时间:2024-02-20 14:37:19
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇地质勘测市场前景,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
1. 我国地质勘查和找矿技术现状及存在的主要问题
1.1 投入资金不足
我国传统的勘察都是人工化方法,信息化系统找矿勘查并不完善,这都是由于我国对勘察的资金投入量不足,并且传统的勘察观念根深蒂固,对勘察的重视不够,投入的资金并不能运用到真正提高勘察质量上。
1.2 市场主体缺乏
目前我国现行的勘察主体主要是国有的地质勘查单位,缺乏市场化主导,勘察行业的市场机制准入受到了国有垄断,导致勘查的行业的发展受限。由于国有单位的垄断属性决定着勘查主体的局限性,通常国有勘查的运行采用的行政手段,在市场化制度是弱边缘化的主体,不能成为合格的标准市场主体,这对想进入勘查行业的其他私有化市场主?w不公平,也不利于勘查行业的有序发展。
1.3 找矿人才稀缺
地质勘查的人才培养体系不完整,找矿人才结构不合理,基层的找矿人员较多,而顶层具备勘察技术的人员较少,且基层的勘察人员缺乏勘查的创新能力,找矿技术缺乏应用实施。地质矿产事业关系着我国资源利用,而矿产事业的储备人才少,对地质勘查的后备力量的培养并不重视,这制约着我国矿产事业找矿技术的发展。
1.4 创新能力不足
虽然当前我国对于能源的需求不断上升,而且对于地质矿产的开采以及勘查技术也获得了很大的提升,但是整体看来仍存在技术创新能力不足的问题。在地质勘查与找矿技术的应用上,我国并没有真正走在国际化先列之上,仍然有很大的技术发展空间需要改进和提高。
2. 新形势下地质勘查方法
2.1 规划合理或适当超前
矿产施工的地质勘察是个系统工程,适当的规划,合理规划是工程项目的前提条件。矿产勘察遵循自然规律,体现人性化,以人为本,勘查的规划图突出科学发展观的理念,突出矿产地质勘查的类型结合,中央性勘察和地方性勘查相结合,公益性勘查和商业性勘查相结合。勘查的地方性事业的发展与勘查地域性的拓宽相结合,各个矿产勘查领域单位相互结合才能促进我国勘查事业的发展。规划区域单位与矿产施工现场做到理论联系实际,顶层设计要有前瞻性,有远见的地质勘察能使基础勘查工作有力开展。
2.2 因地制宜
由于矿产的形成需要很长的时间,在地壳运动等方面也是较为复杂的,会涉及底层的断裂等现象,所以在不同的地区可能产生的原因不同,在勘查的过程中要对不同的地方进行不同的勘查。在进行这些勘测等类的工作时,我们必须深入地了解,并且把握好中国的地质条件,与此同时,掌握相关的资源分布规律。这些要与中国国民经济发展布局以及社会经济发展需求的原则相一致,遵循社会发展的布局的一定规律。结合人口分布、土地利用以及基础设施建设等各方各面的内容,合理地制定出地质矿产资源勘测的区域布局,更好地推动中国地质矿产资源勘探工作的开展。大量勘查实践证明,只有从矿床实际情况出发,按照实际需要决定勘查的各项工作,才能取得比较符合矿床实际的勘查效果。如果不计实际,随便想象,将会带来很多不必要的麻烦。因此必须加强矿床各方面特征的观察研究,同时又要加强地质、设计和建设单位的方面结合,使勘查工作既符合矿床地质实际,又能满足矿山建设的实际需要。
2.3 循序渐进遵循规律
矿产资源的分布有其规律性,我国的矿产资源分布主要集中在东北和西北两大块区域,因此建立大型的矿产基地应考虑矿产资源分布情况,循序渐进地进行勘察规划,根据具体地形地质情况,资源分布特征,进行合理布局,因地制宜,勘察过程,对人口分布情况、国土利用情况、城建情况进行前期勘察。矿产施工的地质勘查过程是一个周期较长的过程,漫长性决定了勘查过程必须遵循矿床规律循序渐进,要保持耐心的工作心态,和刻苦钻研的精神。
