冬至，幾乎是北京最為寒冷的時(shí)刻。然而當(dāng)記者見(jiàn)到了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心冉偉彥副主任后，很快就感受到了一股暖意。從專業(yè)，到行業(yè)；從經(jīng)歷，到經(jīng)驗(yàn)。冉偉彥的熱情和幽默感染了記者，也讓那個(gè)偌大的、冷清的會(huì)議室霎時(shí)間變得熱鬧起來(lái)。不知不覺(jué)，兩個(gè)小時(shí)的采訪時(shí)間倏忽而過(guò)，而冉偉彥深入淺出的講述和爽朗的笑聲卻仍溫暖著記者回程的路……

勘察先行——一位地質(zhì)專家眼中的地源熱泵推廣應(yīng)用之路

——訪中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心副主任冉偉彥

    采訪就從冉偉彥十年前的一段親身經(jīng)歷開始。

   “十年前，地源熱泵還是一個(gè)相當(dāng)新鮮的事物，不要說(shuō)普通百姓，即便是很多專業(yè)人士對(duì)這個(gè)領(lǐng)域也是知之甚少。當(dāng)時(shí)，我們?cè)诒本╅_發(fā)一個(gè)地源熱泵技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，剛剛開始打井，就被城管執(zhí)法隊(duì)封了現(xiàn)場(chǎng)，說(shuō)違反相關(guān)規(guī)定，破壞地下水資源。盡管我們反復(fù)解釋這是一項(xiàng)應(yīng)用新能源的試點(diǎn)工程，卻根本說(shuō)不通。眼看著項(xiàng)目一天天擱置，大家束手無(wú)策。后來(lái)，還是通過(guò)北京市環(huán)保局大氣處向時(shí)任北京市主管城建工作的副市長(zhǎng)汪光燾同志對(duì)這個(gè)情況進(jìn)行了專項(xiàng)匯報(bào)。汪光燾對(duì)項(xiàng)目的積極意義給予了肯定，這才最終能夠把項(xiàng)目進(jìn)行下去。”時(shí)隔十年，談到這段往事，冉偉彥還是頗有感慨，“地源熱泵這十年來(lái)，無(wú)論是技術(shù)的發(fā)展還是人們認(rèn)知度的提高，都有了質(zhì)的飛躍。我國(guó)地源熱泵的應(yīng)用面積增長(zhǎng)之快令國(guó)外同行們也都是羨慕不已?。?rdquo;

節(jié)能必然關(guān)注的話題

   行業(yè)發(fā)展的速度如此之快自然是令人欣喜的，而地源熱泵的節(jié)能效果究竟如何，則是每一個(gè)業(yè)內(nèi)人士都更為關(guān)注的問(wèn)題。一段時(shí)間以來(lái)，由于對(duì)地源熱泵項(xiàng)目的推廣始終存在著重前期設(shè)計(jì)、輕運(yùn)行管理的傾向，導(dǎo)致至今仍然沒(méi)有足夠有力的數(shù)據(jù)來(lái)支撐對(duì)地源熱泵節(jié)能效果的認(rèn)定。對(duì)此，冉偉彥告訴記者，為了檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果，北京市已經(jīng)立項(xiàng)抽查了30個(gè)項(xiàng)目，從數(shù)據(jù)上看，大部分應(yīng)用地源熱泵的建筑實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。但是由于不同建筑物的建筑類型、使用的建筑材料等各不相同，因此用能的差別也很大，比如賓館、醫(yī)院和商場(chǎng)等建筑的用能就明顯高于普通住宅。而目前判斷建筑是否節(jié)能是以每平方米耗能是否低于20千克標(biāo)準(zhǔn)煤作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，這樣“一刀切”式的判斷導(dǎo)致了有些項(xiàng)目的“絕對(duì)”節(jié)能并不是太理想，但是，與此前這些建筑物的耗能相比，都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能或省錢。

   此外，冉偉彥提醒記者，判斷地源熱泵是否節(jié)能要通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)才能實(shí)現(xiàn)。目前行業(yè)內(nèi)存在一種傾向，就是把地源熱泵主機(jī)的節(jié)能混同于整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能。“其實(shí)這完全是兩回事”，冉偉彥解釋，“地下水要實(shí)現(xiàn)循環(huán)，必然要耗費(fèi)大量電能，因此地下系統(tǒng)中水泵的耗電其實(shí)相當(dāng)大，經(jīng)測(cè)算有的系統(tǒng)大概能占到系統(tǒng)能耗的1/3~2/5。因此，整個(gè)系統(tǒng)的cop和機(jī)組的cop數(shù)值相去甚遠(yuǎn)。所以，我們檢測(cè)地源熱泵的節(jié)能效果絕對(duì)不能只看主機(jī)是否實(shí)現(xiàn)節(jié)能，整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能才是真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能。”

