《地源热泵》杂志主编 方肇洪现场答疑

    方肇洪：

    各位同仁，很高兴又参加我们高层论坛，大家知道我们高层论坛本来主要是研究我们政策和行业发展，今天这个论坛组织者希望适当增加一些技术方面的内容，所以我们增加了几个技术方面的报告。

    因为我想地源热泵方面一般技术方面东西我可能讲的太多了，各位听了不只一遍了，所以我提出这样一个题目，讲一讲我们最近一两年正在做的一些工作，属于我们大家做的最多的，但是我们有时候会碰到一些特殊情况，我相信很多做这个行当的人大家也会碰到的。我在很多场合都说过了我们地源热泵碰到的三个障碍：一是初投资较高，高在什么地方呢？高在地埋管、钻井很费钱的，幸亏这两年市场竞争，特别是得益于我们中国和发达国家相比，我们的劳动力的成本比人家低的多。所以我们地源热泵发展是很快的，虽然它地埋管比较高，但是我想这个障碍正在逐年降低。二是需要有一定的土地设置地埋管换热器，在城市里面是一个很重要的障碍。三是关于冷热负荷平衡的考虑，前两年我很多场合都说过这个事，这两年大家对这个事重视的人越来越多了。

    那么我想我们的很多研究也是结合怎么样能够降低地源热泵推广应用碰到的这三个障碍。所以今天我讲两个问题，一个是能量桩技术。这个也是外国人起的名字，我们叫桩基地埋管，应用到我们地源热泵系统里面来。什么意思？我们很多楼，特别是高楼都会打桩，这个桩本来就是一个结构上做基础的要求。我们地源热泵遇到两个困惑：一个是成本太高，第二个是在城市里面没有那么多土地。那么我们为什么不在桩里头埋管呢，这样就减少了钻孔，也减少占地。当然，这个思路其实不是我们提出来的，在国外已经做了，国内也有做的，大家知道国内比较早的一个是上海世博会项目，有一些桩里面埋管，还有一个上海中心(大厦)也做了桩埋管。

    桩里面埋管碰到第一个问题是怎么埋？能量桩埋管方式，分为四个类型：一是单U型管，我们桩长度一般比较短，20、30米比较多短，我们常用80米、100米、120米钻孔深度，100米的话就是管子里面走200米，如果这个桩20米深的话，那么上下就是40米，如果走的太短就会换热不充分，形成大流量、小温差，或者这个温差和我们热泵的要求误差不一样，如果你的温差太小和热泵不匹配。二是并联双U型，每一个回路走的路程没有变化，有的人想我能不能把两个U型管变成串联，串联的话一来一回40米，再一来一回80米，比那个好一些，甚至三个串联起来。三是串联W型，这个W型有很大的问题，我们都是搞管路的，这个地方形成一个高点，那么容易积气，如果有空气在上头的话，这个管路积气多了以后会堵塞，我们北方都有暖气，我们暖气片经常积气以后一个闭管不热，那我们跑到楼定上放放气就又热了，那就是堵塞了。像这种东西我们能不能给它用排气阀放放呢，这个恐怕很难，所以不能办。四是螺旋型，螺旋形的排管有一个好处，你愿意在里面安排多少管长很容易，我们把这个距离改了以后，你愿意把200米的管放在里面也行，300米也可以都没有问题。

    这是我刚才说的上海**在浦东，这个楼设计原来是一个德国事务所设计的，他们设计高楼可能有他们的强项，但是对于设计地源热泵也不是他们强项，当时我们考虑的时候我也参与了，我们推荐螺旋型埋管。
   
