地源熱泵清潔且高效 長足發(fā)展還需克服諸多不足

    地源熱泵是一種利用地?zé)崮軐⒌叵碌臒崃颗c冷量傳輸?shù)降厣线M行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸?shù)降叵卤３制胶獾难b置。其包含兩個主要載體，一是地，二是熱泵，前者強調(diào)其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結(jié)底是一種“空調(diào)”。地源熱泵要獲得長足發(fā)展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學(xué)的方案論證。
    地源熱泵清潔且高效 長足發(fā)展還需克服諸多不足
　　未來的戰(zhàn)略能源當(dāng)中，除了人們耳熟能詳?shù)乃堋⒑四?、太陽能、風(fēng)能、海洋能等，還有一種逐漸被了解的新能源——地?zé)崮?。地?zé)崮芤云渚薮蟮膬α俊V泛的分布、穩(wěn)定的屬性、清潔高效的利用，逐漸在能源市場中嶄露頭角，日益走入人們生活與生產(chǎn)中。
　　地源熱泵利用的是賦存最廣泛的淺層地?zé)崮埽壳笆堑責(zé)衢_發(fā)中最熱門的利用項目。
　　地源熱泵，包含兩個主要載體，一是地，二是熱泵，前者強調(diào)其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結(jié)底是一種“空調(diào)”。
　　“將地下的熱量與冷量傳輸?shù)降厣线M行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸?shù)降叵卤３制胶?，看起來只是一個傳輸?shù)倪^程，實際上為人們提供了溫暖與涼爽，同時又不必擔(dān)憂帶來環(huán)境問題，清潔高效的同時，利用的是可再生能源。”中國科學(xué)院院士汪集旸介紹。
　　“地源熱泵要獲得長足發(fā)展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學(xué)的方案論證?！鄙綎|建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院院長、地源熱泵研究所副所長刁乃仁說。
　　遍地開花
　　2014年2月，時任國家能源局局長吳新雄在河北雄縣召開現(xiàn)場會，宣布整個雄縣地區(qū)已經(jīng)不用燒煤、石油和天然氣，完全依靠地?zé)崽峁├洹崮茉?。而之前能夠完全依賴地?zé)崮艿牡貐^(qū)只有冰島的首都雷克雅未克。
　　小洋口地區(qū)最近打出一口92度的熱水井，水量在3000立方米左右，有望成為下一個“雄縣”。汪集旸大力提倡打造“小洋口”模式，解決冬天供暖、夏天制冷的問題。
　　“記得小時候在老家讀書，冬天又濕又冷，沒有暖氣，耳朵上、手上都生凍瘡，只能靠燒炭來取暖。”汪集旸回憶說，燒煤炭既浪費能源又污染環(huán)境。
　　“雖然小洋口發(fā)現(xiàn)的熱水井水量不大，但也能解決當(dāng)?shù)氐娜∨瘑栴}。就像廣東豐順地區(qū)建立的我國第一個地?zé)岚l(fā)電站，雖然裝機容量只有300千瓦，但是一直到現(xiàn)在都運行良好，當(dāng)時的確解決了當(dāng)?shù)氐碾娏栴}?！蓖艏瘯D介紹說。
　　在現(xiàn)場考察小洋口時，汪集旸為其作了一個整體規(guī)劃，從中低溫發(fā)電開始，一直到供暖、制冷、綜合利用、溫泉療養(yǎng)……
　　天津的地源熱泵同樣出色，天津17萬平方米的無障礙埋管區(qū)域，使用地源熱泵和水源熱泵，冬天供熱、夏天供冷，總建筑面積達90萬平方米。
　　我國擁有全球最大的建筑市場，比美國、歐洲的建筑市場都大。若現(xiàn)有建筑面積的5%，新增建筑面積的40%能采用地源熱泵供熱，則供熱面積可達到32.5億平方米。潛在的市場規(guī)模達1萬億元之多。“這個蛋糕還希望有更多人來分享。”汪集旸說。
　　制約仍存