2.4 完善勘察管理体制和勘查技术
全面完善的勘查管理体制是勘察的制度保障,各级勘查主体进行相互协调和合作,避免出现制度与管理相脱节,国家出台相配套的勘察制度,为勘查的有效开展提供配套措施。此外,勘查技术的应用范围进行科学规定,科学经济高速发展的时代需要不断创新地质勘查的技术,完善找矿技术信息化处理,加强勘查技术的信息化建设,落实对我国提出“科教兴地”的口号。同时,勘察能力建设也是重中之重,完善找矿的理论体系,对勘查人才的培养建设成为主要培养策略。
3. 新形势下地质找矿技术应用
3.1 危险矿山
由于矿产资源的开发度逐渐增大,开采量大幅度的提高带来的是矿产资源的枯竭,已知矿区的浅层矿床已面临着资源匮乏的现象。因此,为了实现可持续发展,扩大寻找矿产资源的范围,找矿的矿区已经拓展到了危险的矿山。危机矿山的地质勘查和找矿需要遵循以下的原则:寻找非传统的矿产资源。传统的矿产资源,如铜矿、铁矿资源已经不能满足常见矿物的寻找,更要放眼于整个国际矿产事业形势,了解国际热门的矿产资源,取得开发利用热门资源的主动权,并逐渐寻找可替代传统矿产的新兴资源,减少了开采无利用价值的矿产资源。因此危险矿山的开采成为可持续发展原则的主要找矿方向。寻找富含市场前景的矿产资源的矿山,开采优质的替代资源。此外,危险矿山的地质勘查必须做好相关的数据比对,制定科学的开采方案。可以采用地质时间表的找矿技术,运用物、地、化的多种充分材料,分析成矿区与深度矿层的具体联系。
3.2 尾矿或生矿
过去的采矿工艺不成熟,在采矿过程常出现安全事故。尾矿的开采成为了制约找矿发展的问题。因此,尾矿或生矿的开发,注意对安全开采的因素控制,由于尾矿开采的危险因素较高,必须严格按照国家的开开采要求,提高尾矿开采的谨慎性,处理尾矿的意外事故要有前瞻性,提高开采提高尾矿开采的科学性,不仅能提高开采利用率,还能对尾矿实现环境保护。
3.3 未知矿山
人类矿产开采活动逐渐频繁,可被寻找的矿产资源逐渐稀少,矿产资源的开拓难度越来越大,且找矿周期逐渐增长,而矿产资源的勘察和找矿有时间限制,这就要求在勘查和找矿过程提高合理性。因此在向位置矿山开采的时候应该合理估计未知矿山的矿产存储量,开发利用矿产资源过程要充分估量矿产的剩余量,同时,周边的地质环境进行合理勘查,由于未知矿山的开采是没有过往经验的,对勘察的安全性评估以及开采后带来的环境影响应加以控制,必须由严密的监督体系,才能在未知矿山上的勘察和找矿。对于位置矿山的矿区找矿,可以使用大比例尺的技术,使用大比例尺的地质填图,对新形成的地质资料进行恰当的修补编制和预处理,满足寻找矿区的基本信息。在此基础上形成矿床成矿模型和建立找矿模型,对于地质复杂的矿山的成矿规律进行模型建立,达到类比预测的目的,是一种模拟成矿效果的找矿技术。
关键词:地铁;投标文件;技术标书;商务标书
随着经济社会的快速发展,交通拥堵已成为各大城市的存在的普遍现象,因此大力发展公共交通已经成为解决城市拥堵问题最根本、最有效的方法。而地铁在交通上的独特优势使其成为发展公共交通的首选。地铁的建设在我国虽说起步较晚,但是近几年的发展速度迅猛。目前我国大部分大型城市已经有地铁建成,如:北京、上海、广州、天津、南京、深圳、西安、成都、沈阳、杭州、武汉等,正在建设地铁的城市达30余个, "十一五"期间,北京地铁线路运营总里程达到561公里,上海规划修建市区地铁线路7条[1],广州建成地铁195km[2],青岛也规划了5条地铁线路[3],而且越来越多的二、三线城市地铁建设也正在规划审批之中。
