利用水源熱泵開(kāi)來(lái)淺層地熱能技術(shù)需要解決的問(wèn)題

  客觀(guān)地說(shuō),地下水源熱泵采能技術(shù)自在我國推廣應用以來(lái),所產(chǎn)生經(jīng)濟社會(huì )效益是相當可觀(guān)的,應該給予充分的肯定。但是,在該項技術(shù)基礎研究工作和市場(chǎng)推廣方面,也存在諸多的問(wèn)題,需要加以重視。目前,制約我國淺層地熱能經(jīng)濟、高效及可持續發(fā)展的問(wèn)題,主要包括以下幾個(gè)方面。

 

  缺乏系統、長(cháng)遠的總體規劃和規范化管理

 

  目前,國內尚無(wú)一座城市在淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用方面制定過(guò)一份系統的、長(cháng)遠的總體規劃,也沒(méi)有哪個(gè)地區頒布過(guò)關(guān)于該行業(yè)管理的法律、法規,或是制定過(guò)具有較強約束力的相關(guān)政策。由于這方面工作的欠缺,我國淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用行業(yè)一直沒(méi)有得到統一、規范的管理,行業(yè)市場(chǎng)至今也未步入有序、高效和可持續發(fā)展的軌道。以北京市為例,由于缺乏總體規劃和規范化的管理,全市的地下水源熱泵采能工程出現一種遍地開(kāi)花、隨』臼所欲的局面,從而導致某些地區的工程密度過(guò)大,某些工程因規模偏大而效率低下,甚至在某些水文地質(zhì)條件不適宜的地區也興建了許多工程。

 

  缺乏具有現實(shí)指導價(jià)值的相關(guān)技術(shù)規范或

 

  淺層地熱能開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)規范和行業(yè)準則,是淺層地熱能經(jīng)濟開(kāi)發(fā)、高效及可持續利用的重要參考依據,也是實(shí)際熱泵采能工程合理建設和高效運行的重要技術(shù)保障。在我國,由于相關(guān)技術(shù)和基礎研究相對滯后,至今尚未制定和出臺相關(guān)技術(shù)規范,對地下水源熱泵采能的推廣應用加以約束和規范,致使工程審批過(guò)程中沒(méi)有充分的依據可循,過(guò)多地憑借主觀(guān)經(jīng)驗,最終導致監管力度不足，設計不合理,超出了回灌層單井回灌的最大限度;二是由于懸浮顆粒、微生物、氣泡、結垢等多方面原因,造成的回灌井堵塞及回灌井周?chē)鷧^域滲透率下降。

 

  系統運行效率低下是我國地下水源熱泵采能工程中另一個(gè)主要問(wèn)題。出現該問(wèn)題的主要原因是地下水抽、灌系統設計不合理或(和)工程的建設規模偏大。由于淺部含水層中的熱能密度較低,如果設計的冷、熱負荷較大,地下水的抽、灌量必需達到相當大的規模,致使地下水集中抽、灌區的水動(dòng)力條件相當活躍;限于工程的經(jīng)濟投人和建筑物場(chǎng)地條件等因素的制約,抽、灌井(段)的設計間距通常較小。由于上述兩方面的原因,抽水井(段)在短時(shí)間內必然發(fā)生熱突破現象,導致抽水井(段)在運行期的溫度變化過(guò)快,能有效利用的溫度差越來(lái)越小,熱泵機組工效持續下降,電能消耗量大幅增加,不符合地下水源熱泵空調系統建設和淺層地熱能經(jīng)濟開(kāi)發(fā)的初衷。

 

  相關(guān)研究工作不足,工程存在“兩低”問(wèn)題

 

  在地下水源熱泵采能技術(shù)推廣應用的初期,由于我國未能確實(shí)做到科研先行、研究與生產(chǎn)并重,致使人們對該項新生事物的適用性及其開(kāi)發(fā)潛力等諸多方面認識不足。加上某些施工單位一味追求自身經(jīng)濟效益,未能從經(jīng)濟、高效和系統穩定的角度對工程靶區條件、地下水抽、灌模式及生產(chǎn)井布局等許多關(guān)鍵因素進(jìn)行充分論證和深入研究,從而導致為數不少的工程存在系統效率低和地下水回灌率低的“兩低”問(wèn)題。

 

  據最近的調查和估算資料,北京市地下水源熱泵采能系統的平均回灌率僅為60%一70%左右。出現回灌率低的問(wèn)題主要有兩方面原因:一是所選場(chǎng)地的天然滲透性較差,加上回灌方式、單井回灌量。

