當(dāng)前地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)中若干問題的討論

當(dāng)前地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)中若干問題的討論第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)前地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)中

若干問題的討論關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)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(shè)計計算的若干差異性問題第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.1產(chǎn)生此問題的背景

·建設(shè)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(shù)，享有“可再生能源利用”的政策補(bǔ)貼

·國土資源部于2008年初,正式提出“淺層地?zé)崮堋钡馁Y源觀點(diǎn)與評價方法

·2007年8月在中國資源綜合利用協(xié)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(zhì)環(huán)境監(jiān)測院下面；

·一些雜志社、學(xué)會、協(xié)會的介入、參與、和推動。如：《工程建設(shè)與設(shè)計》編輯部，中國城市經(jīng)濟(jì)學(xué)會，中國可再生能源學(xué)會，中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會，《地源熱泵》編輯部。

·地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)得到了不斷的“政治加溫”。第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.2“淺層地?zé)?溫)能”觀點(diǎn)的代表作

陶慶法胡杰：“淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與對策”；淺層地?zé)崮芸辈樵u價技術(shù)規(guī)范(征求意見第二稿)韓再生：“淺層地?zé)崮芸辈樵u價技術(shù)規(guī)范編制說明”韓再生：“淺層地?zé)崮芸辈樵u價”第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點(diǎn)與核心問題“淺層地?zé)崮堋庇^點(diǎn)認(rèn)為：蘊(yùn)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?zé)崮堋被颉皽\層地溫能”，它是地?zé)豳Y源的一部分，是一種國家資源，應(yīng)由國土資源部系統(tǒng)進(jìn)行勘查、評估、評價、管理、與有計劃地開發(fā)利用；“淺層地?zé)崮堋庇^點(diǎn)認(rèn)為：蘊(yùn)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7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點(diǎn)與核心問題“淺層地?zé)崮堋庇^點(diǎn)認(rèn)為：地源熱泵是一種利用淺層地?zé)崮茏鳛槔錈嵩催M(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)產(chǎn)品?！皽\層地?zé)崮堋庇^點(diǎn)認(rèn)為：淺層地?zé)崮苜Y源評價是地源熱泵工程設(shè)計的基礎(chǔ)，也是區(qū)域淺層地?zé)崮芤?guī)劃、管理的依據(jù)。第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.3爭論的焦點(diǎn)與核心問題“地源熱泵系統(tǒng)”觀點(diǎn)認(rèn)為：地下巖土層含水層是地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行的“環(huán)境參數(shù)”。它的設(shè)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?zé)崮堋被颉皽\層地溫能”。地源熱泵從本質(zhì)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(diǎn)認(rèn)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9頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.4“淺層地?zé)崮堋钡恼`導(dǎo)作用使國土資源部自身誤以為發(fā)現(xiàn)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?zé)?溫)能”，需要由國土資源部系統(tǒng)從中央到地方，大力進(jìn)行勘查、評價、評估、規(guī)劃、開發(fā)與利用，而不是把工作重點(diǎn)放在地下水資源、地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)、傳熱蓄熱、熱質(zhì)遷移規(guī)律的研究與管理上。第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.4“淺層地?zé)崮堋钡恼`導(dǎo)作用使其他部委及某些地方政府的官員錯誤認(rèn)為，這是一種取之不盡，用之不竭，像太陽能、風(fēng)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(yùn)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11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.4“淺層地?zé)崮堋钡恼`導(dǎo)作用使原來就沒有計算全年逐時冷、熱負(fù)荷的不負(fù)責(zé)的設(shè)計單位，有了“借口”，得到了“庇護(hù)”與無形“鼓勵”；而又會使原來認(rèn)真計算全年逐時冷、熱負(fù)荷和采取各種工程措施進(jìn)行全年冷、熱平衡的設(shè)計單位與業(yè)主會漸漸削弱、或放棄原來的科學(xué)設(shè)計方法和精心設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)，覺得過去的精心設(shè)計是“白費(fèi)功夫”，“吃力不討好”。第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)于地源熱泵系統(tǒng)的原理---淺層地?zé)崮苷撆c蓄熱層論之爭1.5我們的立場與觀點(diǎn)我們雖然堅決反對“淺層地?zé)崮堋被颉皽\層地溫能”的資源觀點(diǎn)以及由此所制訂定的淺層地?zé)崮艿目辈?、評估、評價方法，但是我們積極主張暖通空調(diào)與水文地質(zhì)兩專業(yè)、兩行業(yè)、兩部門之間應(yīng)在科學(xué)開發(fā)、建設(shè)、利用地源熱泵系統(tǒng)領(lǐng)域緊密合作，相互學(xué)習(xí)、有效溝通、及時協(xié)調(diào)。在充分、科學(xué)、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(hù)好地下的地質(zhì)水文環(huán)境。第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用條件

2.1地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)由于一年四季的地下環(huán)境參數(shù)在10～20

C范圍內(nèi)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(yīng)；正因為一年四季地下的環(huán)境參數(shù)均在較適宜的10～20

C范圍內(nèi)變化，其夏季的制冷效率EER與冬季的制熱效率COP都相應(yīng)要比空氣源熱泵系統(tǒng)髙20％～40％；第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用條件