    冉偉彥也表示，今后，他們將更多地參與到地源熱泵項(xiàng)目節(jié)能效果的監(jiān)測(cè)工作中來(lái)，為政府部門的決策和技術(shù)人員的研發(fā)提供更多的一手?jǐn)?shù)據(jù)，推動(dòng)地源熱泵行業(yè)的發(fā)展。“總的說(shuō)來(lái)，地源熱泵近幾年發(fā)展速度快，節(jié)能潛力大，行業(yè)的發(fā)展前景也是相當(dāng)樂(lè)觀的。”

重視地質(zhì)勘查

    “俗話說(shuō)，上天容易入地難。”冉偉彥用一句俗語(yǔ)道出了地源熱泵行業(yè)的特點(diǎn)。的確，地源熱泵由于取熱具有特殊性，它的熱源隱蔽，看不見(jiàn)、摸不到。所以要想充分合理地利用地?zé)?，就必須了解地質(zhì)和含水層結(jié)構(gòu)，如果對(duì)地下水、巖石、土壤等構(gòu)成不清楚，盲目取熱，不僅會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響，達(dá)不到節(jié)能效果，甚至?xí)?duì)地下水和地層造成破壞，最終導(dǎo)致地下水源流失或者地面塌陷。所以，冉偉彥在采訪中反復(fù)強(qiáng)調(diào)，“要想獲得具有實(shí)踐意義的理論指導(dǎo)，就必須重視地質(zhì)勘查。通過(guò)勘查獲得地質(zhì)情況的一手?jǐn)?shù)據(jù)，以此判斷該地區(qū)是否適合應(yīng)用地源熱泵，以及適合應(yīng)用哪一種類型的地源熱泵”。

     冉偉彥就以北京為例，給記者講述了一個(gè)真實(shí)的故事。在北京市有一家規(guī)模不小的從事地源熱泵項(xiàng)目的企業(yè)。企業(yè)設(shè)立之初正是看準(zhǔn)了地源熱泵的節(jié)能環(huán)保鏢潛力，但是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人最初對(duì)地源熱泵的具體節(jié)能效果并沒(méi)有太大的把握，于是就在駐地附近地區(qū)做了一些試點(diǎn)工程，結(jié)果試驗(yàn)很成功，節(jié)能效果非常理想。既然有了實(shí)際數(shù)據(jù)做支撐，就開始大膽地承接項(xiàng)目，在海淀區(qū)幾個(gè)項(xiàng)目做下來(lái)，也獲得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。自然而然的，企業(yè)對(duì)發(fā)展前景充滿了信心，于是逐漸擴(kuò)大項(xiàng)目承接范圍，還提出了“把××地源熱泵推向全國(guó)”的口號(hào)。然而，口號(hào)剛剛提出不久，項(xiàng)目推廣還遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)走向全國(guó)的目標(biāo)，就在北京市的東部地區(qū)，該企業(yè)承接的地源熱泵項(xiàng)目就遭遇了“滑鐵盧”。

     原因何在？冉偉彥解釋，這正是由于不注重地質(zhì)勘探，不了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況就盲目設(shè)計(jì)所造成的后果。“其實(shí)，一個(gè)地區(qū)的水文地質(zhì)情況直接影響著在該地區(qū)應(yīng)用地源熱泵的節(jié)能效果，比如地層顆粒的粗細(xì)就影響每口井出水量的多少。地下?lián)Q熱需要體積，換熱體積越大，單井效率就越高。北京市是一個(gè)沖積平原，總的說(shuō)來(lái)其地質(zhì)情況比較適宜應(yīng)用地源熱泵。但是北京市地域面積廣闊，各個(gè)區(qū)縣的情況也是各不相同。海淀區(qū)地層顆粒粗，地源熱泵應(yīng)用效果就好些，而位于東部的通州等區(qū)縣地層的顆粒比較細(xì)，含水層薄，長(zhǎng)期回灌有困難。再者井中水流通過(guò)的距離短，出水和回水的溫度差往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的5攝氏度。因此，就會(huì)出現(xiàn)這樣的情況：要為相同的建筑面積供熱，在通州區(qū)打井的數(shù)量很可能要比在海淀區(qū)的數(shù)量多，卻還很難獲取相同的熱量。”顯而易見(jiàn)，要達(dá)到當(dāng)初承諾的運(yùn)行費(fèi)和采暖或制冷效果，就只能壓縮利潤(rùn)，甚至要自掏腰包追加打井，這也就是他們“走麥城”的原因。

