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方肇洪:中深层地源热泵技术实践呼唤理论支持

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  来源:《地源热泵》杂志    作者:戴海雷   发布日期:2020-03-05
核心提示:与浅层地源热泵相比,中深层地源热泵利用的地热温度高,供热效率进一步提高,可以在单供热的模式下长期运行,此外它的占地需求小。与水热型中深层地热相比,中深层地源热泵系统采用封闭的换热管进行换热,不会破坏地下水资源也不存在回灌困难的问题。

近年来,我国地源热泵产业已走在了世界前列。在中国地热取得辉煌成绩的背后,离不开几代地热工作者的努力和付出。作为中国地源热泵空调技术的开拓者方肇洪教授1968年毕业于清华大学,1987年获得清华大学工学博士学位。自上世纪80年代起他曾三次公派到英国、加拿大和美国留学;特别是2000年带着问题去美国,专心致力于地源热泵技术的学习和研究,此后见证了我国地源热泵技术从引进到引领的蜕变过程。近日,方肇洪教授就当前我国中深层地源热泵理论研究及实践应用等相关问题接受了《地源热泵》记者的独家采访,他认为当前我国中深层地源热泵实践亟需呼唤理论的支持。



近年来,随着浅层地热能技术的成熟应用,越来越多的企业开始把目光投入到中深层地热能领域。方肇洪教授介绍,与浅层地源热泵相比,中深层地源热泵利用的地热温度高,供热效率进一步提高,可以在单供热的模式下长期运行,此外它的占地需求小。与水热型中深层地热相比,中深层地源热泵系统采用封闭的换热管进行换热,不会破坏地下水资源也不存在回灌困难的问题。因此,中深层地源热泵技术有着自己独特的优点。


《地源热泵》记者了解,在陕西西安地区,中深层无干扰供热技术从2012年第一个建成的工程到现在已经七年。而这项技术的应用,到目前在建的和已经建成的超过了一千万平米建筑面积。由于中国企业家的勇气和开拓创新精神,中国在这方面又走在世界的前面。


方肇洪介绍,浅层地热能通常钻孔到地下100米,地温十五六度,我们都取出热量来了;钻到地下2000米,地温六七十度,怎么会取不出热量来呢?“所以这个技术在理论上是没有问题的,能不能在市场上站住脚,还要通过实践的考验。”


作为一项新技术,全行业都比较关注。近年来方肇洪教授也一直关注中深层地埋管技术相关研究及应用。他明确表示,“我本人支持中深层地热研究和应用。”他坦言,现在中深层地热的理论研究或者技术开发已经落后于实际的项目应用,“现在企业家已经跑到做研究的人前面去了”。在方肇洪看来,目前中深层地热最大的问题在于经济性,其初投资又比浅层地热要高,“这项技术能够在市场上立脚,不是说做学问的人或者做理论的人说它好就一定好,政府说好它就会好,最终还是要靠市场来接受它”。


关于闭式中深层地源热泵技术的创新和应用,方肇洪教授发表了自己的观点。他认为,与浅层地源热泵技术一样,中深层地源热泵技术的热量来源主要不是从地球内部传出来的热量,因为从地球深处传上来的热量(大地热流)与热泵系统的取热速率相比只是一个小量。这种热泵系统的热源主要是岩土中的蓄热。如果没有别的热量补充,岩土的温度就会逐渐降低,对于单个地热井(孔),或者是相邻孔的距离足够远,理论可以证明,在持续取热的情况下,地热孔周围岩土的温度在开始的3-5年内有小幅下降,随后逐渐趋于平稳。对于比较密集的钻孔埋管,如果没有别的补热手段,持续取热的结果一定会使得岩土体的温度降低,系统供热能力逐渐衰减。而决定这种衰减程度的主要因素是孔间距、系统的设计寿命以及平均取热速率(总取热量)。根据初步的理论研究,要保证系统持续有效的工作30年,在没有补热的情况下,建议群孔间距不要小于50米。更确切的结论还要结合其他各种不同因素做进一步的研究。


“实践检验的结果恐怕要到10至15年以后才会看到,那是最权威的结论。不过,现在业内对这个问题似乎还没有重视,在理论和实践上更没有形成共识,但实际应用已经在较大规模的展开。”方肇洪对此不免担忧,他希望这一观点能起到抛砖引玉的作用,“做研究的人能从理论上关注这一问题,做实际工程的技术人员应该知道有这样的一种意见,可能会少走弯路”。


(注: 文章节选自2020年1-2期《地源热泵》,更多访谈内容,敬请阅读本期“人物专访”专栏)


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