從上世紀六十年代起，北京市地質工程勘察院就開始了地熱資源勘查工作，1970年在北京市氧氣廠鉆成了北京市區(qū)第一眼地熱井，從此翻開了北京市地熱資源勘查、研究、開發(fā)利用的新篇章。四十多年來，該院承擔了多項地熱資源勘查、評價和開發(fā)利用項目，榮膺全國地質勘察功勛單位。而潘小平正是這樣一支優(yōu)秀地質勘察隊伍中杰出的一員。作為北京市地質工程勘察院地熱工程研究所的掌門人，他先后參加國土部級勘察項目十個，其中兩項獲部級獎勵，主持了小湯山地熱資源評價項目，編寫地熱可行性研究報告四十余份，并帶領團隊完成了多項地熱井、水源地源熱泵工程項目，獲得了業(yè)界的認可，也帶動了地熱工程研究所的蓬勃發(fā)展。

走地熱資源可持續(xù)利用之路

——訪北京市地質工程勘察院地熱工程研究所所長潘小平

    初見潘小平所長，“治學嚴謹”這四個字便跳入了記者的腦海。及至談話深入，這種感覺愈發(fā)的強烈。言辭精準、邏輯縝密，談到行業(yè)，高屋建瓴，說及技術，絲絲入扣。于是，記者也就成為了名符其實的“記”者，除了匆忙記錄無暇顧及其他?，F在，記者就借《地源熱泵》寸許紙面，將潘小平所長對行業(yè)深刻的理解和分析真實呈現，以饗讀者。

    開發(fā)利用地熱重在“科學合理”

    眾所周知，地熱是可再生能源，被譽為是二十一世紀最具開發(fā)價值的綠色環(huán)保能源。因此近年來，地熱資源的開發(fā)和利用進入了飛速發(fā)展時期。不僅有地熱供暖、溫泉洗浴、地熱水梯級綜合利用、以及水源地源熱泵工程等多樣的地熱利用形式、而且項目規(guī)模也在不斷擴大。對此，潘小平認為，地熱資源的開發(fā)和利用，重在科學合理，既不能讓寶貴的地熱資源白白浪費，也不能過度地消耗，竭澤而漁式的開發(fā)只能導致資源的枯竭，最后造成地熱水水位下降，對地熱儲層的產能造成破壞性影響。

    那么，何謂科學合理？潘小平從多個角度進行了闡述。首先，任何一個項目的開發(fā)建設都應該建立在對地熱資源準確勘查的基礎上。不同區(qū)域的地質條件都不盡相同，因此只有將一個地區(qū)的地熱資源和地質條件勘查清楚，才能對該地區(qū)的資源量有一個科學的評價。摸清了資源的“家底”，就可以在此基礎上制定規(guī)劃，評價地熱資源量的分布特性，并綜合當地的經濟發(fā)展情況等等，一般而言，規(guī)劃會對該地區(qū)今后10年到15年左右的時間內，地熱資源的開發(fā)速度、范圍、規(guī)模進行一個整體計劃，并同時預測資源變化情況，以實現合理開發(fā)。目前，在北京等城市，已經進行了地熱勘查并編制了相應的地熱開發(fā)規(guī)劃，這是一個很好的趨勢，有利于促進地熱資源的合理開發(fā)應用。

    在勘查、評估和規(guī)劃的基礎上，就可以實施項目的建設，而在這一過程中，同樣要保證科學合理。要按照規(guī)劃分層次開發(fā)，提高資源的利用效率。要實現資源的綜合利用，梯級利用。另外，潘小平尤其強調，要盡力做到地熱水的零排放，進行充分回灌。“回灌是保護地熱資源最有效的手段，”他舉例說，地質工程勘察院從上世紀七十年代開始試驗回灌技術，到2001年開始推廣，3年后實現了生產性回灌。該院承接的小湯山地熱資源評價項目調查顯示，在沒有進行回灌之前，水位以每年1.5米~2米的速度下降，開展生產性回灌后，該地區(qū)的地熱水水位基本上保持穩(wěn)定，從2005年開始水位有所回升。目前，小湯山項目基本上實現了熱量的可持續(xù)利用，這一方面是證實了來自上游地熱水的自然補給，同時也是由于地熱水實現了百分之六十的回灌，也就是向“零排放”努力。而相比之下，有些地熱資源豐富的城市，由于進行大規(guī)模開采而沒有保證及時回灌，導致水位下降速度很快，危及可持續(xù)開發(fā)，也會引發(fā)地質環(huán)境問題。

