從上世紀(jì)六十年代起，北京市地質(zhì)工程勘察院就開始了地?zé)豳Y源勘查工作，1970年在北京市氧氣廠鉆成了北京市區(qū)第一眼地?zé)峋?，從此翻開了北京市地?zé)豳Y源勘查、研究、開發(fā)利用的新篇章。四十多年來，該院承擔(dān)了多項(xiàng)地?zé)豳Y源勘查、評(píng)價(jià)和開發(fā)利用項(xiàng)目，榮膺全國(guó)地質(zhì)勘察功勛單位。而潘小平正是這樣一支優(yōu)秀地質(zhì)勘察隊(duì)伍中杰出的一員。作為北京市地質(zhì)工程勘察院地?zé)峁こ萄芯克恼崎T人，他先后參加國(guó)土部級(jí)勘察項(xiàng)目十個(gè)，其中兩項(xiàng)獲部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，主持了小湯山地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)項(xiàng)目，編寫地?zé)峥尚行匝芯繄?bào)告四十余份，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了多項(xiàng)地?zé)峋⑺吹卦礋岜霉こ添?xiàng)目，獲得了業(yè)界的認(rèn)可，也帶動(dòng)了地?zé)峁こ萄芯克呐畈l(fā)展。
走地?zé)豳Y源可持續(xù)利用之路
——訪北京市地質(zhì)工程勘察院地?zé)峁こ萄芯克L(zhǎng)潘小平
初見潘小平所長(zhǎng)，“治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)”這四個(gè)字便跳入了記者的腦海。及至談話深入，這種感覺愈發(fā)的強(qiáng)烈。言辭精準(zhǔn)、邏輯縝密，談到行業(yè)，高屋建瓴，說及技術(shù)，絲絲入扣。于是，記者也就成為了名符其實(shí)的“記”者，除了匆忙記錄無暇顧及其他?，F(xiàn)在，記者就借《地源熱泵》寸許紙面，將潘小平所長(zhǎng)對(duì)行業(yè)深刻的理解和分析真實(shí)呈現(xiàn)，以饗讀者。
開發(fā)利用地?zé)嶂卦?ldquo;科學(xué)合理”
眾所周知，地?zé)崾强稍偕茉矗蛔u(yù)為是二十一世紀(jì)最具開發(fā)價(jià)值的綠色環(huán)保能源。因此近年來，地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。不僅有地?zé)峁┡?、溫泉洗浴、地?zé)崴菁?jí)綜合利用、以及水源地源熱泵工程等多樣的地?zé)崂眯问?、而且?xiàng)目規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。對(duì)此，潘小平認(rèn)為，地?zé)豳Y源的開發(fā)和利用，重在科學(xué)合理，既不能讓寶貴的地?zé)豳Y源白白浪費(fèi)，也不能過度地消耗，竭澤而漁式的開發(fā)只能導(dǎo)致資源的枯竭，最后造成地?zé)崴幌陆担瑢?duì)地?zé)醿?chǔ)層的產(chǎn)能造成破壞性影響。
那么，何謂科學(xué)合理？潘小平從多個(gè)角度進(jìn)行了闡述。首先，任何一個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)都應(yīng)該建立在對(duì)地?zé)豳Y源準(zhǔn)確勘查的基礎(chǔ)上。不同區(qū)域的地質(zhì)條件都不盡相同，因此只有將一個(gè)地區(qū)的地?zé)豳Y源和地質(zhì)條件勘查清楚，才能對(duì)該地區(qū)的資源量有一個(gè)科學(xué)的評(píng)價(jià)。摸清了資源的“家底”，就可以在此基礎(chǔ)上制定規(guī)劃，評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源量的分布特性，并綜合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展情況等等，一般而言，規(guī)劃會(huì)對(duì)該地區(qū)今后10年到15年左右的時(shí)間內(nèi)，地?zé)豳Y源的開發(fā)速度、范圍、規(guī)模進(jìn)行一個(gè)整體計(jì)劃，并同時(shí)預(yù)測(cè)資源變化情況，以實(shí)現(xiàn)合理開發(fā)。目前，在北京等城市，已經(jīng)進(jìn)行了地?zé)峥辈椴⒕幹屏讼鄳?yīng)的地?zé)衢_發(fā)規(guī)劃，這是一個(gè)很好的趨勢(shì)，有利于促進(jìn)地?zé)豳Y源的合理開發(fā)應(yīng)用。
