淺層地能及其開發(fā)利用
所謂淺層地能（熱）是在太陽能照射和地心熱產(chǎn)生的大地?zé)崃鞯木C合作用下，存在于地殼下近表層數(shù)百米內(nèi)的恒溫層中的土壤、砂巖和地下水里的低溫地?zé)崮?。淺層地能（熱）是一個(gè)從有人類開始就為人的生存供暖的熱能，延安的窯洞、北京郊區(qū)的菜窖、溫室以及利用防空洞為室內(nèi)降溫等等，都是淺層地能（熱）的原始應(yīng)用。據(jù)專家測(cè)算，我國(guó)近百米內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量達(dá)1.5萬億千瓦，是我國(guó)目前發(fā)電裝機(jī)容量4億千瓦的3750倍，而百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量也有2億千瓦。由于儲(chǔ)量巨大，分布普遍，因此許多專家將淺層地能比喻為一個(gè)巨大的綠色聚寶盆。
淺層地能（熱）是一種清潔的可再生資源，其開發(fā)利用對(duì)于節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要的作用。近年來我國(guó)利用淺層地?zé)崮芄┡评涞慕ㄖこ虜?shù)量及面積增加迅速，目前已超過6000萬平方米，服務(wù)工程也由原來以中小型項(xiàng)目為主向大型項(xiàng)目發(fā)展。
特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
淺層地能（熱）是太陽能的一種存在形式，是地?zé)峥稍偕茉醇易逯械囊幻鲁蓡T。由于淺層地下收集了太陽射向地球60％的能量，相當(dāng)于人類每年能耗的近2萬倍，加上地核芯熱綜合作用，這個(gè)地層形成相對(duì)恒溫層帶，因此：
與傳統(tǒng)能源相比，淺層地能具有儲(chǔ)量巨大、再生迅速、分布廣泛、溫度四季適中，并且取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)，是巨大的綠色能源寶庫；
與傳統(tǒng)地?zé)嵯啾?，具有投資及運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)較小、易于回灌、可再生性強(qiáng)、對(duì)地下水影響小、地域局限性小等優(yōu)勢(shì)，并且淺層地能不屬于國(guó)家礦產(chǎn)資源，不需要支付資源費(fèi)用。
淺層地能與熱泵
什么是熱泵？
人們所熟悉的泵是一種能提高位能的機(jī)械設(shè)備，比如水泵主要是提高水位或增加水壓，而熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱，經(jīng)過電力做功，輸出可被人們所用的高品位熱的設(shè)備，熱泵技術(shù)是近年來在全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)。
熱泵有幾種？
根據(jù)熱源不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵、地緣熱泵。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已竣工工程中采用水源熱泵系統(tǒng)的約占58%，采用地緣熱泵的約占37%，采用空氣源熱泵系統(tǒng)的只占5%。
工作原理是什么？
熱泵主要由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)、膨脹閥四部分組成。熱泵機(jī)組設(shè)備內(nèi)專置一種吸熱介質(zhì)冷媒，它在液化的狀態(tài)下低于零下20℃，與外界溫度存在著溫差，因此，冷媒可吸收外界的熱能，在蒸發(fā)器內(nèi)部蒸發(fā)汽化，通過熱泵機(jī)組中壓縮機(jī)的工作提高冷媒的溫度，再通過冷凝器使冷媒從汽化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為液化狀態(tài)，在轉(zhuǎn)化過程中，釋放出大量的熱量，傳遞給水箱中的儲(chǔ)備水，使水溫升高，達(dá)到制熱水的目的，這便是該產(chǎn)品的獨(dú)特之處，也是市場(chǎng)潛力的理由所在。
與其它設(shè)備相比，熱泵有什么優(yōu)勢(shì)？
1、成熟技術(shù)（集成），性能可靠；2、高效、低耗、環(huán)保、安全；3、一套設(shè)備冬夏兩用：冬季從地下水和土壤取熱，向建筑物供熱，夏季向地下水和土壤放熱，向建筑物供冷，年周期內(nèi)環(huán)境系統(tǒng)基本維持熱平衡；4、無任何污染排放的綠色環(huán)保系統(tǒng)。
淺層地能的采集技術(shù)
淺層地能（熱）的提取方法很多，主要有抽水井式、地埋管式和單井抽灌式。
1、抽水井式：這是國(guó)外在1964年提出的利用淺層地能采暖的方案。工作原理是在地上開鑿兩眼以上水井，從其中一口井取出地下水進(jìn)入機(jī)組放熱，之后地下水溫度降低進(jìn)入第2口井（回灌井）回灌于地下。由于這種方式會(huì)破壞地下水的自然分布，對(duì)地質(zhì)、建筑等帶來嚴(yán)重影響，引起地下水交叉感染，并且會(huì)引起取水井塌陷和回水井堵塞、大大降低系統(tǒng)生命周期，因此從上個(gè)世紀(jì)70年代后受到嚴(yán)格限制發(fā)展。
2、地埋管式：這種方式分為水平埋管、垂直埋管和螺旋埋管等形式。對(duì)于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：安裝費(fèi)用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點(diǎn)有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大；對(duì)于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：占用土地面積小，管路及水泵用電少，其缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高。