     “用我們的專業(yè)知識(shí)開展地質(zhì)勘查，確定地源熱泵應(yīng)用的適宜區(qū)，這是地質(zhì)工作者義不容辭的責(zé)任。”冉偉彥的表情并不凝重，但是記者感受得到這句話的分量。他告訴記者，北京市近幾年進(jìn)行了淺層地?zé)崞詹?，并編制了相?yīng)的地?zé)峁┡?guī)劃，這些工作正是為決策者對(duì)項(xiàng)目的審批和一些項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員提供依據(jù)?，F(xiàn)在，國(guó)家有關(guān)部門確定一些城市試點(diǎn)推廣地源熱泵，冉偉彥認(rèn)為，在這些示范城市的選擇上，地質(zhì)工作者要更多地參與進(jìn)去，只有對(duì)城市的地質(zhì)情況進(jìn)行整體勘查，判斷該地區(qū)所能提供的換熱能力，這樣才能科學(xué)地指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施。近幾年，淺層地溫能研究與推廣中心也一直在組織培訓(xùn)相關(guān)人員，在3年內(nèi)已經(jīng)在地質(zhì)行業(yè)內(nèi)完成了400余人的培訓(xùn)工作，這項(xiàng)工作在今后還將繼續(xù)堅(jiān)持下去。

    實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)

    冉偉彥補(bǔ)充說(shuō)，對(duì)一個(gè)城市進(jìn)行淺層地溫能勘查、為地區(qū)編制相應(yīng)供暖規(guī)劃，不僅僅是為了確定該地區(qū)是否適宜應(yīng)用地源熱泵，還有很重要的一個(gè)原因在于由此確定這一地區(qū)的地層究竟有多大的熱承載能力，也就是說(shuō)，一個(gè)地區(qū)在一定的范圍內(nèi)和一定的時(shí)間段內(nèi)究竟可以提供多少熱量。他將此形象地形容為“一個(gè)地區(qū)每年能讓你‘拿走’多少熱”。冉偉彥認(rèn)為，只有掌握了這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)地區(qū)地溫資源的可持續(xù)開發(fā)。

    以沈陽(yáng)為例，沈陽(yáng)由于地下水條件較好，在推廣地源熱泵方面一躍走在全國(guó)前列，該市也提出了6000萬(wàn)平方米的推廣目標(biāo)。冉偉彥告訴記者，一個(gè)地區(qū)能夠應(yīng)用多少面積的地源熱泵，首先就要看地質(zhì)狀況是否允許。只有通過(guò)對(duì)該地區(qū)現(xiàn)有項(xiàng)目的長(zhǎng)期觀測(cè)，才能知道一個(gè)區(qū)域在一定時(shí)間段內(nèi)從地下獲取多少熱量，地層可以實(shí)現(xiàn)自我恢復(fù)。因此他也表示希望了解沈陽(yáng)市在這方面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在他看來(lái)，只有長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)得到了切實(shí)證據(jù)，證明不會(huì)給地層造成“超載”，才能進(jìn)行項(xiàng)目的推廣。這樣才是科學(xué)合理地開發(fā)地?zé)幔瑢?shí)現(xiàn)未來(lái)的持續(xù)開采，而不是竭澤而漁式的過(guò)度消耗。

    除此之外，還要注意因地制宜地進(jìn)行推廣。地源熱泵主要分為地下水源熱泵、地表水源熱泵、埋管式地源熱泵幾大類型。對(duì)此，冉偉彥強(qiáng)調(diào)，使用哪種類型的地源熱泵要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和水文情況以及經(jīng)濟(jì)情況來(lái)決定，而不應(yīng)該盲目地照搬照抄，以適宜為好。比如目前在國(guó)外應(yīng)用比較廣泛的是水平埋管式地源熱泵。這一方面是由于很多發(fā)達(dá)國(guó)家城市住宅相對(duì)分散，有足夠的空間進(jìn)行埋管，而且這些國(guó)家勞動(dòng)力相對(duì)昂貴，鉆孔成本高；而國(guó)內(nèi)的情況卻恰恰相反，民居密集，空間較為狹窄，勞動(dòng)力成本低，那么就更適合采用垂直埋管的方式。再比如，地下水源熱泵由于涉及到地下水回灌，一旦施工不符合要求，會(huì)造成地下水資源的流失，因此，很多地區(qū)對(duì)于地下水源熱泵的審批非常嚴(yán)格。一些工程公司因此就傾向于使用埋管式地源熱泵，但是這種方式也不是在任何地點(diǎn)都經(jīng)濟(jì)可行的。由于巖石的可鉆性差別很大，在主要由鵝卵石構(gòu)成的地層如果采用埋管式地源熱泵，從經(jīng)濟(jì)上考慮初始投資很大，是不可行的。所以，總的說(shuō)來(lái)，要對(duì)地質(zhì)、水文狀況和淺層地溫能進(jìn)行全面的勘查、評(píng)價(jià)，只有在此基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用推廣，才是科學(xué)合理的。

