當前地源熱泵系統(tǒng)建設中若干問題的討論

當前地源熱泵系統(tǒng)建設中若干問題的討論第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日當前地源熱泵系統(tǒng)建設中

若干問題的討論關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管巖土層熱物測試與地埋管設計計算的若干差異性問題第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.1產生此問題的背景

·建設部在2006-2007年之際把“地源熱泵系統(tǒng)”列為一種“利用可再生能源”的新技術，享有“可再生能源利用”的政策補貼

·國土資源部于2008年初,正式提出“淺層地熱能”的資源觀點與評價方法

·2007年8月在中國資源綜合利用協會下面正式成立了“地溫資源綜合利用專業(yè)委員會”---掛靠在國土資源部中國地質環(huán)境監(jiān)測院下面；

·一些雜志社、學會、協會的介入、參與、和推動。如：《工程建設與設計》編輯部，中國城市經濟學會，中國可再生能源學會，中國能源研究會地熱專業(yè)委員會，《地源熱泵》編輯部。

·地源熱泵系統(tǒng)建設得到了不斷的“政治加溫”。第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.2“淺層地熱(溫)能”觀點的代表作

陶慶法胡杰：“淺層地熱能開發(fā)利用現狀、發(fā)展趨勢與對策”；淺層地熱能勘查評價技術規(guī)范(征求意見第二稿)韓再生：“淺層地熱能勘查評價技術規(guī)范編制說明”韓再生：“淺層地熱能勘查評價”第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點與核心問題“淺層地熱能”觀點認為：蘊藏在地下巖土層含水土的恒溫帶(地下20-200m)中熱量與溫度是一種資源，簡稱為“淺層地熱能”或“淺層地溫能”，它是地熱資源的一部分，是一種國家資源，應由國土資源部系統(tǒng)進行勘查、評估、評價、管理、與有計劃地開發(fā)利用；“淺層地熱能”觀點認為：蘊藏在地下巖土層含水土的恒溫帶中熱能為地源熱泵系統(tǒng)冬季供暖提供了“熱量”、“冷量”與“能源”；第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點與核心問題“淺層地熱能”觀點認為：地源熱泵是一種利用淺層地熱能作為冷熱源進行能量轉換的供暖空調產品?！皽\層地熱能”觀點認為：淺層地熱能資源評價是地源熱泵工程設計的基礎，也是區(qū)域淺層地熱能規(guī)劃、管理的依據。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點與核心問題“地源熱泵系統(tǒng)”觀點認為：地下巖土層含水層是地源熱泵系統(tǒng)運行工作的“熱匯”與“熱源”，地下的溫度是確保地源熱泵系統(tǒng)髙效、穩(wěn)定、可靠、可持續(xù)運行的“環(huán)境參數”。它的設計原則是必須保持夏季向地下釋放的冷凝熱與冬季從地下吸取的熱量相等，根本不需要利用地下任何其它熱量，更談不上要利用任何“淺層地熱能”或“淺層地溫能”。地源熱泵從本質上、原理上講是一種“廢熱利用”，地下巖土層含水層在地源熱泵系統(tǒng)中僅僅是起到一種“蓄熱層”的作用?！暗卦礋岜孟到y(tǒng)”觀點認為：地源熱泵系統(tǒng)利用的熱量是自身在夏季向地下排放的冷凝熱，而且在許多工程中，可能還需要采取輔助的工程措施排放多余熱量。第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.4“淺層地熱能”的誤導作用使國土資源部自身誤以為發(fā)現了一種低品位的新的能源資源，它是一種國家資源---故“淺層地熱(溫)能”，需要由國土資源部系統(tǒng)從中央到地方，大力進行勘查、評價、評估、規(guī)劃、開發(fā)與利用，而不是把工作重點放在地下水資源、地質環(huán)境的保護、傳熱蓄熱、熱質遷移規(guī)律的研究與管理上。第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.4“淺層地熱能”的誤導作用使其他部委及某些地方政府的官員錯誤認為，這是一種取之不盡，用之不竭，像太陽能、風能那樣的，可再生的、不污染環(huán)境、不用化錢買的“新能源”。三北地區(qū)某些地方政府目前正運用行政手段，向只有單純冬季供熱需求的居民住宅區(qū)大面積推廣“地下水地源熱泵系統(tǒng)”。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.4“淺層地熱能”的誤導作用使原來就沒有計算全年逐時冷、熱負荷的不負責的設計單位，有了“借口”，得到了“庇護”與無形“鼓勵”；而又會使原來認真計算全年逐時冷、熱負荷和采取各種工程措施進行全年冷、熱平衡的設計單位與業(yè)主會漸漸削弱、或放棄原來的科學設計方法和精心設計的嚴謹作風，覺得過去的精心設計是“白費功夫”，“吃力不討好”。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日關于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地熱能論與蓄熱層論之爭1.5我們的立場與觀點我們雖然堅決反對“淺層地熱能”或“淺層地溫能”的資源觀點以及由此所制訂定的淺層地熱能的勘查、評估、評價方法，但是我們積極主張暖通空調與水文地質兩專業(yè)、兩行業(yè)、兩部門之間應在科學開發(fā)、建設、利用地源熱泵系統(tǒng)領域緊密合作，相互學習、有效溝通、及時協調。在充分、科學、合理利用好地下淺層巖土層含水層作為“蓄熱層”的同時，保護好地下的地質水文環(huán)境。第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.1地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點由于一年四季的地下環(huán)境參數在10～20C范圍內變化，故其全年的制冷量與制熱量輸出(能力)比較穩(wěn)定，沒有“逆反”效應；正因為一年四季地下的環(huán)境參數均在較適宜的10～20C范圍內變化，其夏季的制冷效率EER與冬季的制熱效率COP都相應要比空氣源熱泵系統(tǒng)髙20％～40％；第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.1地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點當地源熱泵工程的冬季從地下累計取熱量和夏季向地下累計放熱量基本相等時，地源熱泵系統(tǒng)可以不設任何冷卻塔與輔助加熱設備，從而減少了保養(yǎng)費用和改善了建筑的外立面美觀；充分利用了夏季制冷時的冷凝熱，儲存于地下，有效地減輕了城市的夏季熱島效應，同時也便于提供全年的生活熱水。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.2地源熱泵系統(tǒng)的缺點初投資髙，因為地下鉆井打眼埋管和打井都需要高額的工程建設費，尤其是在現場地質水文條件惡劣的情況下更為突出。在有一些工程中，其地下鉆眼埋管或打井費用甚至和地上空調系統(tǒng)的建設費用相接近；地源熱泵系統(tǒng)的全年供冷供熱性能與經濟性強烈依賴于建筑的冷、熱負荷計算，設備選用，和地下埋管或水井設計計算與施工。精心設計與精心施工的工程和粗制濫造的工程，無論在性能上、在初投資上、還是運行費用上、及使用壽命上都會有成倍的差別；第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.2地源熱泵系統(tǒng)的缺點目前，無論國內或國際水平而言，人們對于地下巖土層與含水層中的傳熱，蓄熱，以及熱、質交換與遷移的規(guī)律的研究相對還是比較少和不夠成熟，不一致、不統(tǒng)一的地方還是比較多，有時同一工程由不同的人進行設計，其差異性可能較大；就目前國內熟悉地源熱泵系統(tǒng)的合格設計者而言，其數量有限。目前國內有經驗的、合格的承包商不多。第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.3地源熱泵系統(tǒng)的適用條件

