冬至，幾乎是北京最為寒冷的時刻。然而當記者見到了中國地質(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。冉偉彥的熱情和幽默感染了記者，也讓那個偌大的、冷清的會議室霎時間變得熱鬧起來。不知不覺，兩個小時的采訪時間倏忽而過，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用之路

——訪中國地質(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，地源熱泵還是一個相當新鮮的事物，不要說普通百姓，即便是很多專業(yè)人士對這個領(lǐng)域也是知之甚少。當時，我們在北京開發(fā)一個地源熱泵技術(shù)應用項目，剛剛開始打井，就被城管執(zhí)法隊封了現(xiàn)場，說違反相關(guān)規(guī)定，破壞地下水資源。盡管我們反復解釋這是一項應用新能源的試點工程，卻根本說不通。眼看著項目一天天擱置，大家束手無策。后來，還是通過北京市環(huán)保局大氣處向時任北京市主管城建工作的副市長汪光燾同志對這個情況進行了專項匯報。汪光燾對項目的積極意義給予了肯定，這才最終能夠把項目進行下去。”時隔十年，談到這段往事，冉偉彥還是頗有感慨，“地源熱泵這十年來，無論是技術(shù)的發(fā)展還是人們認知度的提高，都有了質(zhì)的飛躍。我國地源熱泵的應用面積增長之快令國外同行們也都是羨慕不已??！”

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，則是每一個業(yè)內(nèi)人士都更為關(guān)注的問題。一段時間以來，由于對地源熱泵項目的推廣始終存在著重前期設(shè)計、輕運行管理的傾向，導致至今仍然沒有足夠有力的數(shù)據(jù)來支撐對地源熱泵節(jié)能效果的認定。對此，冉偉彥告訴記者，為了檢測系統(tǒng)的運行效果，北京市已經(jīng)立項抽查了30個項目，從數(shù)據(jù)上看，大部分應用地源熱泵的建筑實現(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20千克標準煤作為衡量標準，這樣“一刀切”式的判斷導致了有些項目的“絕對”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)能要通過對整個系統(tǒng)進行監(jiān)測才能實現(xiàn)。目前行業(yè)內(nèi)存在一種傾向，就是把地源熱泵主機的節(jié)能混同于整個系統(tǒng)的節(jié)能。“其實這完全是兩回事”，冉偉彥解釋，“地下水要實現(xiàn)循環(huán)，必然要耗費大量電能，因此地下系統(tǒng)中水泵的耗電其實相當大，經(jīng)測算有的系統(tǒng)大概能占到系統(tǒng)能耗的1/3~2/5。因此，整個系統(tǒng)的cop和機組的cop數(shù)值相去甚遠。所以，我們檢測地源熱泵的節(jié)能效果絕對不能只看主機是否實現(xiàn)節(jié)能，整個系統(tǒng)的節(jié)能才是真正實現(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目節(jié)能效果的監(jiān)測工作中來，為政府部門的決策和技術(shù)人員的研發(fā)提供更多的一手數(shù)據(jù)，推動地源熱泵行業(yè)的發(fā)展。“總的說來，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)展前景也是相當樂觀的。”

重視地質(zhì)勘查

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

     冉偉彥就以北京為例，給記者講述了一個真實的故事。在北京市有一家規(guī)模不小的從事地源熱泵項目的企業(yè)。企業(yè)設(shè)立之初正是看準了地源熱泵的節(jié)能環(huán)保鏢潛力，但是項目負責人最初對地源熱泵的具體節(jié)能效果并沒有太大的把握，于是就在駐地附近地區(qū)做了一些試點工程，結(jié)果試驗很成功，節(jié)能效果非常理想。既然有了實際數(shù)據(jù)做支撐，就開始大膽地承接項目，在海淀區(qū)幾個項目做下來，也獲得了不錯的經(jīng)濟效益。自然而然的，企業(yè)對發(fā)展前景充滿了信心，于是逐漸擴大項目承接范圍，還提出了“把××地源熱泵推向全國”的口號。然而，口號剛剛提出不久，項目推廣還遠沒有實現(xiàn)走向全國的目標，就在北京市的東部地區(qū)，該企業(yè)承接的地源熱泵項目就遭遇了“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?shù)氐刭|(zhì)情況就盲目設(shè)計所造成的后果。“其實，一個地區(qū)的水文地質(zhì)情況直接影響著在該地區(qū)應用地源熱泵的節(jié)能效果，比如地層顆粒的粗細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。北京市是一個沖積平原，總的說來其地質(zhì)情況比較適宜應用地源熱泵。但是北京市地域面積廣闊，各個區(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，含水層薄，長期回灌有困難。再者井中水流通過的距離短，出水和回水的溫度差往往達不到設(shè)計要求的5攝氏度。因此，就會出現(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，要達到當初承諾的運行費和采暖或制冷效果，就只能壓縮利潤，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)知識開展地質(zhì)勘查，確定地源熱泵應用的適宜區(qū)，這是地質(zhì)工作者義不容辭的責任。”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，北京市近幾年進行了淺層地熱普查，并編制了相應的地熱供暖規(guī)劃，這些工作正是為決策者對項目的審批和一些項目設(shè)計人員提供依據(jù)?，F(xiàn)在，國家有關(guān)部門確定一些城市試點推廣地源熱泵，冉偉彥認為，在這些示范城市的選擇上，地質(zhì)工作者要更多地參與進去，只有對城市的地質(zhì)情況進行整體勘查，判斷該地區(qū)所能提供的換熱能力，這樣才能科學地指導項目實施。近幾年，淺層地溫能研究與推廣中心也一直在組織培訓相關(guān)人員，在3年內(nèi)已經(jīng)在地質(zhì)行業(yè)內(nèi)完成了400余人的培訓工作，這項工作在今后還將繼續(xù)堅持下去。

