产业观察-中国地源热泵行业面临的问题及对策

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中国地源热泵行业面临的问题及对策发布时间:2009-3-23  字号：大中小中国地源热泵行业面临的问题及对策 在中国地源热泵行业走向未来的光明大道上，需要过三道关：地下热平衡研究、问题工程排查以及工程现场测试 （文/中国能源研究会地热专业委员会 郑克棪） 0 引言地源热泵工程应用从起步到快速发展只用了十余年时间，在我国已经形成集设备生产、材料供应、系统设计和工程安装为一体的完整产业链。尤其自2004年以来，我国地源热泵市场规模年增长率超过30%，远高于同期世界平均发展速度（20%～22%）。但是，我们也必须正视目前地源热泵行业发展中存在的诸多不足，并及时加以解决，促进行业健康发展。 1开展地下热平衡研究 建筑空调专家提出，地源热泵利用的关键是地下的热平衡，如果冬季供暖灌入地下的冷量与夏季制冷灌入地下的热量不能达到平衡，则在五六年后该热泵系统就会报废。几年前地源热泵刚传入我国时，许多专家都曾提出过这个问题，认为地源热泵只适宜于我国中纬度地区。我国东北、西北地区基本上只需冬季供暖，我国广东、海南等南方地区基本只需夏季制冷，这种环境似乎不适合地源热泵系统。而在2005年世界地热大会上，瑞典专家介绍的经验令人吃惊，瑞典有很大部分国土在北纬60°以北，甚至进入了北极圈，是需要全年近300天供暖而不需要制冷的地区。但瑞典地源热泵近5年来发展速度是世界上最快的，在2000年地热直接利用能量排名世界第10位，到2005年迅速跃居世界排名第2位。瑞典专家在地热论坛上说：“地源热泵在我国（瑞典）普遍适用，在你那里会不适用吗？”。同时，我们也注意到，瑞典并非一哄而上，不计效果、不计寿命，他们有现场岩土热物性参数测定和地温监测系统，有数学家帮助建立的地温场模型，每一个地源热泵系统在建设前就进行了精确的计算和预测模拟，现在国际地源热泵协会总部所在地——美国俄克拉何马大学都是学习瑞典经验。 冷热平衡的问题从地学的角度理解相对容易。地下水的含水层不是一个空荡荡的容器。在松散砂砾石中最大的孔隙率为25%-30%，这是其最大贮水空间，其余绝大部分是岩土体的固体颗粒部分。地源热泵供暖运行时灌入地下温度偏低（或制冷运行时灌入地下的温度偏高）的尾水都会借助地层中固体颗粒贮存的热量，得到一定的温度恢复；而不是等到下一个运行时段去迎接灌入温度偏高（或偏低）的尾水来达到“冷热平衡”。而且在大孔隙、大裂隙的岩土或地层中，相对冷的水靠比重下沉，相对温的水靠比重上浮，这种地下水的弱对流在温度的恢复中起着重要作用。另外，地埋管或回灌井区与其外围和底部存在温差，就会产生热传导。总之，这里涉及一定复杂程度的水文地质问题，而不是一个简单的热量取、存的物理问题。实际情况究竟如何？以上叙述不能作为结论，我们可应该认真开展地下热平衡的研究，对不同地域、不同类型的典型工程进行长期监测，取得实测数据，跟踪模拟拟合，随着工程和时间进展，一定会获得客观结论。 2 重视问题工程排查 由于设计部门和施工队伍水平不一，难免会出现问题工程。如果认真分析问题工程，找出其失误的原因，一肯定会对己、对人都会有益。只是设计部门和建设队伍顾及自己声誉，不愿公开这些败笔。但是，我们要想保障可持续发展和高速前进，我们应该严肃认真地排查问题工程。举个例子，在北京市海淀区某学院有3万平方米楼房建筑，由某大公司设计和施工地下水换热系统的水源热泵供暖，共有15眼抽灌水井。该工程的问题，一是回灌不畅，回灌水从井里溢涌出来，泥沙满地，热泵的利用温差有时仅为1℃，因此本应是节能、省电的热泵系统，实际却相当耗电。成功的地源热泵运行成本大多在15～25元/平方米之间，但此例的运行成本已超过100元/平方米。经检查发现，主要是受当地的水文地质条件所限，不适于水源热泵，更不适于单井采灌。未取得该工程的实际钻井水文地质剖面图，查阅周围资料：北村 的水井深178.8m，含水层为粗中细砂及砂砾，占井深的13.93%，而砂砾石仅占含水层的18.47%；东村的水井深200.97m，含水层为砂和砂砾，占井深的7.40%，砂砾石占含水层的33.62%；东北村的水井深129.0m，含水层为粗中砂，占井深的14.72%。由此得出是砂砾石层厚度不够，不足以取出较大的流量，更灌不回去相应的水量，于是运行中出现回灌井周围的温度降低快，热泵利用温差减小，热泵的COP值急降，导致问题出现。其实，在这样的水文地质条件下，如果利用地埋管换热系统的地源热泵，应该就没有问题了。再举一个例子，在北京市通州西部某学校利用地埋管换热系统地源热泵供暖3.4万平方米。热泵属于名牌——意大利克莱门特，工程共钻了120m深的换热孔401个，孔距为5m×5m。开始供暖运行时，地埋管的水进入热泵机组时13.6℃（这是正常的地温），但运行一个月后降至8℃，第二个月降至6℃，最后经热泵工作后排回地埋管的温度只剩2℃。热泵从地埋管系统提取的热量越来越少，热泵出口处的温度测得仅20℃，满足不了供暖要求，阳面室温12℃，阴面室温10℃。经检查诊断，热泵的设计配置应能满足需要，从运行时间不长就出现温度下降来看，应该是施工工程安装的缺陷，很可能是循环流体未能均匀达到401个孔，或许只有100个孔或200个孔在运行，这样，交换出来的热量越来越少，就出现了问题。  3 加强工程现场测试前面说到瑞典对每一个地源热泵工程都有事先的现场岩土热物性参数测定，而我们现在存在两个问题：一是没有经国家正式鉴定的统一标准的热导率测试仪等仪器，一些公司自己组装的仪器，用于自身承担工程积累资料尚有参考价值（建筑工程有寿命期终身责任），但与别家的测试存在不完全可比性。二是只有少数公司对少数工程做了测试，多数是借用别家工程的经验，来决定钻孔深度、数量和间距等工程参数。实际上，对于地下热平衡起重要作用的参数热导率是随不同地域和岩土体的不同地质、水文地质条件存在必然差异的，因此经验值的运用，或者不经计算而直接采用经验的工程参数，都包含一定误差，有可能成为问题工程的隐患。此外，2006年开始实施的《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中，有些规定不够严格，提供的设计计算方法不够清晰。经过近3年实践，该《规范》在2008年进行了局部修订，已提交主管部门报批。可以预测，地源热泵行业在严格执行国家标准的基础上，将进一步走向正轨。 我们相信，经过地源热泵行业的领导、专家、研究院、设计院、企业、工程队和广大用户的共同努力，我国地源热泵行业将有无比光明的未来。（