鑒于地源熱泵系統(tǒng)是利用了地下30m至300m深、溫度既不低又不髙的恒溫帶作為熱泵系統(tǒng)的“源”與“匯”的地下環(huán)境，和全年空調熱泵自身既需夏季排熱和又需冬季取熱的特點，確保了熱泵的高效、穩(wěn)定、和可持續(xù)地運行。因此，地源熱泵系統(tǒng)的建設一般應遵循以下適用條件：第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點與適用條件

2.3地源熱泵系統(tǒng)的適用條件全年室外空氣平均溫度(或地下恒溫帶溫度)處于10～20C的地域；具有經濟打井的地質條件和擁有合適淺層地下水資源的地域；全年向地下總排熱量和總取熱量相等或接近的供熱供冷工程，否則就需采用一些工程的輔助與補救措施；夏季供冷溫度不低于5C，冬季供熱溫度不高于60C的工程；第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.1問題的提出

地源熱泵系統(tǒng)的建設，無論是地下水水源熱泵系統(tǒng)，還是地埋管水源熱泵系統(tǒng)，都會和都要“破壞”地下原有的巖土層與含水層的地質水文構造與條件。首先，在鉆井過程中，不論是打水井，還是鉆垂直埋管井眼，都會使原本相互隔離與封閉的地下含水層有可能串通起來，在各含水層之間產生相互影響；當地下井系建成之后，在地源熱泵系統(tǒng)運行過程中，冬季從地下取熱，夏季向地下釋放熱量必然會使地下的溫度場，流場產生冬夏的交迭周期變化。對于地下水水源熱泵系統(tǒng)，當周期地進行循環(huán)抽灌時，更會引起水位、水溫、滲流速度與流向、水質的變化。為了確保地源熱泵系統(tǒng)自身的長期、持久、穩(wěn)定、高效、可靠運行，和保護地下的水文地質環(huán)境，因此必須對于地源熱泵系統(tǒng)的建設與運行提出嚴格的監(jiān)測與監(jiān)管的要求。第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.2監(jiān)測要求