在勘查、評(píng)估和規(guī)劃的基礎(chǔ)上，就可以實(shí)施項(xiàng)目的建設(shè)，而在這一過程中，同樣要保證科學(xué)合理。要按照規(guī)劃分層次開發(fā)，提高資源的利用效率。要實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，梯級(jí)利用。另外，潘小平尤其強(qiáng)調(diào)，要盡力做到地?zé)崴牧闩欧?，進(jìn)行充分回灌。“回灌是保護(hù)地?zé)豳Y源最有效的手段，”他舉例說，地質(zhì)工程勘察院從上世紀(jì)七十年代開始試驗(yàn)回灌技術(shù)，到2001年開始推廣，3年后實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)性回灌。該院承接的小湯山地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)項(xiàng)目調(diào)查顯示，在沒有進(jìn)行回灌之前，水位以每年1.5米~2米的速度下降，開展生產(chǎn)性回灌后，該地區(qū)的地?zé)崴换旧媳３址€(wěn)定，從2005年開始水位有所回升。目前，小湯山項(xiàng)目基本上實(shí)現(xiàn)了熱量的可持續(xù)利用，這一方面是證實(shí)了來自上游地?zé)崴淖匀谎a(bǔ)給，同時(shí)也是由于地?zé)崴畬?shí)現(xiàn)了百分之六十的回灌，也就是向“零排放”努力。而相比之下，有些地?zé)豳Y源豐富的城市，由于進(jìn)行大規(guī)模開采而沒有保證及時(shí)回灌，導(dǎo)致水位下降速度很快，危及可持續(xù)開發(fā)，也會(huì)引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題。
確保節(jié)能高效地源熱泵項(xiàng)目的實(shí)施
一直以來，業(yè)內(nèi)外對(duì)地源熱泵的真實(shí)效果并不是沒有質(zhì)疑之聲，原因在于不少項(xiàng)目建成后的節(jié)能效果不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。其實(shí)這并不奇怪，地源熱泵系統(tǒng)是一個(gè)包括室內(nèi)室外、主機(jī)末端等的綜合系統(tǒng)，通過各部分的正常運(yùn)行完成能量提升，從而滿足供暖制冷空調(diào)需求。項(xiàng)目建造過程中勘察、設(shè)計(jì)、施工，無論哪方面出現(xiàn)問題，都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能效果造成不良影響。而潘小平經(jīng)過多年的實(shí)踐總結(jié)指出，要確保地源熱泵項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的運(yùn)行，在勘察、設(shè)計(jì)、施工過程中有幾處關(guān)鍵所在值得充分關(guān)注。
首先自然是要對(duì)地源熱泵項(xiàng)目的水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察評(píng)估，保證項(xiàng)目在適宜的地區(qū)開展。潘小平表示，一般而言，超過2000平方米的項(xiàng)目都應(yīng)該進(jìn)行淺層地?zé)崮芾每尚行栽u(píng)估，通過評(píng)估可以查清地層的情況，提供最客觀真實(shí)的影響地源熱泵工程適用性的水文地質(zhì)資料，例如含水層的位置及其頂板底板、土壤顆粒的粗細(xì)、含水層的特性、及巖性等等；還可以測(cè)試土壤的熱物性，由于不同區(qū)域差別很大，所以開展全面仔細(xì)的勘查評(píng)估工作非常必要，不僅能為建設(shè)單位提供項(xiàng)目決策的重要依據(jù)，同時(shí)也為室外換熱系統(tǒng)，例如抽灌井或地埋管換熱器提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)。
其次，要合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，這主要包含三方面的內(nèi)容。一是要充分考慮現(xiàn)代節(jié)能建筑的特點(diǎn)，對(duì)于建筑采用了新工藝、新技術(shù)、新材料的，設(shè)計(jì)上要采用與其相符設(shè)計(jì)參數(shù)，否則會(huì)出現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)容量過大，大馬拉小車的現(xiàn)象，造成工程投資增大，能源浪費(fèi)。二是關(guān)注系統(tǒng)的可調(diào)性。系統(tǒng)各部分的輸出量應(yīng)能根據(jù)建筑的空調(diào)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整，以達(dá)到系統(tǒng)的輸出與建筑空調(diào)需求基本相同的要求，從而節(jié)約運(yùn)行成本，體現(xiàn)節(jié)能效果。在一些設(shè)計(jì)不合理的項(xiàng)目中，各級(jí)循環(huán)泵運(yùn)行費(fèi)用占總運(yùn)行費(fèi)用的30%或是更高，每供暖季循環(huán)水泵運(yùn)行費(fèi)用達(dá)到10元/m2以上，這樣的系統(tǒng)當(dāng)然談不上節(jié)能。三是換熱孔或抽灌井的井身設(shè)計(jì)和平面布置。這些設(shè)計(jì)除了依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范而外，更要依據(jù)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)，充分考慮項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件，例如盡量不要在地下水流向上反復(fù)布井，換熱孔深度盡量控制在可鉆性好的地層內(nèi)等，這樣才能保證以及進(jìn)一步提高室外換熱系統(tǒng)運(yùn)行效率，對(duì)保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及提高節(jié)能效果具有重大意義。
