發(fā)揮水利技術(shù)優(yōu)勢(shì)   促進(jìn)淺層地能資源開發(fā)

——湖北省漢江河道管理局杜佐道

    建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村是我們黨在新時(shí)期做出的重大戰(zhàn)略決策。我們水利工作者應(yīng)該在建立“節(jié)約型社會(huì)”的社會(huì)主義新農(nóng)村中，充分發(fā)揮水利技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)淺層地能資源的開發(fā)，為緩解我國(guó)能源供求矛盾，使我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1、開發(fā)利用淺層地能的重要意義

    中國(guó)目前是世界第二大能源消費(fèi)國(guó)，能源年消費(fèi)量已由2000年13.03億t標(biāo)準(zhǔn)煤（各種能源的折合值）增加到2005年22.25億t標(biāo)準(zhǔn)煤，"十五"時(shí)期的年均增長(zhǎng)率達(dá)到11.29%，年均增加量高達(dá)1.84億t標(biāo)準(zhǔn)煤，因而到2020年的能源需求量將超過60億t標(biāo)準(zhǔn)煤。而在能源生產(chǎn)供應(yīng)方面，國(guó)內(nèi)到2020年的生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)只有25億～26億t標(biāo)準(zhǔn)煤，加上進(jìn)口量4億～5億t標(biāo)準(zhǔn)煤，合計(jì)的能源供應(yīng)量在30億t標(biāo)準(zhǔn)煤左右，與能源需求之間的差距甚大。近幾年來煤、電、油供應(yīng)全面緊缺漲價(jià)的情況說明，能源問題已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素。

    能源問題與我們水利部門有什么關(guān)系？回答是肯定的。因?yàn)橛幸环N能源—淺層地能的開發(fā)利用，就包含了水資源的開發(fā)利用。而且還可能需要開挖地表覆蓋層，是否危及防洪安全和污染地下水資源？這當(dāng)然是水利部門管理工作的內(nèi)容。

    淺層地能是指蘊(yùn)含在地表下數(shù)百米范圍內(nèi)的砂石、土壤和地下水中的低品位能量，具有基本恒溫的特點(diǎn)。其能量主要來源于太陽能的輻射，屬于太陽能的另一種存在形式。除此之外，淺層地能還廣泛存在于江、河、湖、海水等地表水中，當(dāng)然一些工業(yè)廢水也具有淺層地能的一般特征。因此，在冬冷夏熱的地區(qū)以及地表水資源豐富地區(qū)，都是淺層地能理想應(yīng)用的地方。淺層地能屬于可再生能源，熱值不高，但特別適合生活用能的需要。

    據(jù)介紹，長(zhǎng)江中下游地區(qū)的井水溫度常年在18⁰C左右，夏季炎熱的氣溫卻高達(dá)35⁰C以上，甚至達(dá)到40⁰C，井水溫度與氣溫相差高達(dá)20⁰C左右。因此，在夏季利用井水降溫，是非常理想的。

    我國(guó)淺層地能儲(chǔ)量巨大，有關(guān)專家估計(jì)，地表下400m內(nèi)土壤、巖石和地下水中含有的能量可達(dá)23200億t標(biāo)煤，相當(dāng)于2003年我國(guó)總能耗14.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤的1570倍。

    淺層地能開發(fā)利用最早可追溯到人類的遠(yuǎn)古時(shí)代，如穴居山洞，后來發(fā)展到居住窯洞、用地窖儲(chǔ)藏食物等，但只能算是原始應(yīng)用。真正現(xiàn)代意義上的使用，是從1912年瑞士的一個(gè)專利開始的。目前，淺層地能的應(yīng)用在世界范圍已掀起風(fēng)潮，從歐洲的瑞士、瑞典、丹麥到美國(guó)、加拿大，再到亞洲的日本，都制定了相關(guān)的政策法規(guī)，并不斷地加大對(duì)這可再生能源應(yīng)用的支持和引導(dǎo)。最近美國(guó)總統(tǒng)布什在他的得克薩斯州的宅邸中也安裝了這種地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。為了引導(dǎo)民眾，英國(guó)女王在其白金漢宮的改造項(xiàng)目中也使用了淺層地能系統(tǒng)。