地铁作为大型基础设施关系到社会公共利益和公众安全,依据中华人民共和国《招标投标法》之规定:对大型基础设施、公用事业等关系社会公共利益、公众安全的项目,对全部或部分使用国有资金或者国家融资的项目等勘察、设计、施工、监理等推行强制性招投标。地铁工程设计投标已经成为获得地铁设计任务的必要途径。
一、地铁工程设计招标程序
地铁项目招标一般分为公开招标和邀请招标,现在多采取公开招标的方式。招标人(即业主)一般要选择一家招标机构,委托其办理招标事宜。
地铁工程设计招标的程序一般有以下几个:(1)招标公告;(2)资格预审(或资格后审):(3)发售招标文件;(4)勘踏现场与标前会;(5)递交投标文件;(6)开标、评标;(7)确定中标人、发出中标通知书;(8)谈判、签署工程设计合同(见图1)。
地铁工程设计招标程序要求公开、公平、公正,每个程序都要依法进行,只有这样才能既保护国家利益、社会公共利益和招标投标活动当事人的合法权益又提高经济效益,保证了地铁项目工程设计质量。
图1 地铁工程设计公开招标程序
二、投标前期准备工作要做充分
地铁工程设计投标是一个长期的、系统的工程,从前期的市场经营开发到逐步建立各种关系,了解一个市场、认识一个市场、进入一个市场,短则一年半年,长则二年三年;从内容上看,涉及一个单位的资信能力、技术能力以及经营开发能力等;从组织上看需要专业技术人员、经营人员、组织协调人员等的共同操作。
1、做好地铁市场的前期经营开发
这是做好地铁工程设计投标工作的基础。为做好该项工作,笔者认为应该从以下几方面来入手:
首先,应利用各种信息渠道了解各大中城市的地铁报批及审批情况,适时在即将启动地铁项目的城市建点,派专人紧盯地铁项目进展情况,与业主建立起良好的关系,让业主知道这个单位、了解这个单位。
其次,可以做一些地铁项目设计的前期工作,比如:帮助业主完善报批材料、地铁工程的可行性研究报告编制、地铁试验段的设计及技术咨询等。
再次,要掌握介入该地铁设计市场的其他竞争对手的情况,及时反应它们的动态信息,为自己单位的经营决策者提供决策依据,也为做好下一步的投标工作奠定良好的基础。
2、掌握丰富的基础资料
要想把自己的投标文件做的比别人更好,就要掌握比别人多的基础资料,包括:平时自己收集、归纳、掌握的同类地铁工程设计资料;也包括收集与该项目有关的地质、管线资料,与该地铁线地理位置和沿线各相关建(构)筑物有关的资料;有关车站规模、换乘关系以及预留发展项目与拟建项目的关系的资料;以及工程的预可行性研究报告、工程可行性研究报告等。掌握丰富的基础资料是投标前期准备工作的重要一部分。
3、成立投标组织机构
根据地铁工程设计投标的特点要吸收商务人员和专业设计人员参与投标书的编制,在投标负责人的领导下通力合作、齐心协力编写出高水平的投标文件,提高中标率。
投标组织机构的成立不仅为投标活动提供了组织保证、提高了投标的中标率,而且从长远看还能提高全院投标活动的针对性和全院整体投标水平的提高。
三、精心组织、合理安排做好投标 文件编制工作
地铁工程设计的投标文件分为技术标书和商务标书。二者相辅相成缺一不可,在所占分值方面,一般来说按100分计算,技术标书大概占65~75分,商务标书大概占25~35分。笔者认为在地铁工程设计投标中技术标书是基础,商务标书是关键,两者同等重要,均不能忽视。
1、精益求精做好技术标书
地铁工程设计投标中技术标书至关重要,它直接反映了投标单位的技术实力和对本工程的理解。
对于地铁工程的区间设计,主要在于施工方法的选取上。施工方法的选择与工程地质和水文地质条件、城市规划要求、周围既有建筑物、地下管线、地面交通状况等密切相关[3]。地铁区间的施工方法主要有明挖法和暗挖法两种,具备明挖条件的尽量采用明挖方法;暗挖区间的常用施工方法有盾构法、矿山法两种,两种施工方法的特点见表1。
