热泵技术与天津的“结缘之路”
行业内的专家都知道，天津市是一个地热资源相当丰富的城市。1936年，天津打出了第一眼地热井，从此拉开了天津利用地热资源的大幕。早在上个世纪七、八十年代，天津就开始了地热资源的规模化开发利用。朱家玲介绍说，目前，天津地区拥有10个地热田，覆盖面积达到8700平方公里，地热资源的应用，给天津带来了巨大的经济效益和环境效益，实现了节能减排。
尽管天津的地热资源十分丰富，但朱家玲告诉记者，地热资源隶属矿产资源，是经过漫长的地质历史时期形成的。随着地热资源利用的广泛，长期以单采方式开发，将会导致热储层水位下降过快，地热井使用寿命缩短。而且地热尾水排放温度过高，不仅降低了地热资源利用效率，也容易造成对环境的热污染。因此，地热资源应采用合理的开发与利用。
在上世纪90年代，正当天津市地热资源的应用如火如荼地开展时，不少业内人士也开始了对另外一个问题的关注——如何实现地热资源的综合利用。供暖后的地热尾水温度约为40℃，由于能源品位低，不采用技术手段再供暖显然是行不通的，如果直接排出又造成了极大的浪费，怎么办？这时，业内专家把视线聚焦在了热泵技术上。引入热泵技术，将水加热后再次利用，成为解决问题的有效方法。这样不仅可以使热能得到充分利用，提高资源利用率，还可以降低地热尾水温度。有数据称，采用热泵技术可以使热利用率可以由传统利用方式的45%提高到85％，甚至100%。
由此，热泵技术开始逐渐在供热项目中得以应用。朱家玲介绍，由于用地热能供暖与用锅炉供暖运行方式不同，可以实现持续供热，供暖质量高，能耗低。随着地热资源应用的发展，地板辐射采暖方式也在不断成熟，目前，在建筑采暖末端系统中，已经非常普遍。因此，为热泵的应用提供了更多的商机。利用热泵，可以将供暖后的尾水通过热泵提温到可以满足采暖设计要求的工况，完全可以满足供热的需求，“这样就实现了地热资源的梯级利用。”正是通过梯级利用等一些资源综合利用的方式，使天津地热资源的开发走到了全国的前列。
与此同时，天津浅层地热的开发与利用也逐渐开展。天津地处华北平原北部，平原区1万多平方公里范围内覆盖有200米以上的松散沉积层，浅层地热能量非常丰富，具有明显的浅层地热能资源开发优势。朱家玲告诉记者，大约在2000年左右，正是伴随着全国地源热泵行业的发展，天津市也开始应用水源热泵、土壤源热泵，从试点开始慢慢推广。如今，同国内北京、沈阳、河北、山东、江苏等不少城市一样，天津地域热泵技术尤其是土壤源热泵技术发展很快，应用也很广泛，特别在天津滨海新区，发展速度非常快，目前正以每年15%-20%的速度发展。也拥有非常广泛的前景。
浅层地热能资源开发利用试点的示范意义
天津浅层地热开发工作方兴未艾，2009年底，浅层地热能资源开发利用示范工程的落户无疑又给天津的浅层地热行业注入了一支强心剂。
2009年10月份，国土资源部与天津市联合开展天津市浅层地热能开发利用调查的试点工作。国土资源部与天津市总投资3000万元，对天津市的浅层地热能特征和分布等进行调查。2010年这项工作已全面展开，并于年底全面完成。据了解，天津根据不同地质条件,结合《天津市城市总体规划（2005年-2020年）》，选择10处不同区域、不同类型、不同利用方式和规模的典型项目建设示范工程，总面积为100万平米左右。这些示范工程包括：选择水文地质条件较好、地下水资源丰富的蓟县、宁河县，建设水源热泵系统示范工程2个；选择市东部具有滨海平原沉积层广泛代表性的中新天津生态城、塘沽、大港，建设地埋管地源热泵系统示范工程3个；选择以典型冲湖积层为代表，分别位于本市西北部和西南部的武清区、静海县，建设地埋管地源热泵系统示范工程2个；选择中心城区有一定规模的公建项目，建设地埋管地源热泵系统示范工程2个；选择以地热能为主导的公建项目，建设多能源联合利用系统示范工程1个。据称，10个示范工程建设将于年底完成。
对于这项工作的开展，在朱家玲看来，既是天津地热行业的大事，对全国这一行业的发展也都具有示范和指导作用。省部联合的方式有诸多优势：首先可以系统了解天津浅层地热的分布情况，以此指导天津浅层地热能的科学化开发和利用。毕竟，与地热的开发和应用相比，浅层地热的相关论证评估和调研工作目前仍显得相对欠缺。此外，据了解，这项大规模的调研内容不仅包括对资源进行分析，同时还可以藉此了解该市各个不同区域水资源上下游的流动情况，以及土壤的物性参数、导热系数、热容量等。通过在不同的区域打井、岩心取样，可以了解各区域不同的水文地质情况，以此确定不同地区实施地源热泵工程的不同方案。而且通过动态的监测，在地下布置岁深度不同的测试探头，可以了解土壤源在长期取热、放热时温度场分布特征，以此研究土壤变化的趋势。