再次，要保證成井質(zhì)量，就要由高水平、有資質(zhì)的施工隊(duì)伍來完成地源熱泵室外換熱系統(tǒng)的工程施工。畢竟成井工藝、鉆孔方法要根據(jù)地層變化調(diào)整，資質(zhì)不高的隊(duì)伍很難完成，工程完工后一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量有問題，再進(jìn)行補(bǔ)救或更新的成本極大、代價(jià)很高。例如成井質(zhì)量不高導(dǎo)致的抽水井出水量小、回灌量小、出砂嚴(yán)重以及換熱孔換熱效率差等都是室外換熱系統(tǒng)目前比較多見的問題。
潘小平總結(jié)，“任何一種好技術(shù)的應(yīng)用都是有條件的，不能盲目的應(yīng)用推廣。”目前，業(yè)內(nèi)普遍存在著對(duì)地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察不重視的現(xiàn)象，他認(rèn)為這種局面亟待改觀，而勘察、設(shè)計(jì)以及施工各方應(yīng)充分發(fā)揮自身的特點(diǎn)，積極探索新的技術(shù)、工藝、以及材料，充分發(fā)揮地源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
另外，在項(xiàng)目進(jìn)行時(shí)要對(duì)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過設(shè)置監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目對(duì)地溫的影響、對(duì)地下水水質(zhì)的影響、不同含水層水質(zhì)的變化，這也是合理開發(fā)和保護(hù)課題中應(yīng)有之義。最后，潘小平還特意提到，在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，比如多層含水層的地區(qū)一定要注意不同含水層之間的分隔，否則水質(zhì)狀況不同的含水層通過換熱孔混合，會(huì)破壞地下水資源，造成污染。
紅櫨山莊項(xiàng)目的啟示
在地源熱泵乃至暖通空調(diào)行業(yè)內(nèi)，一種爭(zhēng)論經(jīng)久不衰，那就是關(guān)于淺層地?zé)崮芸沙掷m(xù)利用的問題。一方專家認(rèn)為，土壤是不具備自我恢復(fù)能力的，如果持續(xù)地單方面從地面提取能量或者向地下注入能量，將會(huì)導(dǎo)致地溫場(chǎng)的平衡被打破，長(zhǎng)此以往將破壞淺層地?zé)豳Y源；而另一方專家認(rèn)為，土壤溫度的變化并非單向累積的過程，“冬夏平衡”的觀點(diǎn)本身將換熱工區(qū)土壤看成是一個(gè)孤立單元，不考慮與周邊土壤的聯(lián)系，忽略了地溫場(chǎng)的恢復(fù)能力，這并不符合實(shí)際情況。只要合理利用，處理好保護(hù)和開發(fā)的關(guān)系，淺層地?zé)崮苜Y源是可以持續(xù)利用的。
在缺乏調(diào)查研究數(shù)據(jù)的情況下，爭(zhēng)論并沒有意義。實(shí)際情況究竟是怎樣的呢？本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、懷著求知探索的熱情，潘小平帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)跨出了非常具有意義的關(guān)鍵一步。
2008年，在昌平紅櫨山莊地源熱泵項(xiàng)目建設(shè)開動(dòng)伊始，地?zé)嵫芯克蜎Q定將其作為監(jiān)測(cè)地源熱泵換熱工區(qū)地溫場(chǎng)的試點(diǎn)項(xiàng)目。于是在地源熱泵工程建設(shè)同步，地溫場(chǎng)監(jiān)測(cè)工程也同時(shí)啟動(dòng)。項(xiàng)目組在地埋管換熱孔內(nèi)和換熱孔外1.5米、5米處的25米和50米深度，均設(shè)置了溫度感應(yīng)探測(cè)器，而且對(duì)地源熱泵系統(tǒng)本身的用戶側(cè)、地源側(cè)循環(huán)流體供回水溫度及流量也進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共設(shè)置了溫度感應(yīng)探測(cè)器9套，流量計(jì)2臺(tái)，以及數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄儀1臺(tái)。