地源热泵工程应用关键技术问题探讨

地源热泵工程应用关键技术问题探讨湖北省是全国较早开展地源热泵工程应用的地区，自2000年开始至今，已有17个市州的100多栋建筑中应用，建筑应用面积超过1000万m2。获得财政部、住建部国家级可再生能源建筑应用示范项目21个。本文以湖北省在地源热泵工程应用过程中发现的问题进行探讨，希望可以对从事地源热泵施工企业提供借鉴意义。地下水地源热泵应用存在的主要问题1.地下水源的探测开采问题。水源的探测、开采技术与开采成本制约地下水地源热泵的广泛应用。在不同的地区和水文地质条件下是否有适合的水源（水温适宜、水量充足稳定、水质较好）是地下水地源热泵应用的关键问题。2.热源井设计和施工。在水文地质勘察的基础上进行设计，试验井的开凿和抽水、回灌试验环节尤为重要，基础性技术数据是井群设计的关键；不同的水文地质结构、热源井设计和成井工艺至关重要，井的结构、过滤方式、回填方式影响成井质量和使用寿命；抽水、回灌井之间的水力平衡影响总取水量和总回灌量。设计和施工时，应同时留出观测井或观测孔，抽水、回灌井应安装计量仪表，在达到上述检测手段的基础上，对抽水及回灌量、水位、水质进行在线检测，有利于地下水地源热泵系统的合理取水并避免对地下水的破坏和污染。3.水井堵塞及回灌问题。水井施工质量不过关；取水井、回灌井轮换使用；反复的抽、回灌都会导致水井堵塞，使得水井回灌比不能达到要求，正常的抽水、回灌无法进行加速水井的枯竭，影响系统长期稳定运行。4.地质灾害问题。若大量开采地下水而不采取回灌措施，容易产生地面沉降和导致采用天然地基作为基础的建筑物不均匀沉降；在岩溶地区，由于地下水位不断变化容易形成空洞，从而导致地面塌陷。为了恢复含水层的水位和水量，防止区域地下水位下降和保持取水建筑物供水能力，防止地下水资源枯竭，地源热泵空调系统抽取地下水后必须进行回灌。5.地下水水质与污染防治问题。对地下水水质基础要求：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等；回灌时，水质要等于或优于原有水质；利用地下水源的进出温差过大造成地下水资源的热污染问题；回扬、水回路中产生的负压和沉砂池，使外界的空气与地下水接触，导致地下水中离子氧化过程发生。6.地下水地源热泵设计。地下水地源热泵系统设计首要问题是确定合适的水源热泵机组运行温差和地下水循环水量，最佳的地下水温差和地下水量应使地下水地源热泵系统达到较高的能效比和性能系数。如果加大地下水使用温差，虽然可减小地下水使用量，降低井泵功率和环路功率，但在一定条件下会增大水源热泵机组的使用功率，反之则相反。因此，一定要根据实际工程的使用情况，在两者之间进行分析和比较，得出最优结合点。7.规划、管理和评价体系问题。按照“在保护中开发，在开发中保护”的原则，各地应根据实际情况制订地下水开发利用保护规划和地源热泵系统发展规划，按照规划在资源合理利用的前提下开发地下水资源，做到资源开发和地下水保护并举。同时，应进一步开展地下水资源开发利用对环境影响评估工作，防止因无序开采地下水而造成地面沉降、水质污染和热污染等环境地质问题。地埋管地源热泵应用存在的主要问题1.初投资及能源政策问题。国家和地方政府在政策及资金上的支持对于技术推广起到重要引导作用。各级住建行政主管部门应出台相应的扶持优惠政策，并积极向各方宣传推介，争取得到各级地方财政支持。2.施工质量问题。目前地源热泵相关的管理措施和技术手段缺乏，施工单位没有相应市场准入机制，主管部门监管不力，缺乏切实可行的施工监理操作规范等，在项目实施中引发了较多问题。3.岩土体物性问题。在实际工程中，地埋管换热器设计中最大的难题是不能准确确定岩土体的各种物性参数。地埋管换热器钻井的数目和深度主要取决于周围岩土体的传热、蓄热性能，而地下岩土体的结构和可钻性又决定施工工艺选择、钻孔的难易程度和初投资。如果岩土体物性参数出现偏差，会导致钻井数目和深度的变化，影响施工工期和初投资。4.建筑物空调负荷问题。室内空调负荷变化，热泵机组的运行特性改变，低位热源的使用状态发生动态改变都会使得地埋管的换热性能与其承担的换热负荷间是相互耦合的，而这种耦合特性不仅表现在设计上，重要的是地埋管是否能长期保持良好的运行工况，以保证在不同的空调负荷特征下地埋管地源热泵系统能够高效、节能运行。