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金德钧:地源热泵技术开发浅层地热能应因地制宜

 金德钧:建设部科技委常务副主任

    对建筑节能的关注,金主任无论是在任建设部总工程师、建管司司长期间,还是在科技委工作期间都从未放松过。然而真正让金主任关注地源热泵技术,还是他接手了科技委的工作之后。

  金主任说,2005年初,我到科技委工作。接触的第一件大事,就是建筑的节能减排。我关注地源热泵这件事,是从建筑节能减排的角度来看的。因为我深知,建筑的节能减排虽然指标明确了,但是任务非常繁重,而我们又正处于城镇化快速发展的时期。房屋建筑量每年都在增长,统计数据表明,每年的竣工量都在20亿平方米以上。我想这个增长速度还会持续一段时期的。

  建筑耗能在整个社会的终端耗能当中已经占到27.5%左右,而且这还不包括建筑过程当中使用建材所消耗的能源,主要指钢材、水泥等。据有关资料说,建材耗能要占社会终端耗能的16%。这样算下来,建筑能耗就达到了43.5%了。随着建筑量的提高和城市人口的增加,我们人均的用能需求还要提高,而且这种人均用能大量表现为用煤。从总体来看,建筑用煤的比重还将增加。

  面对这样的情况,建筑如何节能,建筑如何减排都有着相当重要的意义。当然,实现建筑节能减排的路子也有很多,但是我了解到,利用地源热泵技术开发利用浅层地热能是一条可行之路。因为它最大的特点就是用比较少量的高品位的能源,来开发蕴藏在地下的这种低品位的能源为建筑物所用。显然,这对节能是有好处的。另外,它节约了常规能源,也必然实现了减排。当浅层地热能与空调相结合之后,它的优势就更突出了。我们现在用的空调是把热排在空中了,整个城市的温度自然而然的就升高了,形成一个巨大的热岛。现在大城市的降水减少,我看和城市的热岛效应集中也是有关系的。如果用了浅层地热能以后,这些热就排到地下了,从而实现了减少使用常规能源的时候对空气的热污染,特别对城市的热污染。因此,利用地源热泵技术开发浅层地热能是一条好路子,既节能减排、又不污染环境,而且可持续。从能源的品质、品性来看,浅层地热能这种低品位的能源用在建筑的供热制冷和生活热水上,是很对口的。

  说到这儿,金主任乐呵呵地问我们:你们想想是不是这样呢?因为建筑物不需要高品位能源。而用地源热泵技术把浅层地热能这种低品位能源开发出来应用到建筑上,这好像是专门为这个行业准备的似的。其行业的适用性、行业所具有的工程优势把浅层地热能与建筑业紧紧地联系在一起。因此,这是吸引我关注的原因之一。

  更多担心

  从另外一个角度,是我关注的原因也是我的担心之一。说到这儿,金主任的语速明显慢了许多,他的担心到底是什么呢?

  金主任说,浅层地热能的应用在国外已经很成熟了,但是进入到国内的时间不是很长。可是现在发展的态势很快,覆盖面很广,从南到北、从东到西,而且有的城市运用的规模已经很大了。但我们对这种浅层地热能的性质及水文地质条件的了解,同时包括设备以及相关的工程技术人员,到国家的相关政策、技术标准等方面,都还处于探索阶段或者很不完善的阶段。处在这样一个阶段,发展的步子走得这么快,会不会走出很多问题?

  金主任停留片刻后,轻叹了一口气接着说道,事实上,我从有关资料已经看到,有些地方利用地下水作为热源,工程效果并不尽人意。是不是全国都可以上地源热泵呢?对于这个问题,我是持怀疑态度的。浅层地热能主要在地下200米以内的恒温层。这个恒温层的恒温是由于大地热流和太阳的辐射,共同经过几十亿年的运作,自然形成的一种热动态平衡点。但我国各地的气候条件不一样,在哪些地方能够用,哪些地方不能用是客观存在的,不是说什么地方都可以用的。地下的结构是非常复杂的,一个是地热状况,另一个是有这种地热的地质条件,要做长期勘察。只有在这个情况下才能够划分出我们哪些地方能够上,哪些地方不要上,当然这个划分还包括对经济效益的分析。

  我还有第二个担心,一个地方如果能上,究竟上多大的规模?这些需要认真考虑。为什么呢?据科学家们说,浅层地热能是一种低品位能源,打个比方说,按照矿藏的术语,这是贫矿不是富矿。我看到有资料中说,现在美国有个最大的地源热泵项目,供8.9万平方米的写字楼和7万平方米的商业用房,当然这都是比较高耗能的建筑。但是合起来也就15.9万平方米。这个项目现在用了15年了,不过资料中却没有说其能效比的情况是不是和当年设计时一样,只是说明这套设备还是能用。