    采用地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，要減少40%以上，這是因?yàn)榈卦礋岜靡膊捎弥评鋭瘸Ｒ?guī)空調(diào)要減少25%左右的充灌量。如果直接利用淺層地能，在加強(qiáng)管理的情況下，就會(huì)沒有污物排放。

    開發(fā)利用淺層地能，在夏季是將室內(nèi)的多余熱量轉(zhuǎn)移到地下土壤中并儲(chǔ)存起來，而不是像空氣源熱泵那樣將熱量排放到室外空氣中，必然起到減輕城市熱島效應(yīng)的作用。

    積極推進(jìn)淺層地能的開發(fā)利用，就是為了在建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村中，減少建筑住房和種養(yǎng)殖大棚等方面對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，并培育和帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，達(dá)到優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)多能互補(bǔ)，提高現(xiàn)有煤、電能源的利用效率。對(duì)于緩解我國(guó)能源供求矛盾、促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有著非常重要的意義。

2、開發(fā)利用淺層地能資源的模式

    開發(fā)利用淺層地能資源的方式主要有直接和間接兩種利用方式，在這兩種方式中又分為埋管和鑿井取水（即閉式和開式）兩種情況。

⑴、鑿井取水收集使用淺層地能

    以地下水、地表水、江河湖泊等自然水體（簡(jiǎn)稱水源）作為低品位冷熱源，一是從取水井中抽水直接進(jìn)入室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管對(duì)用戶降溫（或增溫），然后將提取冷（熱）能后的水體從返水井中回到水源處（圖a）；二是利用地源熱泵提升在取水井中抽取水體的冷（熱）能，并交換給室內(nèi)管道環(huán)路的水體，再通過室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管對(duì)用戶降溫（或增溫），目的是解決直接利用淺層地能達(dá)不到用戶需要的情形（圖b），被提取冷（熱）能后的水體則通過返水井回到水源處。

(2)、埋管收集使用淺層地能

    以大地作為低品位冷熱源，通過地下埋管（分為水平和垂直兩種情況）中的水體從土壤中吸取冷（熱）能，一是直接抽入室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管對(duì)用戶降溫（或增溫），然后返回于管道環(huán)路中（圖c）；二是利用地源熱泵提升在地下埋管中抽取水體的冷（熱）能，并交換給室內(nèi)管道環(huán)路的水體，再通過室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管對(duì)用戶降溫（或增溫），目的是解決直接利用淺層地能達(dá)不到用戶需要的情形，被提取冷（熱）能后的水體則返還埋入地下的管道環(huán)路中（圖d）。

⑶地源熱泵與空氣源熱泵的區(qū)別

    地源熱泵系統(tǒng)（如圖b、d）與平常使用的空調(diào)機(jī)(空氣源熱泵)一樣，都是由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和工質(zhì)組成?？諝庠礋岜檬且原h(huán)境空氣作為熱泵的低品位冷（熱）源，而地源熱泵則是以淺層地能作為熱泵的低品位冷（熱）源。作為熱泵的冷（熱）源，隨季節(jié)變化的環(huán)境空氣與基本恒溫的淺層地能相比，利用環(huán)境空氣的優(yōu)點(diǎn)是可以隨時(shí)隨處無限制地得到，利用淺層地能的優(yōu)點(diǎn)則是在夏季更容易制冷、在冬季更容易制熱，壓縮機(jī)運(yùn)行更可靠、更穩(wěn)定。地源熱泵與空氣源熱泵的能效比分別為1：4.5左右和1：2.5左右。

