以技術進步推動行業(yè)發(fā)展
——訪山東建筑大學熱能工程學院院長、地源熱泵研究所副所長刁乃仁
平日里，既活躍于三尺講臺之上，承擔著為行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀后繼人才的重任；又專著于理論研究和工程實踐，以驕人的學術成就和成功的工程案例推動著行業(yè)前行，這就是山東建筑大學熱能工程學院院長、地源熱泵研究所副所長刁乃仁。近日，記者采訪了這位業(yè)內專家，針對我國地源熱泵行業(yè)發(fā)展的現狀和問題、前景和方向，他都談出了自己獨到的看法。同時，他也以自己的發(fā)明專利和研究成果說明了技術進步對行業(yè)帶來的推動力量。
《地源熱泵》：請介紹一下我國地源熱泵行業(yè)發(fā)展的基本狀況。從全球著眼，我國地源熱泵行業(yè)在理論和實踐方面，有哪些優(yōu)勢和不足，還需要向其他國家借鑒些什么。
刁乃仁：我國地源熱泵行業(yè)發(fā)展迅速，為建筑節(jié)能減排做出了貢獻，并形成了新的經濟增長點。從水源熱泵主機產業(yè)到地源熱泵系統集成企業(yè)都實現快速發(fā)展擴容。地源熱泵技術業(yè)已成為研究開發(fā)領域的熱點之一。
我國地源熱泵行業(yè)在理論方面，尤其是在地下換熱器傳熱分析方面，在國際上保持著優(yōu)勢，同時在地源熱泵技術應用的范圍和大體量、中、大型單體建筑地源熱泵系統的應用上，也遠遠超過歐美國家。但在快速發(fā)展的背后，也存在著隱憂。一是某些地源熱泵項目的方案設計與施工圖設計不到位，甚至設計主體不明確，尤其是一些中、大型地源熱泵項目缺乏科學的方案論證，導致系統建成后低效運行或無法正常運行；二是地源熱泵系統施工，尤其是地埋管施工資質與質量有待提升；三是地源熱泵系統高效可靠運行的監(jiān)測、監(jiān)控體系有待完善。歐美國家地源熱泵產業(yè)化程度高，回填材料、回填機械由專業(yè)廠家生產，甚至鉆孔施工現場中的泥漿也有專用機械處理。更為可取的是國外地埋管施工質量高，都是放心工程。在這些方面，值得我們學習借鑒。
《地源熱泵》：山東作為我國中部一個大省，近些年來地源熱泵行業(yè)的發(fā)展現狀如何？呈現出哪些自身特點，今后的發(fā)展方向又會是怎樣？
刁乃仁：山東地源熱泵產業(yè)基礎好，地源熱泵技術研發(fā)與應用較早，擁有一大批優(yōu)秀的研發(fā)團隊、技術集成企業(yè)和熱泵生產廠家。山東省的氣候條件比較適合應用地埋管地源熱泵系統。公共建筑夏季向地下釋放的熱量與冬季從地下提取的熱量基本平衡。天時、地利、人和造就了山東省地源熱泵行業(yè)的快速發(fā)展。另一方面，山東省地下水資源不豐富，地下水及地表水地源熱泵系統受水資源的制約較大。山東省東臨渤海，環(huán)抱著渤海灣，但因冬季沿海海水溫度較低，海水源熱泵的應用條件不很理想。鑒于這些特點，這些年來，山東省地埋管地源熱泵技術的應用得到了快速發(fā)展，應用建筑類型由別墅、中小型建筑擴展到公共建筑以至大型住宅小區(qū)。地表水、污水及海水源熱泵適度應用，地下水資源的開采管理越來越嚴，因此山東省地下水地源熱泵系統難以也不應該大面積推廣。
近年來，山東省新農村建設和城區(qū)周邊農村改造，為地源熱泵技術的推廣應用提供了新的契機。今后一段時期內在解決好冬夏季冷熱負荷平衡的基礎上，地源熱泵系統在新農村住宅小區(qū)建設中將得到進一步的應用，與此同時有效解決好地源熱泵系統設計、施工質量，建設能夠長期高效穩(wěn)定運行的中、大型地源熱泵系統，也是今后的重要發(fā)展方向之一。
