冬季呼喚節(jié)能環(huán)保型采暖技術(shù)

今年供暖季，北京幾十萬戶農(nóng)戶家庭將“煤改電”，使用清華同方的低溫空氣源熱泵采暖。熱泵技術(shù)以清潔節(jié)能、分戶獨(dú)立、安全易控的特點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用空間和巨大的節(jié)能減排作用。圖為同方人工環(huán)境有限公司工程師韓林俊正在調(diào)試設(shè)備。莊媛萍攝

深秋的北京，夜間已近冰點(diǎn)。天氣預(yù)報顯示，下周一最低氣溫將降至-3℃。雖然全市供暖單位10月底已先后就緒，準(zhǔn)備迎接即將到來的2016供暖季;但嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，卻令北京提前供暖面臨兩難選擇。

燃煤、火電、冬季采暖，是北方地區(qū)主要的大氣污染來源。近年來，為踐行節(jié)能減排，北京對啟動提前供暖，要求越來越嚴(yán)：需經(jīng)多輪集體會商，連續(xù)5天日平均氣溫低于5℃，才有可能提前供暖。

未來一周，北京預(yù)計將有兩次冷空氣活動。由于受冷空氣控制時間較長，加上擴(kuò)散條件不利，陰冷的霧霾天可能卷土重來。清潔節(jié)能、分戶獨(dú)立、安全易控的采暖方式，成為居民的“心頭好”。

南方小伙的“刻骨鄉(xiāng)愁”

生于浙江的韓林俊是典型的“80后”理工男，但偶爾有文藝青年的腔調(diào)。

2003年他考入清華大學(xué)后，一直在京學(xué)習(xí)、工作，如今已博士畢業(yè)?；貞浖亦l(xiāng)，他說：“沒有文人筆下的酥潤春雨、旖旎秋光……酷暑悶熱、嚴(yán)冬濕冷，成為我最刻骨的鄉(xiāng)愁。”

正是這樣的經(jīng)歷，促使韓林俊立志學(xué)習(xí)暖通空調(diào)專業(yè)，研究制冷制熱泵設(shè)備，從清華大學(xué)本科，一路保送本校碩士、博士研究生。

2014年博士畢業(yè)后，韓林俊選擇一線制造業(yè)，進(jìn)入同方人工環(huán)境有限公司，從事空氣源、水地源熱泵的研發(fā)和節(jié)能優(yōu)化工作。

“任何物體包括空氣、水等等，只要溫度高于絕對零度，即-273.15℃，它就含有熱量。”韓林俊以科普開場，他介紹，熱泵是能從低溫物體向高溫物體傳熱的裝置，類似水泵，通過消耗電能，實(shí)現(xiàn)水從低位向高位的傳送。

“我國大部分地區(qū)冬季室外氣溫高于-20℃，空氣中所含熱量并不低。熱泵可以從空氣中吸收熱量到室內(nèi)供暖。”韓林俊說。

他解釋，家用空調(diào)是最常見的電熱泵裝置。夏季，空調(diào)將室內(nèi)空氣的熱量送到室外，室內(nèi)空氣被冷卻下來，室溫下降。在冬季，通過內(nèi)部切換，空調(diào)的功能是吸收室外空氣中的熱量，送到室內(nèi)，這時，室內(nèi)機(jī)送熱風(fēng)，室外機(jī)出冷風(fēng)。

“相比普通電暖氣，熱泵更節(jié)能。它每消耗1份電能，能從空氣中或水中吸收2份、3份，甚至更多的熱能。”韓林俊說，北京煤改電采用的電熱泵，是從空氣中取熱，向水中放熱，熱水通過暖氣片送到室內(nèi)，很舒服，而且沒有風(fēng)機(jī)噪音。

在沒有集中供暖的南方地區(qū)，熱泵技術(shù)以清潔節(jié)能、分戶獨(dú)立、安全易控的特點(diǎn)，有更廣闊的應(yīng)用空間，能發(fā)揮更大的節(jié)能減排作用。

溫暖、霧霾兩難全?

據(jù)測算，建筑采暖能耗約占全社會總用能的10%。以燃煤為主的傳統(tǒng)供暖方式，帶來高能耗、高污染等問題。特別是散煤燃燒比例很高的北方農(nóng)村，價格低廉的劣質(zhì)燃煤又占多數(shù)，而且沒有煙氣處理裝置，大量污染物顆粒未經(jīng)處理直接排放，構(gòu)成了北方冬季霧霾的不要原因。

以北京為例，有分析顯示，北京地區(qū)全年平均PM2.5來源中，農(nóng)村固體燃料(煤、秸稈等)燃燒占本地PM2.5的比例達(dá)14.4%-18.5%，占本地和區(qū)域傳輸?shù)?.2%-13.3%，與工業(yè)排放量相當(dāng)，高于揚(yáng)塵排放。這其中，農(nóng)村采暖燃煤排放了56.4%的PM2.5。

早在2001年，北京就啟動了城市核心區(qū)、文物保護(hù)區(qū)居民采暖“煤改清潔能源”工程，以電采暖取代蜂窩煤爐采暖。到2009年，市中心的居民平房小煤爐全部“煤改電”，徹底告別煙熏火燎式的取暖模式。

截至2009年底，北京市共完成18萬戶平房居民住戶煤改電采暖改造。但運(yùn)行多年后，這種電暖方式也逐漸暴露出一些問題：功率大，電網(wǎng)改造費(fèi)用高，效率低，電費(fèi)高，采暖效果不理想……

“向-20℃冷空氣要熱量”

清華同方率先突破了北方寒冬“千里冰封萬里雪飄”對熱泵技術(shù)的封鎖。從2003年起，他們逐漸推廣低溫空氣源熱泵，用于建筑空調(diào)和采暖，截止目前，實(shí)施工程建筑面積突破1億平米。

2012年，北京密云司馬臺新村熱泵采暖項(xiàng)目展開，總面積近8萬平米，為冬季最低氣溫-20℃以下的山區(qū)中近600戶人家提供采暖設(shè)備——低溫空氣源熱泵+地板采暖的分戶熱泵技術(shù)方案，用電代替原先的煤進(jìn)行供暖，不僅解決散煤采暖的污染、安全等問題，還節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用，整個供暖季每平米折合電費(fèi)不到20元。

2013年，北京提出新的“減煤換煤、清潔空氣”行動方案，在農(nóng)村大力推進(jìn)煤改電、煤改清潔能源，廣泛使用熱泵、太陽能等清潔能源采暖，并推行農(nóng)村峰谷電價政策。

2016年，北京市13個區(qū)的“煤改電”項(xiàng)目中，清華同方成功進(jìn)入10個區(qū)，把熱泵這種煤改電采暖設(shè)備，推廣到數(shù)十萬戶農(nóng)戶家中。

如今，韓林俊正和同事們忙碌著，并基本完成安裝調(diào)試的收尾工作，力保今冬居民供暖。為便于研發(fā)，他把家安在同方人環(huán)公司的密云研發(fā)中心附近。韓林俊新近被評選為清華產(chǎn)業(yè)十佳創(chuàng)新人才。