在國土資源部、水利部、建設部一致地認識到需要對地源熱泵系統(tǒng)的工程實施強制性監(jiān)測與監(jiān)管的條件下，應盡快、盡早聯合制定地源熱泵系統(tǒng)建設的監(jiān)測(含設計與施工安裝階段)標準。該強制性標準應包括以下內容：為保護地下的水文、地質、資源環(huán)境，規(guī)定必須監(jiān)測的參數有：地溫、水溫、水位、水流量(抽、灌)、滲流速度與流向、水質等；第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.2監(jiān)測要求監(jiān)測井與監(jiān)測點的布設和系統(tǒng)大小的關系；傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準確度，以及其二次儀表的正確選配；監(jiān)測井的施工與傳感器的安裝要求；監(jiān)測系統(tǒng)的驗收；傳感器的定期標定與監(jiān)測系統(tǒng)的定期檢驗。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.3監(jiān)管要求

對于已建成的地源熱泵系統(tǒng)的工程，必須實施強制性監(jiān)管。國土資源部、水利部、建設部應盡快、盡早聯合制定地源熱泵系統(tǒng)的運行管理條例，強制性要求該系統(tǒng)的業(yè)主單位或物業(yè)管理部門對該系統(tǒng)的正常工作負責，保持記錄并定期按時向上級主管部門提出書面報告。該監(jiān)管條例應包括以下內容：該系統(tǒng)的業(yè)主單位或物業(yè)管理部門對該系統(tǒng)的地下監(jiān)測系統(tǒng)正常工作與日常維護全面負責；第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.3監(jiān)管要求該系統(tǒng)的運行管理人員必須熟練掌握地下參數監(jiān)測系統(tǒng)的使用與數據記錄，出現故障需及時申報與維修；主管部門有責任委托有資格的計量管理單位每年定期對下屬的地源熱泵系統(tǒng)的地下參數監(jiān)測系統(tǒng)進行重新標定與檢驗，并出具書面檢驗合格證書；該系統(tǒng)的業(yè)主單位或物業(yè)管理部門有責任對該系統(tǒng)的地下監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結果向主管部門提出書面的每月報表與每年報告，提出問題與改進意見；第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.3監(jiān)管要求在運行與監(jiān)測過程中發(fā)現異?，F象與故障，一方面需準確記錄備案與及時處理，同時必須向上級主管部門提送緊急書面報告；該系統(tǒng)的業(yè)主單位或物業(yè)管理部門有責任委派專職人員收集與保存監(jiān)測系統(tǒng)的數據記錄與報告的長期檔案；主管部門在收集、整理與歸納下屬單位提交的所有報表與報告基礎上，應負責提出該地區(qū)地下水文地質參數變化趨勢的年度分析報告，并邀請有關專家與下屬單位負責人參與審查，最后再逐級上報。第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.4體制上的統(tǒng)一領導

因為地源熱泵系統(tǒng)的正常運行與健康發(fā)展，涉及到多個部門的管轄范圍與利益，在監(jiān)測與監(jiān)管上必須實行一元化領導，統(tǒng)一的管理機構，如可以建立掛靠建設部系統(tǒng)下面的，從上而下的各級“地源熱泵系統(tǒng)工程建設聯合辦公室”，由國土資源、水利、建設三部門的干部與專家組成，避免再次發(fā)生互不通氣、各自為政、多頭領導、有利相爭、有事推諉。統(tǒng)一領導，從事制訂政策、相關標準、規(guī)程、條例、監(jiān)測、監(jiān)管等工作。第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日巖土層熱物測試與地埋管設計計算的若干差異性問題

4.1問題的提出

近幾年我國的地源熱泵建設發(fā)展迅速，基本上以每年20％～25％的速度在增長，由于設計與建設過程中缺乏統(tǒng)一的設計計算方法、測試方法、操作規(guī)程、物性測試儀器、軟件、最后在地埋管的總長度上和地下水水井的數量與流量上，即使對于一些有較強技術力量和勘測設計認真的單位，也可能存在有20％～40％的差異。第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日巖土層熱物測試與地埋管設計計算的若干差異性問題

4.3值得思考的問題與今后的努力方向值得思考的問題：·在初始地溫、巖土導熱系數、滲流速度的測試結果上為什么有如此大的區(qū)別？是測試儀器的差別還是在測試方法上不統(tǒng)一？·在熱物性測試上，其穩(wěn)定時間從4天延長至11天，對于每米傳熱量降低了4.6W/m(6.2％)，而實際夏季空調均為間歇供冷，即向地下排放冷凝熱為8小時開/16小時停(或10小時開/14小時停)，其地埋U形換熱器的傳熱能力是否會有成倍提髙？·該工程夏季累計向地下釋放的熱量與冬季累計從地下吸取的熱量之比為2.36倍，而該工程既不允許安裝冷卻塔，又沒有采取其它工程補救措施，請問幾年后會不會形成“熱堆積”，使地源熱泵系統(tǒng)的夏季制冷效率大大降低？第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日巖土層熱物測試與地埋管設計計算的若干差異性問題

4.3值得思考的問題與今后的努力方向今后努力方向