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    項目以解決制約淺層地溫能開發(fā)利用科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題為目標，綜合分析了國內(nèi)外淺層地溫能開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究動態(tài)，從淺層地溫能資源高效采集、熱物性參數(shù)測試和熱響應(yīng)試驗、淺層地溫能高效轉(zhuǎn)化等方面開展研究。在開展野外鉆探、試驗測試及實驗室測試的基礎(chǔ)上，分析了不同地質(zhì)條件對地埋管換熱能力影響規(guī)律，并首次采用現(xiàn)場試驗方法驗證了地下水流速對地埋管換熱能力的影響。通過對比各種鉆進取芯方法對不同深度、不同巖性地層的適應(yīng)性和原狀土取芯率，提出了砂層、砂礫石層原狀土取樣工藝流程以及砂層、砂礫石層巖土熱物性參數(shù)的原位熱響應(yīng)試驗測試方法，并對其可行性和準確性進行了驗證。結(jié)合巖土樣品實驗室測試流程和技術(shù)要求，制定了巖土體熱物性實驗室測試技術(shù)標準，結(jié)合現(xiàn)場測試經(jīng)驗編制了現(xiàn)場熱響應(yīng)測試導(dǎo)則，規(guī)定了測試的基本要求、現(xiàn)場測試和測試數(shù)據(jù)分析相關(guān)技術(shù)要求，并研發(fā)了淺層地溫能熱響應(yīng)測試儀和多元化數(shù)據(jù)分析軟件，從而能夠便捷、準確的獲得巖土熱物性及相關(guān)參數(shù)。另外，本次項目建設(shè)了兩處典型地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)，提出了地源熱泵系統(tǒng)運行評價體系，并根據(jù)評價體系要求對兩處典型項目的運行效果進行了評價，為淺層地溫能開發(fā)利用項目運行評價、優(yōu)化設(shè)計和監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)提供了參考和示范。以上研究成果為加快我國淺層地溫能資源開發(fā)利用步伐、提升我國淺層地溫能開發(fā)利用的水平，保障社會-資源-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供了技術(shù)支持。
在北京市延慶城區(qū)內(nèi)，以夏都會議中心的工程建筑為工作區(qū)，結(jié)合建筑冷熱負荷需求和三種能源的能效計算，進行三種清潔能源利用分配方案設(shè)計和利用接口合理化設(shè)計，完成室外換熱系統(tǒng)、機房系統(tǒng)、與末端接口的建設(shè)，打造清潔能源三位一體示范工程，建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對運行效果進行實時監(jiān)測，做好設(shè)計優(yōu)化，開發(fā)建立能源評價系統(tǒng)模型和應(yīng)用軟件，用于本次科研成果的合理化推廣。
通過本示范工程的建設(shè)和評價模型的建立，實現(xiàn)三種清潔能源集成利用的科技創(chuàng)新，實現(xiàn)新能源集成應(yīng)用水平的進一步提高，并加以推廣應(yīng)用，以實現(xiàn)能源利用的高效性和可持續(xù)發(fā)展，為切實改善我市能源結(jié)構(gòu)、減緩大氣污染做出實質(zhì)性貢獻。

    本項目針對北京市淺層地溫能開發(fā)利用過程中存在的問題，通過開展鉆探、巖土取樣、熱物性測試、抽水試驗、熱響應(yīng)試驗、監(jiān)測評價等工作，解決了淺層地溫能高效安全采集技術(shù)問題，首次采用現(xiàn)場試驗方法驗證了地下水流速對地埋管換熱能力的影響，明確了不同地質(zhì)條件對地埋管換熱能力影響規(guī)律，為淺層地溫能的高效采集和合理利用提供了依據(jù)；開展了資源評價參數(shù)測試、試驗方法研究，首次提出了地層熱物性原位熱響應(yīng)試驗測試方法和原狀土取樣工藝方法，成功研發(fā)了新型測試設(shè)備，編制了《地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1253-2015）和《現(xiàn)場熱響應(yīng)測試導(dǎo)則》，為資源評價、地源熱泵系統(tǒng)規(guī)范建設(shè)提供了有效方法和依據(jù)；建設(shè)了典型地源熱泵監(jiān)測系統(tǒng)，提出了地源熱泵系統(tǒng)運行評價體系，搭建了淺層地溫能開發(fā)利用監(jiān)測預(yù)警平臺，對地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和實現(xiàn)淺層地溫能的高效轉(zhuǎn)化具有重要的指導(dǎo)作用。本項目在國內(nèi)外刊物上發(fā)表了多篇科技論文并取得了國家專利。項目技術(shù)成果廣泛應(yīng)用于北京城市副中心、北京新機場、世園會、北京汽車產(chǎn)業(yè)基地、用友軟件園等示范項目的建設(shè)，同時為《北京城市總體規(guī)劃（2015-2030年）》修編和《北京市“十三五”時期新能源和可再生能源發(fā)展規(guī)劃》的編制提供了技術(shù)支撐，極大程度上推動了淺層地溫能資源的綜合開發(fā)利用。
首次將地?zé)崴疅崮?、淺層地溫能和再生水熱能三種清潔能源有機的結(jié)合在一起，并建立一個示范工程，在滿足建筑物冷熱負荷需求的情況下完成供熱和制冷，且努力實現(xiàn)污染物的零排放。

