地源熱泵讓建筑冷暖 “自制”

地源熱泵的工作原理

不久前，北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地源熱泵工程1號(hào)能源站開始啟用，實(shí)現(xiàn)為大興機(jī)場(chǎng)熱源中心和空防安保中心供冷。這標(biāo)志著目前中國(guó)國(guó)內(nèi)最大的多能互補(bǔ)地源熱泵系統(tǒng)工程啟動(dòng)供冷運(yùn)行，也是大興機(jī)場(chǎng)啟用的首個(gè)區(qū)域制冷設(shè)施。

根據(jù)測(cè)算，大興機(jī)場(chǎng)地源熱泵系統(tǒng)每年能提取淺層地?zé)崮?/strong>56.36萬(wàn)吉焦，實(shí)現(xiàn)大興機(jī)場(chǎng)公共區(qū)域近250萬(wàn)平方米辦公場(chǎng)地的供熱和制冷，節(jié)省天然氣1735.89立方米，相當(dāng)于21078噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可減少碳排放1.58萬(wàn)噸以上。

當(dāng)前，地源熱泵逐漸成為建筑能源的首選解決方案，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》近日在北京召開的“華清榮益·第十一屆中國(guó)國(guó)際地源熱泵行業(yè)高層論壇”上了解到，合理地用高效的地源熱泵技術(shù)給建筑供暖制冷，碳排放或能效都將優(yōu)于其他形式，將對(duì)建筑節(jié)能具有重要意義。

已走在世界前列

地源熱泵是陸地淺層能源通過(guò)輸入少量的高品位能源(如電能)，實(shí)現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉(zhuǎn)移的裝置。記者從會(huì)上獲悉，我國(guó)地源熱泵裝機(jī)容量已連續(xù)多年位列世界第一，地源熱泵產(chǎn)業(yè)從研發(fā)到應(yīng)用都已走在世界前列。

“隨著地源熱泵產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)在國(guó)際地?zé)衢_發(fā)利用領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)正日益提升。”中國(guó)工程院院士曹耀峰給出一組數(shù)據(jù)——到2017年底，我國(guó)地源熱泵裝機(jī)容量達(dá)2萬(wàn)兆瓦，年利用淺層地?zé)崮?/strong>折合1900多萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，實(shí)現(xiàn)供暖(制冷)建筑面積超過(guò)5億平方米。

中國(guó)地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)、地源熱泵雜志社主編方肇洪指出，從開始向歐美國(guó)家學(xué)習(xí)模仿，到現(xiàn)在有一些自主的創(chuàng)新，中國(guó)僅用了20多年時(shí)間就進(jìn)入到地源熱泵快速發(fā)展的階段。2015年中國(guó)地?zé)岬睦昧?、地源熱泵裝機(jī)容量、利用的能量就占據(jù)世界第一的位置。

實(shí)際上，上世紀(jì)80年代，我國(guó)一些高校和科研機(jī)構(gòu)就開始對(duì)地源熱泵技術(shù)進(jìn)行專題研究，并派學(xué)者前往美國(guó)、瑞典、德國(guó)等地學(xué)習(xí)考察。1995年，我國(guó)北方部分地區(qū)試點(diǎn)應(yīng)用地源熱泵技術(shù)進(jìn)行工業(yè)和民用建筑的冬季供暖、夏季供冷。21世紀(jì)以來(lái)，地源熱泵得到大面積推廣應(yīng)用，中國(guó)地源熱泵產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

之所以能夠在短時(shí)間內(nèi)從跟跑到領(lǐng)跑，在方肇洪看來(lái)，主要得益于三方面的原因，一是地源熱泵技術(shù)更加重視環(huán)境保護(hù)，適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新趨勢(shì);二是政府對(duì)地源熱泵產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了政策支持;三是聯(lián)盟凝聚行業(yè)力量，形成合力促進(jìn)了應(yīng)用推廣。

據(jù)了解，目前我國(guó)地源熱泵從業(yè)企業(yè)已從最初的寥寥數(shù)家增加到數(shù)千家，應(yīng)用地域已從北京、沈陽(yáng)等試點(diǎn)城市擴(kuò)大到天津、河北、遼寧、江蘇、上海等省市。從裝機(jī)容量看，全國(guó)地源熱泵已從1995年的0.8兆瓦上升到2017年的2萬(wàn)兆瓦，增長(zhǎng)2.5萬(wàn)倍;從裝機(jī)容量占全球總量的比重看，已從1995年的0.04%上升到2015年的23.61%，預(yù)計(jì)到2020年，這一比例將進(jìn)一步上升到50%左右。

為綠色建筑注入動(dòng)力

近年來(lái)，地源熱泵技術(shù)對(duì)建筑節(jié)能的貢獻(xiàn)尤為突出。“綠色建筑的根本問(wèn)題是解決能源和環(huán)境問(wèn)題，可持續(xù)性是綠色建筑的終極目標(biāo)。”當(dāng)代置業(yè)集團(tuán)副總裁兼首席技術(shù)官陳音表示，“建筑用能70%以上是以熱能的形式出現(xiàn)，如果能夠合理地用高效的地源熱泵給建筑供暖，熱泵對(duì)建筑的節(jié)能將具有重要意義。”