《地源熱泵》：由于地源熱泵涉及到對地下資源的開采和利用，在這一過程中如何實現科學和可持續(xù)發(fā)展，既不浪費資源、破壞環(huán)境，又能促進行業(yè)進步。
刁乃仁：對于地下資源的開采和利用，應嚴格遵守國家的相關法規(guī)、標準與規(guī)范的規(guī)定。應將國家利益與部門利益、社會效益與經濟效益、長遠利益與短期利益統一起來。當二者產生矛盾時，應服從于前者。尤其是抽取地下水的地源熱泵的應用，應慎之又慎。中國目前面臨水災害加劇、水資源短缺、水環(huán)境惡化、水生態(tài)失衡四大水問題，解決這些問題已成為刻不容緩的重要任務。2011年中央一號文件第一次將水的作用提升到了國家安全層面。將實行最嚴格的水資源管理制度，確立水資源開發(fā)利用控制、用水效率控制、水功能區(qū)限制納污的“三條紅線”，因此對地下水地源熱泵的應用來說，還是應嚴格執(zhí)行現行的國家標準，以無污染、全部、同層回灌為前提。
《地源熱泵》：應用地源熱泵系統是否需要冬夏負荷平衡，一直是業(yè)內很多專家爭論的焦點問題，對此，您如何理解？
刁乃仁：對于地埋管地源熱泵系統的“冬夏季負荷是否需要平衡”問題，不能簡單的回答“是”還是“不是”。對于幾百平方米建筑的小型地埋管地源熱泵系統，冬夏負荷可以不平衡，甚至單一的采暖都是可行的。如北歐挪威、瑞典等國較早使用的地埋管地源熱泵系統，幾乎就是只制熱，不制冷，照樣能夠長期穩(wěn)定運行；再者如果地埋管區(qū)域地下水豐盈，地下水滲流強度大，也會大大增強恢復熱平衡的能力。但毋庸置疑，對于絕大部分中、大型地埋管地源熱泵系統來說，地埋管區(qū)域冷熱負荷的基本平衡是必須的。對于幾十萬或上百萬立方米的蓄熱體，僅靠原有的蓄熱量或其周邊巖土體與其內部的熱交換量，是不能夠維持系統長期高效運行的。
《地源熱泵》：對地熱資源進行前期勘探對于整個系統運行的意義何在，地源熱泵能否長期穩(wěn)定運行的關鍵在何處？
刁乃仁：一般來說，地熱資源分為淺層地熱與深層地熱兩種。二者最主要的區(qū)別之一是前者不能直接利用。深層地熱的管理歸屬明確，相關法規(guī)完善。而淺層地熱的利用需要借助“外力”——熱泵，將低品位能量提升后方可利用。這就形成了基于水源熱泵的淺層地熱能利用系統。因此，對淺層地熱資源進行勘察或勘探不無好處，但據此推算淺層巖土體所蓄能量能夠承擔多少平方米的建筑采暖或那些地區(qū)適用地埋管地源熱泵，就勉為其難了。淺層巖土體在地埋管地源熱泵系統中主要用作蓄熱體，對大、中型系統來說，能否長期穩(wěn)定運行，一要靠水源熱泵的做功，二要靠建筑物或系統自身的冷熱負荷平衡，而初始巖土體蓄熱的影響很小。離開了熱泵系統、建筑物負荷特性及其周邊地埋管區(qū)域情況，是難以確定淺層地熱可用或不可用的。因此淺層地熱資源的科學管理與利用，我認為主要應從地源熱泵系統方案設計評審和地埋管施工企業(yè)準予及資質等管理入手。
《地源熱泵》：技術進步對于行業(yè)發(fā)展的推動力量是巨大的，請介紹一下您具有代表性的發(fā)明專利和典型工程，以及他們破解了哪些領域的問題。