    確保節(jié)能高效地源熱泵項目的實施

    一直以來，業(yè)內外對地源熱泵的真實效果并不是沒有質疑之聲，原因在于不少項目建成后的節(jié)能效果不能達到預期的目標。其實這并不奇怪，地源熱泵系統(tǒng)是一個包括室內室外、主機末端等的綜合系統(tǒng)，通過各部分的正常運行完成能量提升，從而滿足供暖制冷空調需求。項目建造過程中勘察、設計、施工，無論哪方面出現問題，都會對整個系統(tǒng)的節(jié)能效果造成不良影響。而潘小平經過多年的實踐總結指出，要確保地源熱泵項目真正實現高效節(jié)能的運行，在勘察、設計、施工過程中有幾處關鍵所在值得充分關注。

    首先自然是要對地源熱泵項目的水文地質條件進行勘察評估，保證項目在適宜的地區(qū)開展。潘小平表示，一般而言，超過2000平方米的項目都應該進行淺層地熱能利用可行性評估，通過評估可以查清地層的情況，提供最客觀真實的影響地源熱泵工程適用性的水文地質資料，例如含水層的位置及其頂板底板、土壤顆粒的粗細、含水層的特性、及巖性等等；還可以測試土壤的熱物性，由于不同區(qū)域差別很大，所以開展全面仔細的勘查評估工作非常必要，不僅能為建設單位提供項目決策的重要依據，同時也為室外換熱系統(tǒng)，例如抽灌井或地埋管換熱器提供基礎設計參數。

    其次，要合理優(yōu)化設計，這主要包含三方面的內容。一是要充分考慮現代節(jié)能建筑的特點，對于建筑采用了新工藝、新技術、新材料的，設計上要采用與其相符設計參數，否則會出現地源熱泵系統(tǒng)容量過大，大馬拉小車的現象，造成工程投資增大，能源浪費。二是關注系統(tǒng)的可調性。系統(tǒng)各部分的輸出量應能根據建筑的空調負荷自動調整，以達到系統(tǒng)的輸出與建筑空調需求基本相同的要求，從而節(jié)約運行成本，體現節(jié)能效果。在一些設計不合理的項目中，各級循環(huán)泵運行費用占總運行費用的30%或是更高，每供暖季循環(huán)水泵運行費用達到10元/m²以上，這樣的系統(tǒng)當然談不上節(jié)能。三是換熱孔或抽灌井的井身設計和平面布置。這些設計除了依據現行相關規(guī)范而外，更要依據項目自身的特點，充分考慮項目區(qū)水文地質條件，例如盡量不要在地下水流向上反復布井，換熱孔深度盡量控制在可鉆性好的地層內等，這樣才能保證以及進一步提高室外換熱系統(tǒng)運行效率，對保證整個系統(tǒng)的正常運行以及提高節(jié)能效果具有重大意義。

    再次，要保證成井質量，就要由高水平、有資質的施工隊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、鉆孔方法要根據地層變化調整，資質不高的隊伍很難完成，工程完工后一旦發(fā)現質量有問題，再進行補救或更新的成本極大、代價很高。例如成井質量不高導致的抽水井出水量小、回灌量小、出砂嚴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，“任何一種好技術的應用都是有條件的，不能盲目的應用推廣。”目前，業(yè)內普遍存在著對地質和水文地質勘察不重視的現象，他認為這種局面亟待改觀，而勘察、設計以及施工各方應充分發(fā)揮自身的特點，積極探索新的技術、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。

    另外，在項目進行時要對熱泵系統(tǒng)運行過程進行監(jiān)測，通過設置監(jiān)測網點，監(jiān)測項目對地溫的影響、對地下水水質的影響、不同含水層水質的變化，這也是合理開發(fā)和保護課題中應有之義。最后，潘小平還特意提到，在水文地質條件復雜的地區(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，否則水質狀況不同的含水層通過換熱孔混合，會破壞地下水資源，造成污染。

    紅櫨山莊項目的啟示

    在地源熱泵乃至暖通空調行業(yè)內，一種爭論經久不衰，那就是關于淺層地熱能可持續(xù)利用的問題。一方專家認為，土壤是不具備自我恢復能力的，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，將會導致地溫場的平衡被打破，長此以往將破壞淺層地熱資源；而另一方專家認為，土壤溫度的變化并非單向累積的過程，“冬夏平衡”的觀點本身將換熱工區(qū)土壤看成是一個孤立單元，不考慮與周邊土壤的聯系，忽略了地溫場的恢復能力，這并不符合實際情況。只要合理利用，處理好保護和開發(fā)的關系，淺層地熱能資源是可以持續(xù)利用的。