  雖然地下水源熱泵采能技術(shù)已在許多國家得到推廣應用,但在大多數國家尚未獲得建設許可。其主要原因是政府擔心該項技術(shù)的應用會(huì )對周?chē)h(huán)境(尤其是地下水環(huán)境)產(chǎn)生較大的負面影響。即便是歐美等一些地下水源熱泵技術(shù)較為普及的國家,其在該技術(shù)的實(shí)際應用過(guò)程中也非常慎重。

 

  從目前地下水源熱泵系統的運行特點(diǎn)來(lái)看,地下水源熱泵采能工程對地下水水質(zhì)產(chǎn)生的不利影響,主要體現在以下幾個(gè)方面:(l)地下水混采污染問(wèn)題。地下水源熱泵采能多利用淺層地下水。在某些區域,由于水文地質(zhì)條件較差,缺乏具有一定厚度和良好滲透性的淺部含水層,往往需要同時(shí)利用多個(gè)較薄的含水層才可達到設計的取水和回灌要求。目前,我國許多城市局部地區的淺層地下水已遭受不同程度的污染,水質(zhì)相對較差。若在污染較重、水文地質(zhì)條件較差的地區興建采能工程,這種多層混合開(kāi)采和回灌的方式,容易加速下部含水層的污染;(2)洗井污染問(wèn)題。鑒于地下水源熱泵采能系統的運行特點(diǎn),生產(chǎn)井很容易出現結垢問(wèn)題,進(jìn)而影響地下水的抽取和回灌。為此,需要定期利用稀鹽酸或稀硫酸進(jìn)行洗井。在每次洗井的過(guò)程中,都會(huì )在含水層中殘留大量酸液,進(jìn)而對周?chē)叵滤乃|(zhì)造成嚴重的影響。此外,由于管井腐蝕所產(chǎn)生的污染物,也將對地下水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響;(3)水化學(xué)組分濃度的變化。地下水源熱泵采能系統冬季與夏季的回灌水溫相差一般在15℃左右,某些系統可高達20℃。這種周期性的大幅度溫度波動(dòng),容易導致地下含水層中水化學(xué)組分的顯著(zhù)變化。根據湖南省某地下水源熱泵采能工程的近期水質(zhì)觀(guān)測和分析資料岡,在夏季運行期,地下水中的Ca2+和50廣的含量顯著(zhù)增加,總鐵增加了10多倍。盡管上述水化學(xué)成分變化不是普遍現象,但可以證明地下水源熱泵采能系統對地下水水質(zhì)的影響是確實(shí)存在的。

 

  缺乏水溫和水質(zhì)方面的動(dòng)態(tài)監測

 

  利用熱泵技術(shù)進(jìn)行地下含水層采能,最直接的影響就是局部含水層中溫度場(chǎng)的變化。對于地下水源熱泵采能工程而言,在系統運行過(guò)程中,當抽水井(段)發(fā)生熱突破之后,如果其溫度變化過(guò)快、變幅過(guò)大,將直接影響到采能系統的工效和使用壽命;并且,地下水集中抽灌區溫度場(chǎng)的持續、快速變化也將加速生產(chǎn)井結垢和井堵問(wèn)題的發(fā)生,進(jìn)而增加工程的維護費用;此外,地下水溫度場(chǎng)的急劇變化,也可能造成地下水化學(xué)組分濃度的顯著(zhù)變化,對含水層水質(zhì)及周?chē)?a href="http://keyinmall.com/t/生態(tài)環(huán)境.html" >生態(tài)環(huán)境造成一定的不利影響。前已述及,地下水源熱泵采能系統的混層抽、灌及洗井,也將對局部地下含水層水質(zhì)造成一定的負面影響。因此,無(wú)論是出于地下水源熱泵采能系統優(yōu)化設計目的,還是為了加強地下水環(huán)境的保護,都應加強地下水溫度和水質(zhì)的監測工作。

 

  到目前為止,除極少數專(zhuān)門(mén)為研究目的而建設的地下水監測系統外,我國絕大部分的地下水源熱泵采能工程都未建設水溫和水質(zhì)方面的監測系統。

 

  由于缺乏相應的長(cháng)期觀(guān)測數據,一方面無(wú)法及時(shí)發(fā)現某些具體工程中存在的問(wèn)題,并及時(shí)采取有效的解決措施;另一方面也不利于開(kāi)展某些深入研究工作,及早日實(shí)現我國淺層地熱能開(kāi)發(fā)利用行業(yè)的健康、可持續發(fā)展。