從2008年11月系統(tǒng)開始運(yùn)行到2010年2月，已經(jīng)取得了13萬組、共計(jì)146萬個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的研究分析對(duì)包括土壤溫度的變化趨勢(shì)、幅度、范圍以及地下水對(duì)換熱效果的影響等做出定性或定量評(píng)價(jià)，得出了一些階段性的成果和結(jié)論。其中尤其引人注目的是，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示土壤溫度變化并不是一個(gè)單向累積的過程，而是一個(gè)隨著空調(diào)負(fù)荷變化的動(dòng)態(tài)過程。每當(dāng)非空調(diào)季或空調(diào)使用強(qiáng)度降低時(shí)，土壤溫度就會(huì)有程度不同的自我恢復(fù)現(xiàn)象發(fā)生。這就是說，一方面，土壤溫度變化并沒有因?yàn)榈卦礋岜孟到y(tǒng)的運(yùn)行表現(xiàn)出單向的、不可恢復(fù)的趨勢(shì)；另一方面，地源熱泵系統(tǒng)也沒有因?yàn)橥寥罍囟茸兓鴮?dǎo)致無法運(yùn)行或效率低下的現(xiàn)象。這些實(shí)實(shí)在在的監(jiān)測(cè)記錄和研究成果，無疑具有非常重大的意義，為地源熱泵行業(yè)的發(fā)展增注了穩(wěn)定劑。
個(gè)人簡(jiǎn)介：潘小平，男，1963年2月出生，畢業(yè)于河北地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)專業(yè)?，F(xiàn)任北京市地質(zhì)工程勘察院地?zé)峁こ萄芯克L(zhǎng)，水工環(huán)高級(jí)工程師。從事地?zé)峁ぷ鞫嗄辏?998年參加聯(lián)合國(guó)大學(xué)冰島地?zé)岱衷号嘤?xùn)，先后參加部級(jí)勘察項(xiàng)目十個(gè)，其中兩項(xiàng)獲部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，主持了小湯山地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)項(xiàng)目，編寫地?zé)峥尚行匝芯繄?bào)告四十余份，施工管理地?zé)峋當(dāng)?shù)十眼。有豐富的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并有良好的組織管理和協(xié)調(diào)能力。
近三年完成地?zé)峋こ逃校耗辖嫁r(nóng)管中心地?zé)峋こ?成井深度2500米)、金夢(mèng)圓房地產(chǎn)公司地?zé)峋こ?成井深度3300米)、忠良書院地?zé)峋こ?成井深度3500米)、中鐵二十二局集團(tuán)公司地?zé)峋こ?成井深度2600米)、金夢(mèng)圓房地產(chǎn)公司地?zé)峄毓嗑こ?正在施工，設(shè)計(jì)成井深度3200米)、中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)培訓(xùn)中心地?zé)峄毓嗑こ?正在施工，設(shè)計(jì)成井深度2500米).、.銀科房地產(chǎn)公司地?zé)峄毓嗑こ?成井深度2500米).、王佐鎮(zhèn)地?zé)峄毓嗑こ?成井深度3500米)等。
2008年至今已建成的水源地源熱泵空調(diào)項(xiàng)目有：安德魯斯236號(hào)別墅地源熱泵空調(diào)工程、紅櫨溫泉山莊賓館東配樓地源熱泵空調(diào)工程、自來水集團(tuán)第八水廠牛欄山水源地管理站水源熱泵空調(diào)工程、自來水集團(tuán)南口水廠水源熱泵空調(diào)工程、房山世界地質(zhì)公園博物館水源熱泵空調(diào)工程。另有紅櫨溫泉山莊賓館東配樓地源熱泵空調(diào)工程地溫監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，已完成2008-2009年度的監(jiān)測(cè)報(bào)告編寫。
2008至今完成的淺層地?zé)崮芾每尚行詧?bào)告包括：北京市朝陽區(qū)蔣府莊園敬老院淺層地?zé)崮芸辈?、?guó)家動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心項(xiàng)目地源熱泵系統(tǒng)淺層地?zé)岬刭|(zhì)條件評(píng)估、大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)獨(dú)棟住宅A型等9項(xiàng)項(xiàng)目地源熱泵系統(tǒng)淺層地?zé)岬刭|(zhì)條件評(píng)估、中關(guān)村軟件園R14號(hào)地源熱泵系統(tǒng)地質(zhì)條件評(píng)估、北京市海淀區(qū)溫泉體育中心地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)淺層地?zé)崮芾每尚行詧?bào)告、北京市海淀區(qū)溫泉體育中心水源熱泵工程水資源論證報(bào)告。