2.1地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)?shù)卦礋岜霉こ痰亩緩牡叵吕塾嬋崃亢拖募鞠虻叵吕塾嫹艧崃炕鞠嗟葧r，地源熱泵系統(tǒng)可以不設(shè)任何冷卻塔與輔助加熱設(shè)備，從而減少了保養(yǎng)費(fèi)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(yīng)，同時也便于提供全年的生活熱水。第15頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用條件

2.2地源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(shè)費(fèi)，尤其是在現(xiàn)場地質(zhì)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(fèi)用甚至和地上空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用相接近；地源熱泵系統(tǒng)的全年供冷供熱性能與經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)烈依賴于建筑的冷、熱負(fù)荷計算，設(shè)備選用，和地下埋管或水井設(shè)計計算與施工。精心設(shè)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(yùn)行費(fèi)用上、及使用壽命上都會有成倍的差別；第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)與適用條件

2.2地源熱泵系統(tǒng)的缺點(diǎn)目前，無論國內(nèi)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(zhì)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(jìn)行設(shè)計，其差異性可能較大；就目前國內(nèi)熟悉地源熱泵系統(tǒng)的合格設(shè)計者而言，其數(shù)量有限。目前國內(nèi)有經(jīng)驗的、合格的承包商不多。第17頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)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(diào)熱泵自身既需夏季排熱和又需冬季取熱的特點(diǎn)，確保了熱泵的高效、穩(wěn)定、和可持續(xù)地運(yùn)行。因此，地源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)一般應(yīng)遵循以下適用條件：第18頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)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10～20

C的地域；具有經(jīng)濟(jì)打井的地質(zhì)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?cè)崃肯嗟然蚪咏墓峁├涔こ?，否則就需采用一些工程的輔助與補(bǔ)救措施；夏季供冷溫度不低于5

C，冬季供熱溫度不高于60

C的工程；第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(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(shè)，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(zhì)水文構(gòu)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(chǎn)生相互影響；當(dāng)?shù)叵戮到ǔ芍?，在地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)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(chǎn)生冬夏的交迭周期變化。對于地下水水源熱泵系統(tǒng)，當(dāng)周期地進(jìn)行循環(huán)抽灌時，更會引起水位、水溫、滲流速度與流向、水質(zhì)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(yùn)行，和保護(hù)地下的水文地質(zhì)環(huán)境，因此必須對于地源熱泵系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行提出嚴(yán)格的監(jiān)測與監(jiān)管的要求。第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(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(shè)部一致地認(rèn)識到需要對地源熱泵系統(tǒng)的工程實(shí)施強(qiáng)制性監(jiān)測與監(jiān)管的條件下，應(yīng)盡快、盡早聯(lián)合制定地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)的監(jiān)測(含設(shè)計與施工安裝階段)標(biāo)準(zhǔn)。該強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括以下內(nèi)容：為保護(hù)地下的水文、地質(zhì)、資源環(huán)境，規(guī)定必須監(jiān)測的參數(shù)有：地溫、水溫、水位、水流量(抽、灌)、滲流速度與流向、水質(zhì)等；第21頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(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(diǎn)的布設(shè)和系統(tǒng)大小的關(guān)系；傳感器的選用要求：穩(wěn)定性、精確度與準(zhǔn)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(biāo)定與監(jiān)測系統(tǒng)的定期檢驗。第22頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(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(shí)施強(qiáng)制性監(jiān)管。國土資源部、水利部、建設(shè)部應(yīng)盡快、盡早聯(lián)合制定地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行管理條例，強(qiáng)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(fù)責(zé)，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(yīng)包括以下內(nèi)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(hù)全面負(fù)責(zé)；第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.3監(jiān)管要求該系統(tǒng)的運(yùn)行管理人員必須熟練掌握地下參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的使用與數(shù)據(jù)記錄，出現(xiàn)故障需及時申報與維修；主管部門有責(zé)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(shù)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)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(zé)任對該系統(tǒng)的地下監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)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(jìn)意見；第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.3監(jiān)管要求在運(yùn)行與監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象與故障，一方面需準(zhǔn)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(zé)任委派專職人員收集與保存監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(chǔ)上，應(yīng)負(fù)責(zé)提出該地區(qū)地下水文地質(zhì)參數(shù)變化趨勢的年度分析報告，并邀請有關(guān)專家與下屬單位負(fù)責(zé)人參與審查，最后再逐級上報。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月地源熱泵系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)管

3.4體制上的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)

因為地源熱泵系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shí)行一元化領(lǐng)導(dǎo)，統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)，如可以建立掛靠建設(shè)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(shè)聯(lián)合辦公室”，由國土資源、水利、建設(shè)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(lǐng)導(dǎo)、有利相爭、有事推諉。統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，從事制訂政策、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、條例、監(jiān)測、監(jiān)管等工作。第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月巖土層熱物測試與地埋管設(shè)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(shè)發(fā)展迅速，基本上以每年20％～25％的速度在增長，由于設(shè)計與建設(shè)過程中缺乏統(tǒng)一的設(shè)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(shù)量與流量上，即使對于一些有較強(qiáng)技術(shù)力量和勘測設(shè)計認(rèn)真的單位，也可能存在有20％～40％的差異。第27頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月巖土層熱物測試與地埋管設(shè)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(dǎo)熱系數(shù)、滲流速度的測試結(jié)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(shí)際夏季空調(diào)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(bǔ)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28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月巖土層熱物測試與地埋管設(shè)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