    在缺乏調查研究數據的情況下，爭論并沒有意義。實際情況究竟是怎樣的呢？本著科學嚴謹的態(tài)度、懷著求知探索的熱情，潘小平帶領他的團隊跨出了非常具有意義的關鍵一步。

    2008年，在昌平紅櫨山莊地源熱泵項目建設開動伊始，地熱研究所就決定將其作為監(jiān)測地源熱泵換熱工區(qū)地溫場的試點項目。于是在地源熱泵工程建設同步，地溫場監(jiān)測工程也同時啟動。項目組在地埋管換熱孔內和換熱孔外1.5米、5米處的25米和50米深度，均設置了溫度感應探測器，而且對地源熱泵系統(tǒng)本身的用戶側、地源側循環(huán)流體供回水溫度及流量也進行監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)共設置了溫度感應探測器9套，流量計2臺，以及數據自動記錄儀1臺。從2008年11月系統(tǒng)開始運行到2010年2月，已經取得了13萬組、共計146萬個監(jiān)測數據。

    通過對這些數據的研究分析對包括土壤溫度的變化趨勢、幅度、范圍以及地下水對換熱效果的影響等做出定性或定量評價，得出了一些階段性的成果和結論。其中尤其引人注目的是，監(jiān)測結果顯示土壤溫度變化并不是一個單向累積的過程，而是一個隨著空調負荷變化的動態(tài)過程。每當非空調季或空調使用強度降低時，土壤溫度就會有程度不同的自我恢復現象發(fā)生。這就是說，一方面，土壤溫度變化并沒有因為地源熱泵系統(tǒng)的運行表現出單向的、不可恢復的趨勢；另一方面，地源熱泵系統(tǒng)也沒有因為土壤溫度變化而導致無法運行或效率低下的現象。這些實實在在的監(jiān)測記錄和研究成果，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。

 
   個人簡介：潘小平，男，1963年2月出生，畢業(yè)于河北地質學院水文地質專業(yè)?，F任北京市地質工程勘察院地熱工程研究所所長，水工環(huán)高級工程師。從事地熱工作二十余年，1998年參加聯合國大學冰島地熱分院培訓，先后參加部級勘察項目十個，其中兩項獲部級獎勵，主持了小湯山地熱資源評價項目，編寫地熱可行性研究報告四十余份，施工管理地熱井數十眼。有豐富的專業(yè)知識和經驗，并有良好的組織管理和協調能力。

    近三年完成地熱井工程有：南郊農管中心地熱井工程(成井深度2500米)、金夢圓房地產公司地熱井工程(成井深度3300米)、忠良書院地熱井工程(成井深度3500米)、中鐵二十二局集團公司地熱井工程(成井深度2600米)、金夢圓房地產公司地熱回灌井工程(正在施工，設計成井深度3200米)、中國移動集團培訓中心地熱回灌井工程(正在施工，設計成井深度2500米).、.銀科房地產公司地熱回灌井工程(成井深度2500米).、王佐鎮(zhèn)地熱回灌井工程(成井深度3500米)等。

    2008年至今已建成的水源地源熱泵空調項目有：安德魯斯236號別墅地源熱泵空調工程、紅櫨溫泉山莊賓館東配樓地源熱泵空調工程、自來水集團第八水廠牛欄山水源地管理站水源熱泵空調工程、自來水集團南口水廠水源熱泵空調工程、房山世界地質公園博物館水源熱泵空調工程。另有紅櫨溫泉山莊賓館東配樓地源熱泵空調工程地溫監(jiān)測項目，已完成2008-2009年度的監(jiān)測報告編寫。

    2008至今完成的淺層地熱能利用可行性報告包括：北京市朝陽區(qū)蔣府莊園敬老院淺層地熱能勘察、國家動物疫病預防控制中心項目地源熱泵系統(tǒng)淺層地熱地質條件評估、大興區(qū)西紅門鎮(zhèn)獨棟住宅A型等9項項目地源熱泵系統(tǒng)淺層地熱地質條件評估、中關村軟件園R14號地源熱泵系統(tǒng)地質條件評估、北京市海淀區(qū)溫泉體育中心地源熱泵空調系統(tǒng)淺層地熱能利用可行性報告、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告。