5.地埋管地源热泵系统设计。首先要根据场地条件，分区进行地埋管设置，既满足空调负荷变化的需要，又让地埋管换热器在间歇运行时得到充分的恢复，有利于地埋管地源热泵系统高效稳定运行。其次要根据建筑物空调负荷的变化特点，采用冰蓄冷、热回收等综合利用方式，降低高峰负荷时地埋管敷设量，或减少排热量与取热量的差额，以利于地埋管的热平衡。地源热泵技术推广应用对策分析与建议地源热泵技术具有节能、环保、可再生能源利用、减少运行费用的优点，但由于不同热泵技术的条件限制，决定了其只能因地制宜，适度发展。并且，地源热泵技术发展要站在科学发展观的高度，从建设“资源节约型、环境友好型”社会的需要和满足城市发展和人民生活水平提高的需要来统一规划、统筹协调，采用一定手段控制地源热泵技术的发展，以发挥综合效益。1.统一规划，合理布局。将发展地源热泵技术纳入城市供热、供冷工程总体规划，统一布局，有机结合，相互补充。并根据当地浅层地热能的资源分布和可利用情况，制定专项发展规划，并提出地源热泵技术发展的指导意见。同时还要根据项目的具体特点和条件进行具体分析，提出合理的技术方案，避免盲目性和资源的非合理性利益，切实把握地源热泵技术在推广中的适用性和可行性。2.可续论证，适度发展。地下水地源热泵空调系统要实现全部回灌，对成井工艺设计和施工要求极高。因此，地下水地源热泵系统热泵井的勘察、设计、施工和监理必须由具有相关资质的单位承担，并严格按照国家和地方的相关法规按程序进行论证和审批。3．统筹协调，示范先行。由于地源热泵技术的发展和应用横跨了多个学科领域，建设和管理牵涉到多个政府职能部门。为有序发展、合理建设、规范管理，应成立地源热泵规划建设管理办公室，统一各部门规划、协调和管理职能。除此之外，还需积极发挥示范项目作用，依托示范项目组织现场参观调研、技术交流和产品展示活动，增进社会各界对地源热泵技术的了解。同时加强对示范项目的管理，提高相关技术水平，确保示范项目达到预期效果。4.严格审批，全面评价。首先，严格按照国家、地方的相关法律法规和地源热泵管理办法对地源热泵项目实施申报审批制度。加强对地源热泵系统设计、施工、监理、验收等环节的审查和规范管理工作。企业应具备系统的测试和设计能力，且能对不同类型工程作出系统监测和评价。其次，准确评价地源热泵系统运行的经济性、环保性、安全性及节能性。通过监测可以判断何时对地源热泵系统进行调试、维修和改造，提高系统运行效率，延长系统使用寿命，通过合理的投资为开发商和用户带来最大的效益。5.规范市场，降低投入。通过专业技术学会搭建与地源热泵相关集勘察、设计、施工、生产等相关企业为一体的技术创新和服务平台，既为政府起到参谋助手作用，又能够在科技攻关、技术支持、产品研发、技术培训、咨询服务、质量控制、规范市场、行业自律、信息交流等方面发挥作用。在技术支撑方面，目前现行的国家规范、标准还有待深化和完善，各地应根据气候和水文地质条件，加大相关技术研究的力度，并在总结实践经验和研究成果的基础上，进一步编制和完善、能切实指导实际工程应用的地源热泵技术规范和标准。6.资源整合，促进发展。地源热泵系统是一个跨学科、跨专业的新兴可再生能源利用技术，地源热泵技术的发展需要各相关学科的协作和攻关，地源热泵技术的应用需要各相关勘察、设计、施工、监理、运行管理部门和设备供应商的紧密配合，形成完整的地源热泵技术发展产业链。结合各地实际条件和工程应用情况，应进一步探讨地源热泵空调系统在商业化、市场化运作中一些亟待解决的问题，加强各地现有技术资源整合，推动地源热泵空调系统在各地的规模化应用和产业化发展。结语总结分析地源热泵技术应用存在的问题，并提出相应的技术和管理对策，对促进地源热泵系统在各地的规模化应用和规范化管理具有重要作用。地源热泵技术应用既可为建设“资源节约型、环境友好型”社会作出必要的贡献，又能够推动地源热泵产业发展，为经济建设带来新的增长点，为社会提供新的就业领域和就业机会。武汉地区的工程实践经验和应用研究成果，对推动地源热泵技术在全国的发展起到借鉴和参考作用。