    冬夏熱平衡并不致命

    當(dāng)然，尊重地層的“承載力”并不是提倡教條的“冬夏平衡”理論。冉偉彥解釋，在地源熱泵領(lǐng)域有這樣一種說(shuō)法被很多專家認(rèn)可——冬夏不平衡對(duì)于推廣地源熱泵是致命的問(wèn)題。這些專家認(rèn)為，一個(gè)熱泵系統(tǒng)冬季從地下獲取的熱量和夏季向地下排放的熱量如果不相等，該地區(qū)就不適宜推廣地源熱泵，因?yàn)檫@種不平衡會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的失效。對(duì)此，冉偉彥持不同的看法。他告訴記者，持這種觀點(diǎn)的人實(shí)際上是忽略了開放的大地有一個(gè)重要能力：熱補(bǔ)給能力。他詳細(xì)地解釋了這其中的道理：“在絕大部分地區(qū)，地下水并不是靜止的，它會(huì)順著地層的坡度流動(dòng)，在流動(dòng)的同時(shí)必然會(huì)將多余的冷或熱帶走。如果我們經(jīng)過(guò)地下勘察，對(duì)地下水的流速、流量都可以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而這些帶走的能量流入廣袤的大地，基本上是可以忽略不計(jì)的。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)地源熱泵系統(tǒng)冬夏季用熱都是不平衡的，有的只是單季節(jié)使用，但多年來(lái)它們一直在穩(wěn)定運(yùn)行就可以說(shuō)明。所以，所謂“冬夏平衡”的提法只有在地下沒(méi)有含水層或者地下水是靜止的情況下才有意義，更多的是代表了某些專家一種擔(dān)心。因此，冉偉彥提出：“冬夏平衡”不是所有地源熱泵系統(tǒng)的致命問(wèn)題，只有在局部地區(qū)、采用某種形式—埋管式地源熱泵才對(duì)此有特殊的要求。當(dāng)然，他也提醒，在充分認(rèn)識(shí)到大地補(bǔ)給能力的同時(shí)，仍然是要考慮其承載能力，不能對(duì)地層造成破壞，或者給地下水下游地區(qū)造成影響。

     針對(duì)不具有含水層或地下水不流動(dòng)的地層，冉偉彥也提出了自己的設(shè)想，那就是考慮通過(guò)其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)冷熱的大致平衡。如果冬天需要的熱量不夠，那么可以通過(guò)采用太陽(yáng)能跨季節(jié)向地下儲(chǔ)熱共同提供采暖所需熱量；如果夏季儲(chǔ)存的熱量過(guò)多，也可以考慮在冬季用閉式冷卻塔把巖土中的余熱散到空氣中。現(xiàn)在這還只是冉偉彥的一個(gè)思路，但他相信今后會(huì)有更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)論證這些想法的可行性，最終實(shí)現(xiàn)他所期望的冷熱“存放自如”和“自然恢復(fù)和人工調(diào)蓄并行”。

專家介紹：

冉偉彥 55歲，1978年畢業(yè)于原河北地質(zhì)學(xué)院地球物理勘探專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心副主任、中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)副主任委員、北京地球物理學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，高級(jí)工程師。曾在北京市地質(zhì)局101隊(duì)、北京市地礦局物探隊(duì)、北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院從事地球物理找礦、區(qū)域調(diào)查及地?zé)崞詹榈瓤辈?、科研和技術(shù)管理工作。

1996～2004年擔(dān)任北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院總工程師期間，在水文地質(zhì)調(diào)查、水文物探調(diào)查、地?zé)豳Y源勘查方面主持和參加的項(xiàng)目有幾十項(xiàng)。本世紀(jì)初負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)了“北京平原區(qū)望京地區(qū)、后砂峪地區(qū)、大興榆垡地區(qū)、昌平白浮地區(qū)、昌平太平莊——奧運(yùn)公園地區(qū)、延慶盆地中部地區(qū)地?zé)崞詹?rdquo;工作，并負(fù)責(zé)承擔(dān)了北京市計(jì)委地?zé)峁┡痉豆こ讨?ldquo;立水橋地質(zhì)大院”和“郭莊北里”兩個(gè)工程項(xiàng)目。1999年至今主要從事地源熱泵系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)及施工管理工作。公開發(fā)表論文著作十余篇，參加北京市各局委規(guī)劃編制工作5項(xiàng)：市限制建設(shè)區(qū)規(guī)劃（市規(guī)委）；市“十一五”能源規(guī)劃（市發(fā)改委）；市“十一五”地?zé)峁┡?guī)劃（市政管委）；市地溫供暖規(guī)劃研究、市地?zé)峁┡?guī)劃研究（市規(guī)委）；北京市地?zé)嵋?guī)劃（市國(guó)土資源局2次）。2005年參加中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的編寫工作。2009年國(guó)土資源部發(fā)布地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《淺層地?zé)崮芸辈樵u(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T0225-2009）的主要起草人。