  可是再看国内,现在有的项目比美国的这个项目要大很多,对此,我是非常担心的。究竟地下的能量承载力够不够上这么大的项目?上多大的密度才能使我们这个贫矿区能够承受得起建筑对地下热量的要求。

  我的第三个担心就是会不会造成新的污染。什么意思呢?金主任看着我们两个采访者,竖起了三个手指头向我们一一道来。


  首先是对地下水会不会产生污染?因为我们抽出水要保证回灌,在这个过程中,有两种情况都可能发生。一是回灌不足,使得地下水位下降,这是一种对地下生态的破坏污染。还有一个就是把不应该带到地下的东西带下去了,这是第二个危害。第三,如果项目上的很大,在冬天取热以后,必然在这个取热的相当大范围内,造成一个温度降低的低温区。从理论上讲,大地热流也好,太阳能的辐射也好,来弥补这一块那是非常难的。我们人为地进行取热后,对地下造成了这个降温区,而这个降温区离地面也不远,会不会对地表的这一层岩土,对它自然的温度会带来什么影响?这种影响会对农作物造成什么影响?相反,夏天,大量热量放进去,又使得这个地方成为一个升温区,那么这个升温区又会对上层的岩土的温度带来什么影响?会给农作物及人类生存带来什么影响?我认为这些问题目前还没有人能给出确定的回答。但正是因为这是未知数就更可怕,我不是这个行业的专家,这是一种推理、设想,但这个问题是客观存在的。

  提出建议

  金主任在谈出担忧之后,也提出了相关建议。他说,我知道现在一些工程在施工的时候,是直接把管子埋在桩基中的,这很方便,但决不能出问题,因为整个上层建筑物压在上面了。这种工程措施是否合理,仅从要程角度难以说清楚。建议地热、地质  专家 对浅层地热能从理论上把很多问题说清楚,使这条节能减排之路走在一个坚实的理论基础之上。

  我的第一建议就是监测问题要赶快跟上。虽然现在也有监测,但是对监测的内容存在认识不一致的情况,这个认识不一致表现在理论上的不一致。有人认为这是一个过程性的能源,自然补充是缓慢的,有人认为这个热能就是地下来的,取走以后,地热就补上了。那么这两者的监测对象就不一样,前者监测的是这个地方对热的传递蕴藏的储存能力,后者要测的是大地热流的流动的力度。而且,监测要有科学的方法、方便的手段,要经过长期坚持来进行监测。

  第二个建议必须认真地进行勘查。我去北方一个大力推动地源热泵的城市时,提的第一个问题就是当地的水文地质条件到底适合不适合?市相关负责人给我讲了该市的特点:西北高东南低,地下水的渗透流动能力大,也就是说传递热量比较快。但是这也只是个总概念,究竟这种“大”和所上项目的规模,在什么情况下匹配比较合理,节能如何?这需要做好详细的勘查。

  第三个建议是相应的技术、设备要完善。现在市场上的有些产品和设备不是基于中国的实际情况制造出来的,有很多是学习西方的,或者直接引进来或者稍加改造的,按人家的理论制造的  设备  在他们那里是适用的,因为他的理论是符合他的实际条件的。而我们中国的理论、中国的条件是什么?要有适应中国条件的设备以及配套的技术。

  第四个建议是规范工程施工队伍,明确市场准入的条件,尽快完善一些标准,验收的规范等,而且要提高门槛,不能谁都上。现在就存在这样一个现象:不该上的地方在上,不会干的人在干。

  还提最后一个建议,要进行宣传和培训。宣传中,你们的刊物既要宣传好的成功例子,也要把存在的问题提出来,让大家共同探讨。一方面认识浅层地热能是什么,同时,用好浅层地热能有哪些问题要值得注意,要多谈一些引起大家注意的问题。请专家们来讲讲对这些问题的认识,如何去解决,甚至可以在刊物上组织这样的讨论。真理是越辩越明的,当然不能光从理论上说,还要有勘察作为实践来进行检验。我之所以对你们这个杂志感兴趣,主要还是对这件事情关注。但是我确实不是这方面的专家。今天所谈的内容也是通过这几年来经过学习和参加一些实践活动想到的。

  最后,我想强调,利用地源热泵技术开发浅层地热能要因地制宜,实事求是,从效果出发,对子孙负责。

 

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