表1 暗挖区间施工方法比较表
对于车站建筑设计主要是根据周围的地形、地貌、地面交通状况和地下管线现状,结合两端的区间的设置确定合适的站位、站址和总平面布置,找到出入口和风亭的位置;根据车站客流及其组织形式确定车站规模、车站站台型式和宽度;站台层和站厅层以及紧急疏散设计等。结构设计首先是施工方法的选取,目前国内城市地铁施工较为成熟的方法有明挖顺作法、盖挖顺作法、盖挖逆作法和浅埋暗挖法等。施工方法的选取应结合结构所在地段的工程地质及水文地质条件、城市规划要求,周围既有建筑物、道路交通状况、场地条件、结构埋深、结构型式、工期和土建造价等多种因素综合比较后确定[4]。对明挖、盖挖、暗挖的施工方案比选见表2。根据选定的施工方法选择合适的站台结构型式,站台结构型式主要有岛式站台和侧式站台两种。
表2 地铁车站施工方案比较表
综上所述,无论是地铁区间还是车站要做出好的设计方案,必须先分析边界条件,然后根据具体工程的特点、性质及环境因素结合各车站、区间所处的位置以及工程造价等,找出其设计要点,进行方案比选,最终选出最优、最合理的设计方案。
2、认真做好商务标书
商务标书的好坏是地铁工程设计投标成败的另一关键因素。编制商务标书必须认真、细心,一个小小的错误都有可能导致废标。
笔者认为为了编好商务标书应当注意以下几点:
(1)仔细阅读招标文件,是编制投标文件的基本依据。它规定了招标范围、设计条件、技术要求、投标单位的资格审查条件、投标报价要求、评分标准以及拟签订合同的主要条款等。
(2)积极响应招标文件,投标文件的编制应当严格按照招标文件的要求来进行,比如:有些招标文件对投标文件的字体、正文的字号、标题的字号都有明确规定,就要严格按照招标文件要求来进行编写。
(3)应当加强与技术人员的沟通与配合。商务标书中的一些内容需要技术人员的配合,比如项目组主要人员组成、勘察设计进度计划、质量和进度保证措施、后续服务安排与承诺以及涉及报价的工程投资估算等都需要技术人员提供资料。
(4)投标报价在商务标书中占有十分重要的地位,地铁工程设计报价主要有以下几种:招标文件给出上限价,投标人报价不得高于上限价的;要求报设计费率(区间和车站一般要分开报),不要求报设计费数额的;招标人不给参考价,投标人根据工程投资概算自行报价的。无论那种投标报价方式,其依据都是国家发展改革委员会和建设部颁布的《工程勘察设计收费标准》(2002版)。除招标文件有特殊要求外,在市场竞争异常激烈的今天,报价在正常取费的基础上应当适当下浮。报价的得分在最后的评标中得分是十分明确和客观的,这方面若和其他投标单位差距太大对中标十分不利的。
(5)商务标书要牵涉最后的签字、盖章和包封,因此到最后阶段一定不要麻痹大意,认真对照招标文件,该签字的地方签字、该盖章的地方盖章,漏签,漏盖都会招致废标。最后按照招标文件要求包封标书,按规定时间送到指定的开标地点。
总之,应当从思想和行动上重视商务标书的编制工作,编好商务标书,为最终的中标走好关键的一步。
四、结语
随着中国经济社会的快速发展,地铁的城市会越来越多,并且现在有向二线城市逐渐蔓延的趋势,地铁工程设计的市场前景是广阔的,以后的地铁工程设计投标也会越来越多,竞争也会越来越激烈。我们应不断加大经营力度,认真编写投标文件,提高地铁工程设计投标中标率。同时,应不断地总结设计投标中的经验和教训,取长补短,不断提高投标水平,以更大的努力来迎接心的挑战。
参考文献:
[1]毕艳祥.上海轨道交通"十一五"主要发展任务和目标[J].交通和运输,2006,(3).
[2]戚耀琪,常青."十一五"广州再建地铁195公里[J].广州交通,2006,(2).
[3]王君.山东青岛规划建设五条地铁线[J].中国建设信息,2006,(3).
