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粗顆粒地層地埋管熱泵技術應用案例地熱能是非碳基能源之一，具有清潔、連續、穩定與可再生的特點。

一、背景

地熱能是非碳基能源之一，具有清潔、連續、穩定與可再生的特點。開發利用地熱能替代化石能源，對於優化能源結構和改善大氣環境具有重要意義，地熱能作為地球內部普遍存在的巨大能量，具有充足的基礎資源保障。目前可以開發利用的地熱能包括淺層地熱能和中深層地熱能，其中，淺層地熱能通過熱泵技術提取，截止到2019年，我國以地源熱泵技術供暖製冷的建築面積已達8.41億平方米，既減少了化石能源的使用，滿足了人民日益增長的對美好生活的嚮往，又實現了城市能源消費就地化分布式供應的供給側改革新格局，對節能減排、打贏藍天保衛戰做出了巨大的貢獻。

地源熱泵系統分為地下換熱系統、機房系統和室內末端系統，因地質條件的不同，對地下換熱性能、施工難度、經濟性等方面均有影響，因此，地下換熱系統在地源熱泵系統中尤為重要。粗顆粒地層是指普遍存在於第四系鬆散地層中的類似粗砂、砂礫石、砂卵石地層，地下水富水性好，但施工成本相對較高。因此，全國範圍內在粗顆粒地層中實施地源熱泵技術的項目為數不多。但粗顆粒地層地埋管換熱效果明顯強於細顆粒地層，由於地下水的徑流，加快了地下溫度場的置換速率，不易引起地溫場溫度的變化，使地源熱泵機組的運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。

二、應用案例

1. 項目概述

粗顆粒地層地埋管熱泵技術應用於北京某中心地源熱泵項目，該項目建築面積25578.67㎡，大部分建築為地下建築。項目區位於永定河沖洪積扇中上部北東緣，第四系厚度在120-150m之間，主要由粘土、砂、砂礫石、砂卵石呈層狀產出，局部地區含有較大顆粒卵石。砂卵礫石層構成含水層，115m以上含水層厚度60m，富水性很好。

本項目在粗顆粒地層中共布設地埋孔343眼，孔深120m，孔內下入雙U，De25高密度聚乙烯管，經過測試，項目區域岩土體有效傳熱係數基本穩定在3.17W/（m.k）,可與砂岩、石灰岩或花崗岩媲美，這主要是粗顆粒地層中地下水富水性好，地下水的徑流增強了能量的循環，加大了系統的換熱速度。這是該類地層地源熱泵系統的最大特點。

2. 主要效益

（通過可量化的關鍵指標，描述應用案例的經濟效益或社會效益）

根據項目地源熱泵系統運行情況，在最熱的7月份，地埋管換熱系統進水溫度基本穩定在21.5-22.5℃之間，出水溫度基本穩定在25.5-26.5℃之間，溫差4℃，比常規的地源熱泵系統溫差高，相應系統運行效率較好。與傳統供暖方式相比，本項目地源熱泵系統每年節省運行費用約30元/㎡，項目年減排量：二氧化碳0.44萬噸、二氧化硫0.013萬噸、氮氧化物0.0065萬噸、碳粉塵0.12萬噸；節約標準0.11萬噸。

三、技術要點

（關鍵技術描述，自主知識產權的設備、技術、產品、軟件等）

1、開發一種鑽鑿粗顆粒地層的液壓式型鑽機

對於第四系鬆散地層，鑽井通常採用正循環龍門鑽機，正循環龍門鑽機主要通過鑽杆和鑽具的自身重力向下鑽進，若第四系沉積物顆粒較細（粘土、中細砂等），此種鑽機鑽進速度快，成孔效率高。但是對於沉積物顆粒較粗（漂石、卵石、礫石等）的地層，其鑽進速度明顯下降，只有細顆粒地層鑽進速度的10%，鑽進效率較低。在本項目中，我公司研發了一種鑽鑿粗顆粒地層的液壓式履帶型鑽機，專門針對粗顆粒地層，其工作方式均為循環鑽進，不同的是其通過控制液壓箱向鑽杆施加部分向下的推動壓力，在壓力的驅動下循環鑽進，鑽進速度快，效率高。另外，在結構上該種鑽機設計為履帶式，方便運移，省時省力省錢。

2、粗顆粒地層地埋管熱泵技術成功應用於項目

粗顆粒地層地埋管熱泵技術已經成功應用於中央和國家涉密載體銷毀中心項目中，在粗顆粒地層中布設換熱器，地下水的徑流使得熱量置換速度提升，保證了熱泵系統的穩定性和持續性。截止目前，中央和國家涉密載體銷毀中心項目運行效果良好。

3、技術成果

通過本項技術應用，獲得「鑽鑿粗顆粒地層的液壓式履帶型鑽機」實用新型專利（專利號：ZL201720273434.8）和「用於鑽井鑽杆的防反泥漿組件」實用新型專利（專利號：ZL201720142388.8）。

四、應用前景

（行業前景、商業模式、推廣空間、問題挑戰等）

地熱能是連續穩定的清潔非碳基可再生能源，開發利用地熱能對助力我國實現2030碳達峰、2060碳中和的目標有望發揮重要的作用。目前，我國地源熱泵利用總量已位居世界第一，未來「十四五」期間，我國將更加積極的推進地熱能的多元化開發利用。作為粗顆粒地層地埋管熱泵技術，有效解決了特殊地質條件下地源熱泵系統的應用，拓寬了地源熱泵系統的適宜區範圍，為國家清潔供暖提供了有效的技術保障。