    外国人做过了，大概在差不多10年以前就有一个比较大的苏黎士机场的项目就用了桩基地埋管，但是我收录了世界上各种文件，所有的项目的报道里头，我做的这个项目没有说这个桩基怎么算。大家知道工程师不能算不代表不能做，特别是桩基埋管在很多项目里面并不是承担100%的负荷，如果我只承担10%算的差一点可能也没有问题。我们也是希望还是能够算准。所以我提出一个桩里面怎么算的算，能不能把钻口的模型拿过来，理论模型最常用的是线热源模型，就是我把这个钻孔简化为一个线的源，是一个线，就是没有尺寸的，一个钻孔直径就是十几公分，100米长。所以我们简化为一个线也就马马虎虎，为什么简化成线？因为简化成线公式比较简单。同时还有圆柱面模型，你们做理论的人都知道，不做理论的人不知道，因为线的模型肯定不合适，所以就有一个圆柱模型，假设里面是一个空的，所以我的热量直接在圆柱壁面上，这个对于我们钻孔也就马马虎虎，也不是很准备。但是对于桩埋管来说动不动就是80公分，甚至1.1米的桩，我简化为一个线也好，简化为一个中间是空心也好都不对，中间怎么能是空的，中间热容量很大。那么我们就提出了一个实心圆柱模型，热源作用在圆柱面上，中间是实心的。本来是为了解决桩问题提出来的，我们发现用在钻口上也很好，比线热源模型也哈，比空心的也好。现在不到一年时间我们已经看到国际上很多研究地源热泵理论的人，他们的文章都开始引用我去年的文章了。由于时间关系，我想在座肯定都是有工程的，对这个理论细节并不是很关心我就不展开讲了，个别有些感兴趣的我们可以下面再私下讨论。
   
    这是去年发表的文章，那个板的热量看成一个连续的圆柱面，不好的地方是不能讨论这个圈是一圈一圈的，稀稀拉拉一圈一圈和很密一圈什么关系，我那个模型是不行的。所以我们今年把这个模型简化为一个圈一个圈，这个时候就可以讨论我圈和圈中间距离的影响，甚至简化为螺旋模型。这些文章我想在国内已经有发表了。这些我就不多说了，我简单给大家看一个图。这些东西不是说没有人算过，也有人算。刚才我讲了我们理论推出来就是一个公式，这个公式看起来有点长，但是就是一个公式，拿着这个公式就可以算。这是十个圈，有十个圈的螺旋线，温度随着时间，头一个时间短一点，时间长一点，再长一点。
   
    这是我们在理论方面的一些东西，一会儿我要给大家看我们在青岛也做了一个项目，大家也知道我们这几年做的工作，有理论方面研究，但是我们不是光写文章我们希望变成一个实际的东西应用。桩不是我们设计的，是搞结构的人设计的，然后我给他说在你们桩里面放一个管行不行，人家说行不行你签字画押，对我的桩没有影响，否认不让放，我现在是教授，但是研究热源。所以新的东西国家也要求规范，规范有的东西可以设计。当然我们要推广这个技术，我们要和搞结构的工程师取得共同语言。我们山东建筑大学里面有很多搞建筑的，所以我请他们研究，他们说也有很多理论，但是他们相信做实验，更善于算，混凝土也是很复杂的事。所以我们做了很多住宅，里面有钢筋，有拉、有压、有弯做实验，至少我们给结构工程师有一个，最后我们发现实际上很多专家和工程师他们定型的感觉应该是一大一小，但是我给他一个说法，他们最后也知道什么情况有什么影响，总体来说影响很小。我们做的事研究是研究，我们希望应用，我们把我们研究成果怎么样算的方法也有一些计算软件，然后我们就把这个应用到实际工程中。
   
    我们在青岛有一个项目，我做的事都不保密，我做的都告诉大家。大家可以看见钢筋笼，我把塑料管绑到笼子上。这个是把混凝土灌上以后的桩，这种技术我现在发现，在上海市是需求（和市场的），还是大家都感兴趣的。世博会项目国家投资，上海为什么感兴趣，因为上海一盖楼都是高的，四五层楼的太少了，所以他们都有桩，而且上海容积率很高，所以上海、江苏现在地源热泵的市场很好。为什么呢？我发现他的前景比我们北方一点都不差，我们北方解决冬天的问题是集中供热，但是你在南方、长江流域暂时还看不到集中供热的可能。但是南方、上海、南京也好，冬天也很冷，大家生活比较艰苦的时候，大家都咬牙，现在生活都改善了，所以大家也有供热，供热怎么办呢？所以地源热泵是一个很好的选择。
   
    第二个讲的是太阳能和地源热泵的结合，地源热泵在北方有点困难，那怎么办？我要提出一个概念，我们太阳能季节性蓄热技术，中国太阳能行业也很希望把太阳能解决供热问题，而不是简单的洗澡问题，我们一定要把夏天、秋天的热都攒起来，这个事情在国际上有很多研究。这是德州皇明蔚城的项目，我们现在还在考虑利用工业余热利用起来。
   
    由于时间关系我就讲这么多，超了几分钟不好意思，谢谢大家。