关键词:夹砂玻璃钢管;性能;应用推广
1工程概况
澄碧河水库位于百色市右江区北部7.0km的澄碧河上,是一座以发电为主,结合防洪,城市供水、旅游等综合利用的大(一)型多年调节水库,总库容11.5亿m3,建成于1961年。澄碧河水库水质经检测达到国家一类饮用水,是百色市城区生活用水的主要水源。1993年建成了水库向百色市供水一期工程,取得了良好的经济效益;2004年又建成了二期供水工程。
澄碧河水库向百色市输水二期工程是由水库向市城东第三水厂输水,近期建设为DN800单管输水,建设规模为5×104m3/d;远期建设规模为20×104m3/d,工作压力0.6Mpa。管路大部分通过地形地质条件复杂的山区或穿越隧洞,工程施工难度较大,因此部分管路使用了大口径夹砂玻璃管道(FRP)。这是百色市首次在输水工程中尝试应用了夹砂玻璃管道,积累了一定的经验。
2工程设计要点
2.1工程地质输水管沿线为三迭系和第四系地层。三迭系河口组(T2h)主要为绿色砂岩、粉砂岩、泥岩等,中~厚层状,风化后呈浅灰、黄色、棕黄色,出露条带宽度大于700m,分布在输水管道全线;第四系坡积层(dlQ)为含碎石粘土,呈黄至棕黄色,稍湿,较坚硬,厚度1~3米,分布于管线大部分地段。第四系冲积层(alQ)为粉砂质粘土及砂土、砾质土,分布于一级阶地及河床、漫滩,分布于管线前段过河边部分。第四系人工填土(rQ)主要为含碎石粘土,取看破泥岩区的风化层及坡积层填筑,密度较大,分布于管线中段通过火柴厂、烤烟厂部分。工程地质条件复杂,给施工增加了难度。
2.2输水管线布置澄碧河水库向百色市输水二期工程输水管道从已铺设的一期输水管道1+830m桩号处引接,管路设计大部分沿324国道两侧3公里范围内的山脚布置。管路总长9.2Km,除有0.61Km通过农田外,其余均通过地形地质条件复杂的山区,其中穿越隧洞1151m。
输水管以预应力钢筋混凝土管为主,在连通管及跨度较大的架空管处采用钢管,在交通、运输不便的管段采用重量较轻的夹砂玻璃钢管。夹砂玻璃钢管共2370m,其中架空1336m,其余为地埋。
3夹砂玻璃钢管及其性能和优点
3.1夹砂玻璃钢管夹砂玻璃钢管是近年来国内外逐渐在石油化工、供排水等领域推广使用的一种新型柔性非金属复合材料压力管道,其实质是以玻璃纤维为增强材料,以不饱和热固性聚酯树脂为基体,中间夹石英砂的压力管(英文缩写名FRP,代号FWRPMP,简称夹砂管)。FRP管道目前执行国家建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》。
3.2夹砂玻璃钢管的性能和优点①比强度高。玻璃纤维按一定的规律通过张拉缠绕形成一种多层网状分布,大大地提高了管道环轴向强度指标。②刚度大。管壁内、外层之间夹有0.3~0.8mm粒径的石英砂,经浸透树脂固化后提高了玻璃钢管的刚度。③抗渗防腐性能好。高分子化合物不饱和聚酯树脂填充于玻璃纤维网络空间并与玻璃纤维良好的浸润,固化后不但起到传递荷载和防渗漏的作用,而且起到防止酸、碱、盐侵蚀的同时,也保护输送的介质无二次污染。④耐久性好。夹砂玻璃钢管的使用寿命与使用环境温度以及扫用材料及管壁结构形式有关,按现行标准JC/T838-1998的规定,通常寿命为50年。⑤重量轻。夹砂玻璃钢的比重为15~20g/cm3,约是钢材的1/4。该工程使用内径800mm,管壁厚12~14mm,单管长12m,重约0.8T的夹砂玻璃钢管,非常适应山区非机械施工。⑥流通能力强。夹砂玻璃钢管内壁表面糙率系数在0.008~0.009之间,管内不易被微生物玷污蛀附及结垢,压力损失小,管道具有较高的流通能力。
此外,FRP管采用承插连接方式,双“O”型食品级橡胶圈密封,每完成一个接头立即充气检查其严密性;另外,管道内衬为食品级树脂,所以此类管还具有综合造价低,安装方便、运行可靠、无毒无害等优点。
4玻璃钢管施工
4.1施工方法玻璃钢管施工实行《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268—97)标准。采用手推车运至沟槽,手拉葫芦完成安装、连接,具体方法和步骤如下:①检查沟槽,基础不允许有沉降,保证无块石管道直接接触。②检查管道是否有运输、吊装过程的损伤,橡胶圈是否受损。③用小车或人工将管道移至沟槽内,橡胶圈涂上食用油,套于插口,保证其在槽内不扭曲,承、接口干净。④两端管道调直,偏角小于2°,均匀插入至规定尺度。⑤用试压机对双胶圈之间进行充气试压,检查严密性,合格后用铜螺栓封堵。⑥使用无块石的粘土对安装好的管道周围15cm范围进行夯填,然后机械取土掩埋。
4.2施工质量管理①经监理人员现场取样试验,检测结果为:在5%挠度下管刚度5002Pa,A、B级挠度水平均合格;管壁材料环向拦伸强度为1858Kn/m;巴氏硬度外壁53,内壁57。试验结果表明所用玻璃钢管材料强度符合现行国家标准JC/T838-1998,管材质量合格。②管道注水试压:管道完成安装、除接头外的管道回填后,分段进行注水法管道严密性试验,试验压力为设计工作压力的1.5倍。经试验管道严密性符合标准,施工质量合格。
5应用效果
5.1管道安装简便、成本低。管路2+567~3+609m的桩号段为穿越原作他用途的DN3000的旧隧洞,由于隧洞横断面积过小,吊装机械无法进入;而5+420~5+624m桩号段及6+375~7+349m桩号段为地形地貌变化较复杂山沟及基本保护水田,用机械吊装则施工道路、措施等临时工程费用较高。采用夹砂玻璃钢管后,由人工通过双胶轮车运入、就位,手拉葫芦完成安装、连接。
5.2管件制安准确快速。该工程管路经过地形多变的山区,沿线有十多个直供用户,管件较多,共33个,使用玻璃钢管件后根据实际尺寸现场加工制作,尺寸精确,速度快,每组一天完成一个弯头的制作安装。