    如果直接利用淺層地能（也就是采用沒有壓縮機(jī)的熱泵）對(duì)室內(nèi)降溫（或增溫）（如圖a、c），就只有抽水機(jī)和室內(nèi)風(fēng)機(jī)消耗少量的電能，能效比將高達(dá)1：25。

⑷開發(fā)利用淺層地能取水與生活、工農(nóng)業(yè)用水的區(qū)別

    開發(fā)利用淺層地能抽取地下水（或地表水），不能等同于生活用水，更不能等同于工農(nóng)業(yè)用水。生活和工農(nóng)業(yè)用水屬于消耗水資源的類型，而開發(fā)利用淺層地能抽取的地下水（或地表水），是與室內(nèi)氣溫進(jìn)行冷（熱）交換后又等量回灌到了水源處，實(shí)際上是沒有消耗水資源，消耗只是水資源中的冷（熱）能。

3、開發(fā)利用淺層地能存在的問題及對(duì)策

    我國(guó)在開發(fā)利用淺層地能方面的進(jìn)展比較緩慢，究其原因，主要還是受到了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素的制約。

⑴、經(jīng)濟(jì)因素

    由于淺層地能分布廣泛，存在不容易收集的困難，特別是采用開挖地表層埋管收集淺層地能，工程造價(jià)就比較高，因而也就制約了淺層地能的開發(fā)使用。從經(jīng)濟(jì)角度講，有水資源的地方收集淺層地能就容易一些。

    解決的對(duì)策是制定相關(guān)的政策法規(guī)，加大對(duì)淺層地能開發(fā)應(yīng)用的支持和引導(dǎo)。

    目前，國(guó)家財(cái)政部正準(zhǔn)備與建設(shè)部一起制定相關(guān)政策，聯(lián)合推廣太陽能、淺層地能應(yīng)用。今年5月31日，北京市發(fā)展和改革委員會(huì)下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見的通知》，鼓勵(lì)發(fā)展再生水源熱泵（含污水、工業(yè)廢水等）、地源（土壤源）熱泵、地下（表）水源熱泵（含地下水、河流、湖泊、地?zé)岬龋?guī)定了供熱制冷系統(tǒng)選用熱泵系統(tǒng)的，根據(jù)北京市規(guī)劃委核定的建筑面積從固定資產(chǎn)投資中安排一次性補(bǔ)助，補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)為：地下（表）水源熱泵35元/m²，地源熱泵和再生水源熱泵50元/m²。

    水利部門也可以試行鼓勵(lì)措施，例如規(guī)定開發(fā)利用淺層地能抽取地下水（或地表水）不收取水資源費(fèi)。

⑵、技術(shù)因素

    開發(fā)利用淺層地能是一件好事，但我們必須堅(jiān)持從實(shí)際出發(fā)，充分考慮農(nóng)村的物力財(cái)力情況和群眾的實(shí)際承受能力，量力而行。

    比較經(jīng)濟(jì)地開發(fā)利用淺層地能，對(duì)有地下水資源的地方，一般是采取鑿井取水的方式。但這種方式在技術(shù)上出現(xiàn)的問題也較突出，主要是取水井（或返水井）容易發(fā)生堵塞、容易發(fā)生地基破壞等問題。

   2001年發(fā)生在我省隨州市的水溫空調(diào)風(fēng)波，就是因?yàn)殍従夹g(shù)不過關(guān)，只取水、不回灌，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)、地基沉陷破壞房屋建筑和污染地下水。

    解決的對(duì)策主要是水利部門要繼續(xù)加強(qiáng)監(jiān)督管理，做好取水許可審批和水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，確保防洪安全，確保水資源不浪費(fèi)、不遭受污染。水利部門在防洪中長(zhǎng)期研究和總結(jié)提高的減壓井技術(shù)，完全可以解決開發(fā)利用淺層地能而鑿的技術(shù)問題，因此，可以鼓勵(lì)水利部門的設(shè)計(jì)、施工隊(duì)伍積極參與競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)淺層地能的開發(fā)利用。

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