    1.起草編制《地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1253-2015）
在本次研究工作的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)北京市淺層地溫能資源的合理開發(fā)利用，推廣應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)，促進地區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，起草編制了北京市地方標準《地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1253-2015），用于指導(dǎo)工程項目的勘查、設(shè)計、施工以及系統(tǒng)的檢驗、調(diào)試與驗收，確保工程設(shè)計的合理優(yōu)化、項目運行的安全穩(wěn)定，該標準已于2015年12月30日正式發(fā)布。
2.熱響應(yīng)測試方法技術(shù)研究
實驗室測試巖土熱物性參數(shù)的方法受取樣率、取樣深度等條件的限制，無法獲得真實的地層換熱能力，甚至對巖土樣品熱物性參數(shù)的測試也存在誤差。本專題通過對現(xiàn)場熱響應(yīng)測試方法技術(shù)進行了深入研究，在已有淺層地溫能現(xiàn)場熱響應(yīng)測試儀器的基礎(chǔ)上進行了技術(shù)改進，提出了現(xiàn)場熱響應(yīng)測試導(dǎo)則。
3.儀器改進
在保證測試儀便攜性的同時，測試儀包含所有可能實現(xiàn)的測試功能，包括巖土平均初始溫度測試、穩(wěn)定熱流測試、穩(wěn)定工況測試、地層溫度恢復(fù)測試、換熱干擾測試成功申請了《淺層地?zé)釘?shù)據(jù)采集裝置》、《地?zé)釡囟入娮涌刂蒲b置》兩項國家實用新型專利技術(shù)。

    項目相關(guān)技術(shù)的研究成果及發(fā)明專利，應(yīng)用于中糧生態(tài)谷、亦莊X87塊地、亦莊X91塊地、桂林創(chuàng)業(yè)大廈等多項地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)工程中的系統(tǒng)集成、關(guān)鍵設(shè)備制造、整體解決方案、檢測認證等方面，確保土壤換熱器系統(tǒng)的施工質(zhì)量和施工工藝，提高熱泵地下?lián)Q熱系統(tǒng)勘查，設(shè)計及施工水平；同時將研發(fā)的測試設(shè)備系列化并進行市場推廣，近幾年所產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益近1億元。
按北京地區(qū)冬季供暖負荷為50w/平方米，熱泵系統(tǒng)COP 取3.5，能供給建筑的熱負荷=地下?lián)Q熱量/（1-1/COP），一每公斤含熱7000大卡（29306千焦）的標準煤熱值標準，則采用地源熱泵系統(tǒng)供暖每年可代替標煤=供暖面積*供暖負荷*（1-1/COP）/標準煤熱值。根據(jù)淺層地溫能資源開發(fā)利用規(guī)劃目標，到2020年，實現(xiàn)淺層地溫能服務(wù)面積8000萬平方米，淺層地溫能資源開發(fā)利用規(guī)模是2010年的4.09倍，每年可代替標準煤101.08萬噸。

    根據(jù)《淺層地?zé)崮芸辈樵u價技術(shù)規(guī)范》定義，淺層地溫能是指地表以下一定深度范圍內(nèi)（一般為恒溫帶至200米埋深），溫度低于25℃，在當前技術(shù)經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利用價值的地?zé)崮?。北京市年平均氣?0-12℃，夏季炎熱，冬季寒冷，冬夏兩季較長，具備采用淺層地溫能資源進行冬季供暖和夏季制冷的優(yōu)越氣候條件。作為我國淺層地溫能資源開發(fā)利用最早的城市之一，近年來，在市場需求推動和國家及市政府的重視支持下，淺層地溫能資源應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛。
2008年12月3日，國土資源部發(fā)出了《關(guān)于大力推進淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的通知》。2013年1月10日，國家能源局、財政部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)文提出《關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的指導(dǎo)意見》，全面推廣和鼓勵地?zé)崮荛_發(fā)利用。2013年6月24日，北京市人民政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)《北京市綠色建筑實施方案》，方案中強調(diào)應(yīng)結(jié)合本市可再生能源稟賦條件和首都產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，因地制宜發(fā)展地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗七M可再生能源在建筑中的規(guī)?；瘧?yīng)用。2013年9月10日，國務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》，提出要加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，積極有序發(fā)展水電，開發(fā)利用地?zé)崮堋L(fēng)能、太陽能等清潔能源，到2017年北京市細顆粒物年均濃度控制在60微克/立方米左右。2013年12月27日北京市發(fā)展和改革委員會辦公室印發(fā)了《關(guān)于印發(fā)北京市進一步促進地?zé)崮荛_發(fā)及熱泵系統(tǒng)利用實施意見的通知》，通知中明確提出重點推進土壤源、再生水（污水）熱泵和深層地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。積極開發(fā)地?zé)崮芎桶l(fā)展熱泵系統(tǒng)，對優(yōu)化本市能源結(jié)構(gòu)，減緩資源壓力，實現(xiàn)供熱多元化具有重要意義?？梢?，作為新能源和可再生能源的淺層地溫能資源，在未來的城市發(fā)展建設(shè)中，它的需求會日益增加。