5.3管道严密性可靠。由于使用了双胶圈,每安装完成一个承插接头,现场立即通过双胶圈的气孔充气检查接头严密性,从而很大程度上保证整条管道严密性的满足,为及时回填创造了条件;该工程投产至今夹砂玻璃钢管运行正常。超级秘书网
5.4项目投资省。由于夹砂玻璃钢管管壁薄,管槽开挖宽度比砼管小10cm,本工程管槽开挖深2.0m,由此减少工程量为200m3/km,单管长且重量轻,减少场内运输费及管道安装费和临时工程费,项目节省投资。
5.5减少了维修费用。12m长的玻璃钢采用密封承插连接,节点减少,不易渗漏。
6结语
夹砂玻璃钢管道相对于传统的管道来说,具有独特的耐腐蚀性,比强度高,寿命长、重量轻,安装容易,无毒害、防渗漏,不污染水质和不结垢,内表面光滑等优点,在同管径下,加大了水的流量,不会产生阻碍物;输水水头沿程损失减少,同时输水加压消耗动力也减少,而且玻璃钢管道使用寿命长,正常使用条件下能安全运行50年。玻璃钢管在澄碧河水库输水二期工程的成功应用,不仅表明了其产品的性能可靠、质量稳定,而且取得了良好的社会、经济效益,有着广阔的发展前景。
参考文献:
一、热泵与建筑供热空调
随着经济的发展和人民生活水平的提高,公共建筑和住宅的供热和空调已成为普遍的需求。在发达国家中,供热和空调的能耗可占到社会总能耗的25-30%。我国的能源结构主要依靠矿物燃料,特别是煤炭。矿物燃料燃烧产生的大量污染物,包括大量SO2、NOX等有害气体以及CO2等温室效应气体。大量燃烧矿物燃料所产生的环境问题已日益成为各国政府和公众关注的焦点。我国的供热已经历了一家一户的小煤炉到燃煤锅炉的转变。现在又进一步禁止在城镇建设中小型燃煤锅炉房,体现了政府对保护大气环境的高度重视。因此,除了集中供热的型式以外,急需发展其他的替代供热方式。热泵就是能有效节省能源、减少大气污染和CO2排放的供热和空调新技术。
热泵(制冷机)是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。建筑的空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求。传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。建筑空调系统由于必须有冷源(制冷机),如果让它在冬季以热泵的模式运行,则可以省去锅炉和锅炉房,不但节省了初投资,而且全年仅采用电力这种清洁能源,大大减轻了供暖造成的大气污染问题。
采用热泵为建筑物供热可以大大降低一次能源的消耗。通常我们通过直接燃烧矿物燃料(煤、石油、天然气)产生热量,并通过若干个传热环节最终为建筑供热。在锅炉和供热管线没有热损失的理想情况下,一次能源利用率(即为建筑物供热的热量与燃料发热量之比)最高可为100%。但是,燃烧矿物燃料通常可产生1500-1800℃的高温,是高品位的热能,而建筑供热最终需要的是20-25℃的低品位的热能;直接燃烧矿物燃料为建筑供热意味着大量可用能的损失。如果先利用燃烧燃料产生的高温热能发电,然后利用电能驱动热泵从周围环境中吸收低品位的热能,适当提高温度再向建筑供热,就可以充分利用燃料中的高品位能量,大大降低用于供热的一次能源消耗。供热用热泵的性能系数,即供热量与消耗的电能之比,现在可达到3-4;火力发电站的效率可达35-58%(高值为燃气联合循环电站)。采用燃料发电再用热泵供热的方式,在现有先进技术条件下一次能源利用率可以达到200%以上。因此,采用热泵技术为建筑物供热可大大降低供热的燃料消耗,不仅节能,同时也大大降低了燃烧矿物燃料而引起的CO2和其他污染物的排放。
热泵利用的低温热源通常可以是环境(大气、地表水和大地)或各种废热。应该指出,由热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。
二、空调热泵的分类及其优缺点
以建筑物的空调(包括供热和制冷)为目的的热泵系统有许多种,例如有利用建筑通风系统的热量(冷量)的热回收型热泵和应用于大型建筑内部不同分区之间的水环热泵系统等。这里主要讨论利用周围环境作为空调冷热源的热泵系统。就其性质来分,国外的文献通常把它们分为空气源热泵(airsourceheatpump,ASHP)和地源热泵(groundsourceheatpump,GSHP)两大类。地源热泵又可进一步分为地表水热泵(surface-waterheatpump,SWHP)、地下水热泵(groundwaterheatpump,GWHP)和地下耦合热泵(ground-coupledheatpump,GCHP)。我国对热泵系统的术语尚未形成规范的用法。例如对地下水热泵系统有“地温空调”的商业名;而地下耦合热泵则在一些文献中称为“土壤源热泵”,或直接称为“地源热泵”。
空气源热泵以室外空气为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源,从室外空气中吸收热量,经热泵提高温度送入室内供暖。空气源热泵系统简单,初投资较低。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。而且,其制热量随室外空气温度降低而减少,这与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时,需要用电或其他辅助热源对空气进行加热。此外,在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,这也消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天气,由于其制冷量随室外空气温度升高而降低,同样可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于寒冷地区,在冬季气候较温和的地区,如我国长江中下游地区,已得到相当广泛的应用。