3、單井抽灌式：?jiǎn)尉楣嗖杉夹g(shù)是一個(gè)以水為介質(zhì)的密閉循環(huán)的熱量采集裝置。運(yùn)行過程中沒有水資源消耗，對(duì)區(qū)域地下水狀態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)無影響，大大減少從能源開發(fā)到能源使用的過程投入；顯著提高能源利用率，與傳統(tǒng)電鍋爐相比節(jié)電3/4，大大減少了供電配置。
地埋管式與單井抽灌式互為補(bǔ)充以解決所有地質(zhì)條件的土壤取熱。在地下水資源豐富的地區(qū)采用單井抽灌比較理想，在無水或者少水地區(qū)采用地埋管式較為理想。 應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景
國(guó)外
瑞士Zoelly在1912年首次提出利用淺層地?zé)崮茏鳛闊岜孟到y(tǒng)低溫?zé)嵩吹母拍?，并申清了專利，?biāo)志著地源熱泵系統(tǒng)的問世。但真正意義的商業(yè)應(yīng)用只有10幾年的歷史，且發(fā)展相當(dāng)迅速?，F(xiàn)今，地緣熱泵已在北美、歐洲等地廣泛應(yīng)用，技術(shù)趨于成熟。美國(guó)正在實(shí)現(xiàn)每年安裝40萬臺(tái)地緣熱泵的目標(biāo)；與美國(guó)情況不同，在瑞士、奧地利、丹麥等北歐國(guó)家，主要利用淺層地?zé)豳Y源，采用地下土壤中埋盤管的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年統(tǒng)計(jì)，家用供暖設(shè)備中，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%，比1996年以前有明顯提高。
國(guó)內(nèi)
20世紀(jì)80年代初至90年代末，隨著城市能源結(jié)構(gòu)的變化，在我國(guó)暖通空調(diào)領(lǐng)域 (論壇 新聞)掀起一股熱泵熱，熱泵供暖制冷的應(yīng)用在一些大城市日益廣泛。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著國(guó)家相繼出臺(tái)了支持可再生能源開發(fā)利用的一些方針政策，地源熱泵行業(yè)有了較快發(fā)展。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，全國(guó)范圍內(nèi)，除港、澳、臺(tái)地區(qū)外，31個(gè)省、直轄市、自治區(qū)均有熱泵項(xiàng)目，熱泵工程應(yīng)用數(shù)量逐年增加，而且形成了成倍數(shù)增加的趨勢(shì)。企業(yè)的資本從100萬元到數(shù)億元不等，但還是以中小企業(yè)居多，這說明地源熱泵行業(yè)目前還是處于起步階段。目前，我國(guó)境內(nèi)地緣熱泵系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)主要集中在北京、廣東和山東3個(gè)省、市，約占全國(guó)生產(chǎn)企業(yè)總量的70%，另外30%主要來自上海、江西、遼寧、內(nèi)蒙古、四川、天津等地。
問題與對(duì)策
就目前淺層地能（熱）存在的問題，專家們認(rèn)為主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：
1、政府支持和補(bǔ)貼尚顯薄弱，各項(xiàng)法規(guī)亟待健全。目前，雖然出臺(tái)了國(guó)家的《可再生能源法》、《節(jié)約能源法》、《水法》和《可再生能源發(fā)展的專項(xiàng)資金管理辦法》以及地方性政策，比如北京市9部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》和近期的補(bǔ)充說明等，政府對(duì)推動(dòng)熱泵技術(shù)比前幾年有了很大改善。但仍存在多頭管理、缺乏監(jiān)督機(jī)制等問題，影響熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用。
2、地源熱泵產(chǎn)品型號(hào)和規(guī)格相對(duì)較少，并且以國(guó)外的原配件組裝的產(chǎn)品為主。有些國(guó)外地源熱泵公司在國(guó)內(nèi)投資建廠（合資為主），國(guó)內(nèi)生產(chǎn)水源熱泵較大的企業(yè)是山東省富爾達(dá)空調(diào)設(shè)備有限公司，還有北京恒有源、華清集團(tuán)、清華同方等，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品很少，研發(fā)力度不夠。
3、技術(shù)應(yīng)用方面。首先，地源熱泵技術(shù)是暖通空調(diào)技術(shù)與水文地質(zhì)條件相結(jié)合的綜合技術(shù)，兩者缺一不可，由于從業(yè)人員不了解水文地質(zhì)條件而導(dǎo)致工程失敗，如在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)回灌成了大問題等等。其次，在一些工程中，設(shè)計(jì)與應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)時(shí)忽視了冷熱的平衡問題。三是缺乏必要的地下監(jiān)測(cè)工作，大部分已建熱泵工程未建立地下水與巖土的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（井）。四是缺乏對(duì)巖土熱物性特征的了解，未進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。五在地源熱泵工程設(shè)計(jì)中，需要開展探討適應(yīng)地源熱泵系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)方法。六是設(shè)計(jì)中缺少對(duì)地?zé)岜霉﹫D的經(jīng)濟(jì)合理性分析。七缺少必要的宣傳和推廣活動(dòng)。八技術(shù)隊(duì)伍良莠不齊。