中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑環(huán)境與節(jié)能研究院院長(zhǎng)徐偉認(rèn)為，“熱泵+蓄能供熱”技術(shù)為供暖系統(tǒng)供給側(cè)靈活性提供了技術(shù)支持，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)清潔供暖和緩解電力負(fù)荷峰谷差的“雙贏”。他表示，電力熱泵應(yīng)用在清潔取暖中大有可為，可將熱泵的優(yōu)勢(shì)與蓄能模塊有效組合，構(gòu)建適用于未來(lái)建筑的智慧能源采暖供冷系統(tǒng)。

地?zé)崮苁且环N可再生能源，在使用過(guò)程中，隨時(shí)可以再生被利用，并且在使用中不產(chǎn)生任何廢棄物，而地源熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)，不消耗水，也不污染水，不需要鍋爐、不需要冷卻塔，也不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，環(huán)保效益顯著。

據(jù)測(cè)算，16萬(wàn)平方米的采暖系統(tǒng)如果采用“地源熱泵+冰蓄能”技術(shù)，每個(gè)采暖季可以從地下土壤中吸取約1200萬(wàn)千瓦時(shí)的熱量，折合標(biāo)煤1500噸，可減排二氧化碳1320噸，二氧化硫、氮氧化合物70噸，粉塵15噸。

作為一家深耕綠色建筑多年的房企，當(dāng)代置業(yè)以地源熱泵作為建筑節(jié)能的首選解決方案。陳音表示，地源熱泵集中供暖(制冷)具有一定的能效優(yōu)勢(shì)，由于地下溫度場(chǎng)穩(wěn)定，地源熱泵機(jī)組有更高的能效比，另外，低溫輻射末端系統(tǒng)(小溫差傳熱)的應(yīng)用還可以降低冷凝壓力，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的能效。他還表示，由于地下巖土的蓄能作用，在季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)還可以得到免費(fèi)的能源。

另外，地源熱泵還可以大幅降低空調(diào)能耗。經(jīng)行業(yè)專業(yè)人士測(cè)量得知，地表溫度一年四季保持在較適宜的10℃~20℃范圍內(nèi)，在溫度較恒定的情況下，其全年的制冷量與制熱量輸出(能力)比較穩(wěn)定，沒(méi)有“逆反”效應(yīng)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用的能耗將大大降低。

中國(guó)石化新星石油公司地?zé)衢_發(fā)專家周總瑛教授介紹說(shuō)，雄安新區(qū)將建設(shè)多能互補(bǔ)的清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)，采用“地?zé)?”功能模式，中深層地?zé)峁釣榛A(chǔ)熱源，淺層地源熱泵、再生水余熱、垃圾發(fā)電余熱作為輔助熱源，燃?xì)忮仩t作為補(bǔ)充熱源和供熱安全保障。

另外，與會(huì)人員表示，通過(guò)對(duì)地源熱泵技術(shù)、地?zé)崽菁?jí)利用技術(shù)、余熱利用技術(shù)的不斷創(chuàng)新和綜合運(yùn)用，可為建筑供暖提供更多有針對(duì)性和時(shí)效性的解決方案。

“大干快”下問(wèn)題顯現(xiàn)

近年來(lái)，我國(guó)地源熱泵行業(yè)發(fā)展迅速，各地都相應(yīng)推出產(chǎn)業(yè)支持政策。不過(guò)，在“大干快”的發(fā)展勢(shì)頭上，也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

曹耀峰坦言，地源熱泵產(chǎn)品的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)、監(jiān)管不嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)雖然已經(jīng)啟動(dòng)但是總體上還是滯后的、人才培養(yǎng)跟不上現(xiàn)在發(fā)展的形勢(shì)等，這些都制約了行業(yè)的健康發(fā)展。

他還表示，如何規(guī)范、如何管理，都需要與業(yè)內(nèi)的專家、企業(yè)、科研院所、高等院校等機(jī)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)編制、產(chǎn)品購(gòu)銷、技術(shù)服務(wù)、人才培養(yǎng)方面更多地合作和交流，以共同推進(jìn)地?zé)嵝袠I(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

另外，“地源熱泵系統(tǒng)能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。”陳音說(shuō)，“地源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行有賴于地下溫度場(chǎng)變化的準(zhǔn)確檢測(cè)，國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)項(xiàng)目大多欠缺有效手段去解決這個(gè)問(wèn)題，未來(lái)還需要不斷改進(jìn)和完善。”

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心主任、北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局能源處處長(zhǎng)李寧波表示，發(fā)展地?zé)崮芤虻刂埔恕⒁驎r(shí)制宜、因事制宜。農(nóng)村煤改、城市舊改、新建區(qū)域，從應(yīng)用的場(chǎng)景上更復(fù)雜、更難，因此需要攻堅(jiān)克難，投入更多的研發(fā)力度。

國(guó)家能源局能源行業(yè)地?zé)崮軐I(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書處首席專家趙豐年則指出，為了實(shí)現(xiàn)地?zé)崮艿目沙掷m(xù)開發(fā)和利用，還有必要制定全行業(yè)統(tǒng)一的《地?zé)崮荛_發(fā)技術(shù)導(dǎo)則》，保證在導(dǎo)則指導(dǎo)下開發(fā)地?zé)崮?，推?dòng)我國(guó)地?zé)崮芨哔|(zhì)量發(fā)展。