    實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)

    冉偉彥補充說，對一個城市進行淺層地溫能勘查、為地區(qū)編制相應供暖規(guī)劃，不僅僅是為了確定該地區(qū)是否適宜應用地源熱泵，還有很重要的一個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，一個地區(qū)在一定的范圍內(nèi)和一定的時間段內(nèi)究竟可以提供多少熱量。他將此形象地形容為“一個地區(qū)每年能讓你‘拿走’多少熱”。冉偉彥認為，只有掌握了這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，才能實現(xiàn)一個地區(qū)地溫資源的可持續(xù)開發(fā)。

    以沈陽為例，沈陽由于地下水條件較好，在推廣地源熱泵方面一躍走在全國前列，該市也提出了6000萬平方米的推廣目標。冉偉彥告訴記者，一個地區(qū)能夠應用多少面積的地源熱泵，首先就要看地質(zhì)狀況是否允許。只有通過對該地區(qū)現(xiàn)有項目的長期觀測，才能知道一個區(qū)域在一定時間段內(nèi)從地下獲取多少熱量，地層可以實現(xiàn)自我恢復。因此他也表示希望了解沈陽市在這方面的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在他看來，只有長期跟蹤監(jiān)測得到了切實證據(jù)，證明不會給地層造成“超載”，才能進行項目的推廣。這樣才是科學合理地開發(fā)地熱，實現(xiàn)未來的持續(xù)開采，而不是竭澤而漁式的過度消耗。

    除此之外，還要注意因地制宜地進行推廣。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。對此，冉偉彥強調(diào)，使用哪種類型的地源熱泵要根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)和水文情況以及經(jīng)濟情況來決定，而不應該盲目地照搬照抄，以適宜為好。比如目前在國外應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)達國家城市住宅相對分散，有足夠的空間進行埋管，而且這些國家勞動力相對昂貴，鉆孔成本高；而國內(nèi)的情況卻恰恰相反，民居密集，空間較為狹窄，勞動力成本低，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，會造成地下水資源的流失，因此，很多地區(qū)對于地下水源熱泵的審批非常嚴格。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都經(jīng)濟可行的。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)濟上考慮初始投資很大，是不可行的。所以，總的說來，要對地質(zhì)、水文狀況和淺層地溫能進行全面的勘查、評價，只有在此基礎(chǔ)上進行應用推廣，才是科學合理的。

    冬夏熱平衡并不致命

    當然，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)域有這樣一種說法被很多專家認可——冬夏不平衡對于推廣地源熱泵是致命的問題。這些專家認為，一個熱泵系統(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，因為這種不平衡會導致系統(tǒng)的失效。對此，冉偉彥持不同的看法。他告訴記者，持這種觀點的人實際上是忽略了開放的大地有一個重要能力：熱補給能力。他詳細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，它會順著地層的坡度流動，在流動的同時必然會將多余的冷或熱帶走。如果我們經(jīng)過地下勘察，對地下水的流速、流量都可以獲得準確的數(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的。國內(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，但多年來它們一直在穩(wěn)定運行就可以說明。所以，所謂“冬夏平衡”的提法只有在地下沒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)的致命問題，只有在局部地區(qū)、采用某種形式—埋管式地源熱泵才對此有特殊的要求。當然，他也提醒，在充分認識到大地補給能力的同時，仍然是要考慮其承載能力，不能對地層造成破壞，或者給地下水下游地區(qū)造成影響。

     針對不具有含水層或地下水不流動的地層，冉偉彥也提出了自己的設(shè)想，那就是考慮通過其他方式來實現(xiàn)冷熱的大致平衡。如果冬天需要的熱量不夠，那么可以通過采用太陽能跨季節(jié)向地下儲熱共同提供采暖所需熱量；如果夏季儲存的熱量過多，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?，F(xiàn)在這還只是冉偉彥的一個思路，但他相信今后會有更多的實驗來論證這些想法的可行性，最終實現(xiàn)他所期望的冷熱“存放自如”和“自然恢復和人工調(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)學院地球物理勘探專業(yè)，現(xiàn)任中國地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心副主任、中國能源研究會地熱專業(yè)委員會副主任委員、北京地球物理學會副理事長，高級工程師。曾在北京市地質(zhì)局101隊、北京市地礦局物探隊、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)查及地熱普查等勘察、科研和技術(shù)管理工作。

1996～2004年擔任北京市地質(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、地熱資源勘查方面主持和參加的項目有幾十項。本世紀初負責領(lǐng)導了“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——奧運公園地區(qū)、延慶盆地中部地區(qū)地熱普查”工作，并負責承擔了北京市計委地熱供暖示范工程中“立水橋地質(zhì)大院”和“郭莊北里”兩個工程項目。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：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”地熱供暖規(guī)劃（市政管委）；市地溫供暖規(guī)劃研究、市地熱供暖規(guī)劃研究（市規(guī)委）；北京市地熱規(guī)劃（市國土資源局2次）。2005年參加中華人民共和國國家標準《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的編寫工作。2009年國土資源部發(fā)布地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標準《淺層地熱能勘查評價規(guī)范》（DZ/T0225-2009）的主要起草人。