近几年来，在行业内一直以来都有一个课题引发讨论，那就是在一些极冷极热地区应用地源热泵，是否会对土壤造成影响，这种影响有多大，变化趋势又是怎样的。而此次通过动态监测，恰恰可以用真实数据来证明，工程运行若干年后地温场的变化情况和趋势，以及对地源热泵使用的影响。
此外，在朱家玲看来，这种示范调查工作更深远的意义在于，既会对天津浅层地热能科学合理的应用给予技术指导，也会在全国建立一个在技术规范、管理科学的示范模式。各地可以借鉴这种方式，分地域的进行调查、评估与勘测。同时也可以吸取这项示范工程的各种经验，了解行业内存在的各种问题，以最好的方式进行解决。
说到行业内存在的各种问题，相信很多业内人士都颇有感触。毋庸置疑，浅层地热的开发和综合利用是一件极具节能减排效益的好事。但正是由于这一市场前景广阔，行业又发展十分迅猛，导致了行业还有待进一步的规范。
朱家玲告诉记者，目前，各省市在浅层地热能开发利用建设项目管理主体还不是很明确，管理体制需要理顺。她举例说，深部地热资源属于矿产资源，在开发利用和管理上，经历了几十年的摸索，在大部分城市中，地热资源开发项目建设在管理上已经非常规范。如从开始钻新井申请、勘探、审批等均有严格的程序。从前期的评估论证到开采，必须得到相关部门的审批和许可，并已经建立了相应的法律法规。然而在开采浅层地热能，除了水源热泵由当地水务部门进行前期审批外，土壤源热泵在项目建设中没有相关的管理部门。因此，只要建设双方认可，就可以直接在地上挖井埋管，不需要获得行政审批和许可。
由于每个地区的水文地质条件不同，因此，是否适合使用地源热泵、适合使用哪种地源热泵（水源、土壤源）具体工程如何实施，需要进行前期的勘察、评估和论证的。但目前行业内却恰恰忽略了这个基础工作。项目建设不经过前期论证、勘探等技术程序，造成后期出现运行等问题。因此，如果能够对所有的项目都要求出具可行性报告，严格审批，就能在一定程度上改善目前行业的现状。
除此之外，在设计和施工上也需要进一步规范。目前一些地源热泵工程的设计都是根据经验数据估计土壤的换热能力，并在设计上直接确定埋管的数量和井的深度。但实际上，不同的土壤资源情况并不不同，根据估算的结果来设计施工安装会导致系统运行出现问题，甚至出现取热（冷）效果差，热泵机组停机。而由此引发的问题，进行工程修复将是非常困难的。因此，该设计方法是不科学的。另外，由于行业的门槛不高，相关企业较多，对隐蔽施工的监理机制也不够健全，执行力度较弱。造成了施工质量不高、设计不合理、运行不科学、管理不到位的现象，直接影响了地源热泵行业的健康发展。
朱家玲告诉记者，要解决这些问题，首要的是在已经规范标准技术的同时，理顺管理体制，建立对企业的准入和专家评审机制，从立项、设计、开工和建设都要有相关部门的管理。其次，要强化设计、施工、监督的环节。再次，对于政府的补贴制度，要科学化管理，施行全面监管，并保证政府的补贴制度应该系统运行正常条件下实行。另外，要设置行业门槛，对企业的准入有一定的要求。由于地源热泵涉及地下工程很多，因此尤其要重视施工监理，确保工程能够按照设计进行。
其实，目前国内地源热泵技术的发展非常迅速。朱家玲补充说，与法国、瑞典、德国、瑞士等欧洲发达国家相比，除了热泵关键部件在制造技术稍落后于发达国家，我国在地源热泵系统整体技术上和世界先进水平没有很大的差距。因此，差距主要体现在管理上。如果在这方面能有所提高，再适当提高自动化的程度，国内的地源热泵行业发展必将更加有序健康。
专家简介
朱家玲，毕业于天津大学机械工程学院热能工程系，获工学硕士学位。现任地热研究培训中心主任，教授、博士生导师，享受国务院特殊津贴专家。
朱家玲多年从事教学与科研工作，曾主持完成多项国家“七五”、“八五”、“九五”、科技攻关项目，主持多项国家十五、十一五“863”项目的研究工作。由天津大学承担省部级项目“天津市地热资源开发利用集约化技术研究及工程应用”研究成果，获得直接经济效益835万元，间接经济效益达9800万元，该项目荣获2002年度天津市科技进步一等奖；天津大学承担“中低焓地热工程建设技术”项目，成果推广应用后，仅直接经济效益达1.3亿元，为地热资源利用开创了新的利用模式，该项目荣获2003年度国家科技进步二等奖。
截止到2009年，已完成国家及省部级科研课题20多项，并已在国内外核心期刊发表论文几十篇，其中被EI检索24篇，SCI检索2篇。于2004年作为主编人之一由科学出版社出版综合性很强的中国第一本地热专著《中国中低焓地热工程技术》,2006年作为主编由化工出版社出版的地热专著《地热能开发与应用技术》，科学出版社2010年出版《可再生能源丛书》均已在全国发行销售。目前，已完成编写大学本科生关于新能源技术的教材。
曾荣获2004年天津大学巾帼立功先进个人、2004年天津市三八红旗手、2005年天津市劳动模范和天津大学三八红旗手、2006年全国三八红旗手、2008年天津市巾帼发明家、2008年全国第四届新世纪巾帼发明家创新奖。