針對(duì)以上問題，原國(guó)務(wù)院參事，建設(shè)部環(huán)境中心主任王秉忱開出了以下藥方：
1、繼續(xù)加大政府對(duì)地源熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用的支持力度，逐步建立相關(guān)鼓勵(lì)政策和健全工程建設(shè)的技術(shù)審批和工程運(yùn)行的監(jiān)督管理制度。應(yīng)結(jié)合不同地區(qū)的環(huán)境特征，制定地方能源使用種類和區(qū)域布局的專門規(guī)劃，在整體規(guī)劃中加強(qiáng)可再生能源的使用力度。
2、對(duì)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)管部門建立專項(xiàng)設(shè)計(jì)施工資質(zhì)管理制度，實(shí)行市場(chǎng)準(zhǔn)入制和工程的監(jiān)理制以及技術(shù)人員的培訓(xùn)上崗制，以保證施工隊(duì)伍的技術(shù)水平和工程質(zhì)量。
3、隨著地源熱泵技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用和深入發(fā)展，還應(yīng)逐步開展結(jié)合我國(guó)特征的、較詳細(xì)的相關(guān)規(guī)程規(guī)范的編制工作。組織不同領(lǐng)域的專家，從各自的專業(yè)領(lǐng)域出發(fā)，結(jié)合地源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)，編制綜合性的技術(shù)規(guī)程規(guī)范，以指導(dǎo)地源熱泵行業(yè)的健康發(fā)展。
4、建立國(guó)家專項(xiàng)基金，大力支持地源熱泵技術(shù)的研發(fā)力度。
5、在必要的規(guī)程規(guī)范中，明文規(guī)定任何地源熱泵工程都必須建立地下水與巖土監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以保證對(duì)地質(zhì)環(huán)境的了解和地源熱泵系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
6、在全國(guó)主要大中城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，開展淺層（100米以上）的巖土熱物性參數(shù)測(cè)試工作，建立全國(guó)與地源熱泵工程有關(guān)的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫。
7、成立國(guó)家級(jí)多學(xué)科的專家組，對(duì)擬建大型地源熱泵系統(tǒng)工程，有計(jì)劃地開展經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、地質(zhì)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)。
8、廣泛開展地?zé)岜眉夹g(shù)的宣傳和推廣活動(dòng)。
9、加強(qiáng)對(duì)大型地源熱泵工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)管理，使其真正達(dá)到節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟(jì)。
鏈接：我國(guó)支持地?zé)崮荛_發(fā)的相關(guān)政策
2006年1月1日實(shí)施的《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，地?zé)崮艿拈_發(fā)與利用被明確列入新能源所鼓勵(lì)的發(fā)展范圍，地?zé)崮茉词状伪涣腥胝叻龀址秶?/p>
2007年6月，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》中，明確提出要推進(jìn)風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⑺姟⒄託?、生物質(zhì)能利用以及可再生能源與建筑一體化的科研、開發(fā)和建設(shè)，地?zé)崮茉俅纬蔀楸魂P(guān)注的焦點(diǎn)；
2008年12月，《國(guó)土資源部關(guān)于大力推進(jìn)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的通知》（國(guó)土資發(fā)〔2008〕249號(hào) ）提出，按照在開發(fā)中保護(hù)，在保護(hù)中開發(fā)的要求，摸清淺層地?zé)崮苜Y源，編制開發(fā)利用規(guī)劃，科學(xué)利用淺層地?zé)崮?，統(tǒng)籌當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)與資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，抓好技術(shù)培訓(xùn)，制定優(yōu)惠政策，實(shí)行規(guī)范管理，促進(jìn)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用工作健康發(fā)展。這為地?zé)崮艿拈_發(fā)掀起了新一輪的熱潮。
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