　　“地源熱泵作為北方地區(qū)采暖方式之一，的確應(yīng)該引起足夠的重視，尤其是目前面臨著新農(nóng)村建設(shè)和城區(qū)周邊的農(nóng)村改造、農(nóng)村住宅小區(qū)建設(shè)進一步的推進。因此，有效解決好地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計、施工質(zhì)量，建設(shè)長期高效穩(wěn)定運行的地源熱泵系統(tǒng)是未來地源熱泵的一個發(fā)展方向。”刁乃仁在2015第七屆地源熱泵行業(yè)高層論壇上指出。
　　但從地源熱泵的制約因素來看，在建筑容積率較高的場合受限、冷熱負荷的平衡問題一直存在。另一方面，地埋管地下熱泵對地下水的擾動與污染不可小覷?！叭绻@孔穿過不同地下水層，可能會引起地下水水質(zhì)的串流甚至污染，回灌不密集，地表水的滲透也會對地下水帶來污染以及地下溫度場的擾動。”刁乃仁介紹說。
　　他認為，應(yīng)該對中大型系統(tǒng)方案設(shè)計給予足夠重視，同時地表水污水源、海水源熱泵還應(yīng)該考慮初投資和運行費用、效率問題?！翱傊推肺荒茉蠢檬怯写鷥r的，要消耗高品位的電能，污水或者海水熱回收所需要的能量搬運機同樣耗電。壓縮比小，冷端與熱端溫差小，這樣效率才會提高?！?BR>　　在較大項目的建設(shè)上，如果方案設(shè)計成單一制熱或者單一制冷也是不科學(xué)的。此外，復(fù)合變化大、使用周期短的項目設(shè)計同樣不合理?！叭绻w育場館或影劇院所也采用復(fù)合的地埋管熱泵系統(tǒng)，復(fù)合強度過大而造成使用時間縮短，方案顯然不合理?！钡竽巳收J為，由于土地面積受限，規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)模不宜過大。
　　如果地源熱泵的設(shè)計不科學(xué)、施工質(zhì)量差、對水資源產(chǎn)生負面影響甚至某種程度的威脅，這樣比較起來，節(jié)能效益變差，社會綜合效益無法體現(xiàn)。
　　找準對策
　　針對以上問題，刁乃仁認為，應(yīng)該謹慎選擇項目、選擇宜用的項目、做好設(shè)計與施工，才是質(zhì)量的保證。
　　先進應(yīng)該體現(xiàn)在適宜和高效，而不是高頻，基礎(chǔ)方案一定要采用適宜技術(shù)?！霸O(shè)計合理的方案可提高生產(chǎn)力，與硬件設(shè)備結(jié)合，兩手都要硬，這樣充分深入的方案論證，精心仔細的設(shè)計才是好項目的基礎(chǔ)。”刁乃仁說。
　　另外，地?zé)豳Y源的前期勘探也非常重要，尤其對地下巖層的掌握和地下水資源分布的了解非常必要。
　　“地?zé)峥辈旄饕氖墙鉀Q資源性條件，所以對大型系統(tǒng)來說能否長期穩(wěn)定運行，要靠資源性條件和系統(tǒng)性條件綜合分析評判。”刁乃仁說。
　　資源性條件有地質(zhì)條件、氣象條件、換熱強度條件；系統(tǒng)性條件包括建筑物冷熱負荷強度以及冷熱負荷是否平衡、連續(xù)運行時間，這就牽扯到地埋管換熱器的設(shè)計，同時也要考慮地?zé)釗Q熱器的體形系數(shù)。
　　國家能源局新能源和可再生能源司規(guī)劃，“十三五”新增加地?zé)峁┡娣e將達到9.5億平方米，其中地源熱泵新增7億平方米，常規(guī)地?zé)峁┡黾?.5億平方米，連同“十二五”的5億平方米，至2020年可實現(xiàn)全國地?zé)峁┡娣e14.5億平方米。
　　“‘十三五’新增7億平方米如何實現(xiàn)？”中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會原主任鄭克棪指出，“這要求國家的政策支持。全國每年完成新建建筑面積18億～20億平方米，如果政策落實，地?zé)衢_發(fā)者能像現(xiàn)在的太陽能光伏開發(fā)商一樣容易拿到補助，‘十三五’的指標(biāo)是可以完成的?！?BR>　　一個新常態(tài)下熱泵行業(yè)大發(fā)展的時代即將到來，汪集旸總結(jié)道，這里面既有機遇又有挑戰(zhàn)?！盁岜眯袠I(yè)一定要抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，勇于拼搏，開創(chuàng)新局面。”