    作為開采淺層地溫能源的主要形式，經(jīng)過近50年發(fā)展，歐美地源熱泵技術(shù)日趨成熟。機組、地埋管換熱器以及系統(tǒng)設(shè)計、安裝有一整套標準、規(guī)范、計算方法和施工工藝。我國熱泵技術(shù)的研究開發(fā)工作相較國外開展得比較晚，近年來，國內(nèi)大學(xué)開展了一些對地下埋管換熱器熱工性能的研究，土壤耦合熱泵系統(tǒng)冬夏季啟動特性的實驗研究，地下埋管的鋪設(shè)形式及管材的研究，回填材料的研究，土壤凍結(jié)對地下埋管換熱器傳熱性能的影響，系統(tǒng)設(shè)計與安裝問題的研究等，為土壤源熱泵系統(tǒng)實施作了大量的基礎(chǔ)工作。本項目有以下技術(shù)創(chuàng)新：
1.開展了參數(shù)測試研究，首次提出了地層熱物性原位熱響應(yīng)試驗測試方法和原狀土取樣工藝方法，成功改進了新型測試設(shè)備，編制了《地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（DB11/T 1253-2015）和《現(xiàn)場熱響應(yīng)測試導(dǎo)則》。
2.提出了地源熱泵系統(tǒng)運行評價體系，結(jié)合典型項目提出了地源熱泵系統(tǒng)運行優(yōu)化策略。
3.首次采用無線遠程傳輸和網(wǎng)絡(luò)化管理的方法，建立了北京市淺層地溫能開發(fā)利用監(jiān)測系統(tǒng)，創(chuàng)建了信息平臺。
4.首次采用現(xiàn)場試驗方法驗證了地下水流速對地埋管換熱能力的影響，明確了不同地質(zhì)條件對地埋管換熱能力影響規(guī)律，為淺層地溫能的高效采集和合理利用提供了依據(jù)。
5.開展了北京市通州城市副中心、北京世園會園區(qū)示范項目能源利用方案研究。
建立了深層地?zé)崮?、淺層地溫能和再生水熱能三種能源集成應(yīng)用的系統(tǒng)模型，使這三種能源在現(xiàn)有開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)上有機的結(jié)合起來，實現(xiàn)了能源結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和系統(tǒng)能效最大化的合理分配。

    項目相關(guān)技術(shù)的研究成果及發(fā)明專利，應(yīng)用于中糧生態(tài)谷、亦莊X87塊地、亦莊X91塊地、桂林創(chuàng)業(yè)大廈、延慶縣夏都會議中心等多項地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)工程中的系統(tǒng)集成、關(guān)鍵設(shè)備制造、整體解決方案、檢測認證等方面，確保土壤換熱器系統(tǒng)的施工質(zhì)量和施工工藝，提高熱泵地下?lián)Q熱系統(tǒng)勘查，設(shè)計及施工水平；同時將研發(fā)的測試設(shè)備系列化并進行市場推廣，近幾年所產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益近1億元。

    

    至2010年底，北京市已建成地源熱泵項目724個，實現(xiàn)供暖建筑物面積約1957萬平方米；到2012年，實現(xiàn)供暖建筑物面積約3650萬平方米，每年約可替代標準煤46萬噸，約減少排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、碳粉塵等150萬噸，大大減少了空氣中污染物的排放；預(yù)計到2020年，北京市淺層地溫能利用面積累計達到8000萬平方米，每年可替代標準煤101.08萬噸，每年減少向大氣中排放二氧化碳249.45萬噸、碳粉塵68.05萬噸、二氧化硫7.51萬噸、氮氧化物3.75萬噸。
1.本項目應(yīng)用于“北京市方興亦莊項目地源熱泵室外換孔工程”，提供了地源熱泵室外換熱孔工程的設(shè)計、施工及其他技術(shù)服務(wù)。
2.本項目應(yīng)用于由青島市地下鐵道公司委托的“地源熱泵用于青島地鐵環(huán)境控制工程可行性研究”項目，開展了對于地表海水的可行性研究工作，對不同開發(fā)利用方式的經(jīng)濟效益、社會效益及環(huán)境效益進行對比研究。
3.本項目應(yīng)用于地源熱泵多功能測試車，該設(shè)備可以進行換熱試驗雙工況測試，獲取土壤原始溫度、土壤熱導(dǎo)率、綜合傳熱系數(shù)、單位延米換熱量等參數(shù)。
4.本項目應(yīng)用于“用友南昌產(chǎn)業(yè)基地一期地源熱泵空調(diào)項目”，提供了能源中心機房地源熱泵系統(tǒng)管線、設(shè)備、配電、自控系統(tǒng)以及室外地埋管系統(tǒng)設(shè)計等技術(shù)服務(wù)。