浅层地温能开发利用区基本管理原则研究

摘 要：为了给浅层地温能可持续利用和管理提供依据，减少开发风险，取得浅层地温资源开发利用社会经济效益和环境效益最大化，研究了浅层地温能开发利用区管理原则。对浅层地温能的合理开发利用提出了建议，为浅层地温能的科学管理提供参考。

关键词：浅层地温能；开发利用区；管理原则

浅层地温能是指蕴藏在地表以下一定深度（一般为200m）范围内的地下土壤、地下水中具有开发利用价值的地温热能[1]。利用热泵技术将其采集利用后，可用于供暖和制冷。浅层地温能是一种新型可再生能源，具有清洁环保、分布广、储量大、埋藏较浅、可就近开发利用等特点，是未来替代化石能源的重要资源，可以减少污染物排放[2]。

1 浅层地温能开发利用区存在问题

浅层地温能的主要利用形式为地埋管地源热泵系统和地下水地源热泵系统，国内的很多工程在设计、施工和运行过程中都存在着一些问题，出现了地源热泵效率低、项目投资过高等情况，造成节能工程不节能的后果[3]。地埋管地源热泵系统主要问题表现在机组选型不合适，地下换热器冬夏负荷不平衡。地下水水源热泵主要问题表现在抽取的地下水不能完全回灌，长期开采地下水导致建筑物沉降，对地下水温度场和水质造成一定影响。文章系统研究了浅层地温能开发利用区管理原则，为地源热泵系统的设计、施工和运行提供了建议。

2 浅层地温能开发利用区基本管理原则研究

（1）地埋管式地源热泵系统的应用条件没有严格的限定，只要能满足地埋管系统布设要求的建设项目，在经济、技术条件均可行的条件下，均可使用地埋管地源热泵系统。与地下水地源热泵相比，使用地下水地源热泵需要对地下水进行吸热或放热的过程，换热后的地下水需要全部回灌到含水层中。由于回灌比抽水困难，经济成本较高，且要保证回灌水的质量，为降低成本，一些运营商采用多抽少灌或只抽不灌的对策，造成地下水资源的浪费和地质的破坏，有些地区甚至出现地面沉降。而地埋管地源热泵不需要回灌，再加上国内部分地区地下水资源较为匮乏，地下水位分布不均匀，不适合使用地下水源热泵，选择地埋管地源热泵的优势就很明显了。

（2）在浅层地温能开发利用区，严格限制选择地下水地源热泵系统开发利用浅层地温能资源。地下水的抽取和回灌，可能会引起不良的水文地质和工程地质现象，如地面沉降、土地的沉陷后沙土盐碱地等[4]。国内部分地区山区较多，使用地下水地源热泵还需分析崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害发生的可能性，以避免应用地下水地源热泵系统遭受地质灾害的影响或引发、加剧区域地质灾害。

（3）浅层地温能开发利用在地区建设方面的优先选择顺序为新建建筑地区—在建建筑地区-已有建筑地区。该顺序是从建设难易程度、经济性综合考虑的，凡符合地源热泵技术推广应用要求，具备应用地源热泵条件的新建、改建、扩建民用建筑项目，鼓励将浅层地温能作为建筑供暖制冷的能量来源。

（4）浅层地温能使用建筑的优先选择顺序为办公建筑—商业建筑—高档小区住宅楼—般小区住宅楼。办公商业建筑建筑如政府办公楼、写字楼、商场、医院、酒店、学校等对电能或化石燃料的需求量较大，是供暖、供冷的耗能大户，可列为开发利用浅层地温能的主要对象。高档小区住宅楼中多数居住者较一般小区居住者经济條件好，对生活的质量要求相对较高，对夏天的供冷和冬天的供暖需求量相对较大，经济承受能力相对较强，可作为浅层地温能的开发对象[5]。

（5）在地源热泵系统应用的基本原则指导下，各具体的单个建设项目还应在设计前做好地质状况、建设条件、经济效益等方面的可行性研究。地下水丰富的地区地埋管换热的效果较好。地源热泵系统的关键技术是地埋管的敷设，地埋管敷设面积要得到保证。采用地埋管热泵系统的主机系统的投资比其他形式的空调系统略高（一般高10%-15%），考虑其节约的运行费用，一般多投入的部分回收年限为3-5年[6]。因此并不是任何项目都适合使用地源热泵，地源热泵建设前要进行严格的可行性分析，避免出现低效、不稳定以及质量问题。

（6）地埋管埋设用地一般选择较为平整的空地，包括绿地、停车场、广场及建筑周围的空地，甚至是地下停车场、新建建筑物基础的下方也可以用于地埋管的埋设。已经埋设地埋管系统的场地上方应避免通过可能有较大承重的主要道路、消防通道等，必须穿越时，应采用盖板、管沟等技术措施保证地下埋管不受破坏。地埋管的埋设应当主动避开已存在的地下建筑、设施、管线等，保证在施工和运行中与其他的地下系统和设施互不影响。

（7）地埋管埋设场地上方可以考虑绿化种植，但不适宜布置高大乔木，如必须保留高大乔木时，应保证足够距离，避免对地埋管的损害。以重庆地区常见高大乔木黄角树和香樟树为例，黄角树生长速度快，根系不断向四周扩散，渗透力强，对地埋管危害极大，必须对其严格控制，在无法移栽的情况下应采取人为措施，引导其根生长方向，并对管道作加强保护。香樟树根性强，根系如果作用于管道上，会导致使管道变形，因此需要严格控制。经过调查发现，植物根对管道的直接破坏为穿入和挤压两种方式，间接破坏方式为根分泌物造成腐蚀性环境后加速了管道腐蚀老化，尤其以穿入破坏影响最严重[7]。建议应根据现场的实际情况采取不同措施。

3 结束语

文章研究了浅层地温能开发利用区基本管理原则，从前期设计、施工和管理方面对浅层地温能的合理开发利用提出了七点建议。以减少开发风险，促进地源热泵系统在全国的规模化应用。此项研究对地源热泵工程实践和应用具有一定的借鉴作用，对各地推动地源热泵技术同样能起到参考作用。

参考文献

[1]DZ/T 0225-2009.浅层地热能勘查评价规范[S].

[2]奕英波，郑桂森，卫万顺.浅层地温能资源开发利用发展综述[J].地质与勘探，2013，49（2）：379-383.

[3]龙娇.重庆地区浅层地温能开发利用适宜性分区研究[D].重庆：重庆交通大学，2012.

[4]王陈栋.地下水地源热泵系统的节能诊断与优化[D].北京：北京工业大学，2008.

[5]叶安强.浅层地温能在贵州的发展方向分析[J].低碳世界，2014（15）：177-178.

[6]雷飞.地源热泵空调系统运行建模研究及能效分析[D].武汉：华中科技大学，2011.

[7]黄海.深根植物对天然气管道沥青涂层的影响及其对策探讨[J].腐蚀与防护，2004，25（11）：489-493.

作者简介：焦小雨（1991-），男，河南周口人，重庆交通大学硕士研究生，主要从事暖通与热能领域方面的研究。