優(yōu)先選擇順序為辦公建筑—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、寫字樓、商場、醫(yī)院、酒店、學校等對電能或化石燃料的需求量較大，是供暖、供冷的耗能大戶，可列為開發(fā)利用淺層地溫能的主要對象。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)濟條件好，對生活的質量要求相對較高，對夏天的供冷和冬天的供暖需求量相對較大，經(jīng)濟承受能力相對較強，可作為淺層地溫能的開發(fā)對象[5]。

（5）在地源熱泵系統(tǒng)應用的基本原則指導下，各具體的單個建設項目還應在設計前做好地質狀況、建設條件、經(jīng)濟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)的關鍵技術是地埋管的敷設，地埋管敷設面積要得到保證。采用地埋管熱泵系統(tǒng)的主機系統(tǒng)的投資比其他形式的空調系統(tǒng)略高（一般高10%-15%），考慮其節(jié)約的運行費用，一般多投入的部分回收年限為3-5年[6]。因此并不是任何項目都適合使用地源熱泵，地源熱泵建設前要進行嚴格的可行性分析，避免出現(xiàn)低效、不穩(wěn)定以及質量問題。

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

（7）地埋管埋設場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，應保證足夠距離，避免對地埋管的損害。以重慶地區(qū)常見高大喬木黃角樹和香樟樹為例，黃角樹生長速度快，根系不斷向四周擴散，滲透力強，對地埋管危害極大，必須對其嚴格控制，在無法移栽的情況下應采取人為措施，引導其根生長方向，并對管道作加強保護。香樟樹根性強，根系如果作用于管道上，會導致使管道變形，因此需要嚴格控制。經(jīng)過調查發(fā)現(xiàn)，植物根對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重[7]。建議應根據(jù)現(xiàn)場的實際情況采取不同措施。

3 結束語

文章研究了淺層地溫能開發(fā)利用區(qū)基本管理原則，從前期設計、施工和管理方面對淺層地溫能的合理開發(fā)利用提出了七點建議。以減少開發(fā)風險，促進地源熱泵系統(tǒng)在全國的規(guī)?；瘧?。此項研究對地源熱泵工程實踐和應用具有一定的借鑒作用，對各地推動地源熱泵技術同樣能起到參考作用。

參考文獻

[1]DZ/T 0225-2009.淺層地熱能勘查評價規(guī)范[S].

[2]奕英波，鄭桂森，衛(wèi)萬順.淺層地溫能資源開發(fā)利用發(fā)展綜述[J].地質與勘探，2013，49（2）：379-383.

[3]龍嬌.重慶地區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用適宜性分區(qū)研究[D].重慶：重慶交通大學，2012.

[4]王陳棟.地下水地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能診斷與優(yōu)化[D].北京：北京工業(yè)大學，2008.

[5]葉安強.淺層地溫能在貴州的發(fā)展方向分析[J].低碳世界，2014（15）：177-178.

[6]雷飛.地源熱泵空調系統(tǒng)運行建模研究及能效分析[D].武漢：華中科技大學，2011.

[7]黃海.深根植物對天然氣管道瀝青涂層的影響及其對策探討[J].腐蝕與防護，2004，25（11）：489-493.

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