另一种热泵利用大地(土壤、地层、地下水)作为热源,可以称之为“地源热泵”。由于较深的地层中在未受干扰的情况下常年保持恒定的温度,远高于冬季的室外温度,又低于夏季的室外温度,因此地源热泵可克服空气源热泵的技术障碍,且效率大大提高。此外,冬季通过热泵把大地中的热量升高温度后对建筑供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用;夏季通过热泵把建筑物中的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。
地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统,但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。最近几年地下水源热泵系统在我国得到了迅速发展。但是,应用这种地下水热泵系统也受到许多限制。首先,这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。因此在决定采用地下水热泵系统之前,一定要做详细的水文地质调查,并先打勘测井,以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系。如果地下水位较低,不仅成井的费用增加,运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。此外,虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但目前国内地下水回灌技术还不成熟,在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内,造成地下水资源的流失。此外,即使能够把抽取的地下水全部回灌,怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源,任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的。国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格,地下水热泵的应用已逐渐减少。
地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源是值得考虑的一种空调热泵的型式。当然,这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制。此外,由于地表水温度受气候的影响较大,与空气源热泵类似,当环境温度越低时热泵的供热量越小,而且热泵的性能系数也会降低。一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关,需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。
地下耦合热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。“地下耦合热泵”的名称直译自英文,不通俗。通常也称之为“闭路地源热泵”(closed-loopgroundsourceheatpump)以区别于地下水热泵系统,或直接称为“地源热泵”。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动,实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中,流体从地下收集热量,再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行,即从室内带走热量,再通过系统将热量送到地下岩土中。因此,地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。它是一种可持续发展的建筑节能新技术。1998年美国能源部颁布法规,要求在全国联邦政府机构的建筑中推广应用地下耦合热泵供热空调系统。为了表示支持这种节能环保的新技术,美国总统布什在他的得克萨斯州的宅邸中也安装了这种地源热泵空调系统(见2001年5月18日参考消息)。
三、地源热泵供热空调系统的经济性分析
地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷,还可供生活热水,一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率,因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40-60%。另外,地源温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。
迄今为止制约地下耦合热泵系统在我国应用的障碍主要是在地下埋管的初投资较高,以及政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解。地源热泵空调系统的经济性取决于多种因素。不同地区,不同地质条件,不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。根据国外的经验,由于地源热泵运行费用低,增加的初投资可在3-7年内收回,地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。