刁乃仁：我們的研發(fā)團隊在所長方肇洪教授的帶領下，采用理論研究與工程實踐相結合的技術路線，系統深入地研究了地埋管淺層地熱能利用中地熱換熱器的傳熱機理與優(yōu)化設計方法，揭示了深層巖土傳熱規(guī)律，開拓出大空間多維非穩(wěn)態(tài)地下傳熱分析與工程應用的新途徑，形成了系統的地埋管淺層地熱能利用技術體系。開發(fā)了地熱換熱器優(yōu)化設計模擬軟件，提高了計算精度，便于設計優(yōu)化；研發(fā)了能夠用于現場確定深層巖土熱物性的測試方法和測試儀；開發(fā)了基于水泥砂漿、石英砂和改性添加劑的高性能回填材料；獲得了4項發(fā)明專利和1項自主知識產權。研究成果在北京奧林匹克公園、武漢新建火車站及濟南奧體中心等500余項工程中應用。
研究所曾于2003年3月17日在山東建筑工程學院學術報告廳舉行了“國際地源熱泵空調技術報告會”，會上全面系統介紹了研究所在地源熱泵技術方面的研究成果：地熱換熱器理論分析與設計方法、設計軟件、彈性分隔器、深層巖土熱物性測試方法、儀器和工程應用實例。當年參會的100多人中，相當一部分成為了今天地源熱泵行業(yè)的主力軍。有效地促進了我國地源熱泵空調技術研究、應用的發(fā)展。
值得一提的是2005年我們研究所實施的濟南市西區(qū)工程建設指揮部地源熱泵空調工程。根據建筑的動態(tài)負荷，采用我們研發(fā)的“地熱之星”軟件對地埋管換熱器進行設計計算，并對系統20年內的運行進行模擬計算；系統的設計充分考慮了地埋管換熱器全年的熱平衡。該系統自2006年投入運行以來，已連續(xù)運行了5個冬夏，完全滿足建筑供熱和空調要求；運行記錄表明，該系統運行的實際情況與設計、模擬的結果很好地相符。
我們的研究成果為淺層地熱能利用這一節(jié)能減排新技術的進步及其推廣應用做出了應有貢獻。作為主要成果之一，該研究2009年榮獲國家科技進步二等獎。
刁乃仁簡介
刁乃仁，山東建筑大學教授、工學博士、熱能工程學院院長，山東建筑大學地源熱泵研究所副所長，山東方亞地源熱泵空調技術有限公司總工程師，山東省暖通空調學會副主任委員，山東省有突出貢獻的中青年專家。
1997～1998年作為國家留學基金資助的高級訪問學者赴法國國家應用科學學院熱能研究中心進行了為期一年的研究工作，完成法國國家課題中的一個子課題“道路疲勞測試機中補償加熱系統的研究與設計”。2000年以來，作為地源熱泵研究應用團隊的主要研究者，在地源熱泵空調技術的理論基礎、技術開發(fā)和工程應用三個方面都取得了重要成果。出版了專著《地埋管地源熱泵技術》。在International Journal of Heat and Mass Transfer 和International Journal of HVAC&R Research等學術刊物上發(fā)表論文40余篇，在國際上產生重要影響。參與起草了國家標準《地源熱泵系統工程技術規(guī)范GB50366－2005》，并執(zhí)筆編寫了其中的“地埋管換熱系統”部分。
版權說明：本稿為《地源熱泵》雜志/中國地源熱泵網(www.dyrbw.com)原創(chuàng)稿件，著作權受中華人民共和國法律保護，任何媒體、商業(yè)公司、網站、個人如需轉載，請注明來源。否則本網站將對違者追究其相關法律責任。
歡迎一切與地源熱泵行業(yè)相關的新聞包括但不限于投標中標、技術研發(fā)、新品發(fā)布、從業(yè)經驗、施工技巧、成功案例、創(chuàng)新思維的資訊或論文類投稿，本網網絡部將擇優(yōu)在地源熱泵網微信公眾平臺（微信號：www-dyrbw-com，您也可掃描下面的二維碼）、新浪公眾平臺、地源熱泵網主站、《地源熱泵》雜志上刊登。投稿郵箱：dyrbw@dyrbw.com
責編：gcc
Email: direjia@126.com（投稿），direjia@163.com（合作）,
直線電話：18515158288（同微信）
