地源热泵清洁且高效 长足发展还需克服诸多不足

    地源热泵是一种利用地热能将地下的热量与冷量传输到地上进行供暖与制冷，再从地上将多余的冷量和热量传输到地下保持平衡的装置。其包含两个主要载体，一是地，二是热泵，前者强调其能源来源，后者则是其使用方式，归根结底是一种“空调”。地源热泵要获得长足发展还要克服冷热负荷平衡、地下水资源的污染等问题，这有赖于科学的方案论证。
    地源热泵清洁且高效 长足发展还需克服诸多不足
　　未来的战略能源当中，除了人们耳熟能详的水能、核能、太阳能、风能、海洋能等，还有一种逐渐被了解的新能源——地热能。地热能以其巨大的储量、广泛的分布、稳定的属性、清洁高效的利用，逐渐在能源市场中崭露头角，日益走入人们生活与生产中。
　　地源热泵利用的是赋存最广泛的浅层地热能，目前是地热开发中最热门的利用项目。
　　地源热泵，包含两个主要载体，一是地，二是热泵，前者强调其能源来源，后者则是其使用方式，归根结底是一种“空调”。
　　“将地下的热量与冷量传输到地上进行供暖与制冷，再从地上将多余的冷量和热量传输到地下保持平衡，看起来只是一个传输的过程，实际上为人们提供了温暖与凉爽，同时又不必担忧带来环境问题，清洁高效的同时，利用的是可再生能源。”中国科学院院士汪集旸介绍。
　　“地源热泵要获得长足发展还要克服冷热负荷平衡、地下水资源的污染等问题，这有赖于科学的方案论证。”山东建筑大学热能工程学院院长、地源热泵研究所副所长刁乃仁说。
　　遍地开花
　　2014年2月，时任国家能源局局长吴新雄在河北雄县召开现场会，宣布整个雄县地区已经不用烧煤、石油和天然气，完全依靠地热提供冷、热能源。而之前能够完全依赖地热能的地区只有冰岛的首都雷克雅未克。
　　小洋口地区最近打出一口92度的热水井，水量在3000立方米左右，有望成为下一个“雄县”。汪集旸大力提倡打造“小洋口”模式，解决冬天供暖、夏天制冷的问题。
　　“记得小时候在老家读书，冬天又湿又冷，没有暖气，耳朵上、手上都生冻疮，只能靠烧炭来取暖。”汪集旸回忆说，烧煤炭既浪费能源又污染环境。
　　“虽然小洋口发现的热水井水量不大，但也能解决当地的取暖问题。就像广东丰顺地区建立的我国第一个地热发电站，虽然装机容量只有300千瓦，但是一直到现在都运行良好，当时的确解决了当地的电力问题。”汪集旸介绍说。
　　在现场考察小洋口时，汪集旸为其作了一个整体规划，从中低温发电开始，一直到供暖、制冷、综合利用、温泉疗养……
　　天津的地源热泵同样出色，天津17万平方米的无障碍埋管区域，使用地源热泵和水源热泵，冬天供热、夏天供冷，总建筑面积达90万平方米。
　　我国拥有全球最大的建筑市场，比美国、欧洲的建筑市场都大。若现有建筑面积的5%，新增建筑面积的40%能采用地源热泵供热，则供热面积可达到32.5亿平方米。潜在的市场规模达1万亿元之多。“这个蛋糕还希望有更多人来分享。”汪集旸说。
　　制约仍存
　　“地源热泵作为北方地区采暖方式之一，的确应该引起足够的重视，尤其是目前面临着新农村建设和城区周边的农村改造、农村住宅小区建设进一步的推进。因此，有效解决好地源热泵系统设计、施工质量，建设长期高效稳定运行的地源热泵系统是未来地源热泵的一个发展方向。”刁乃仁在2015第七届地源热泵行业高层论坛上指出。
　　但从地源热泵的制约因素来看，在建筑容积率较高的场合受限、冷热负荷的平衡问题一直存在。另一方面，地埋管地下热泵对地下水的扰动与污染不可小觑。“如果钻孔穿过不同地下水层，可能会引起地下水水质的串流甚至污染，回灌不密集，地表水的渗透也会对地下水带来污染以及地下温度场的扰动。”刁乃仁介绍说。
　　他认为，应该对中大型系统方案设计给予足够重视，同时地表水污水源、海水源热泵还应该考虑初投资和运行费用、效率问题。“总之，低品位能源利用是有代价的，要消耗高品位的电能，污水或者海水热回收所需要的能量搬运机同样耗电。压缩比小，冷端与热端温差小，这样效率才会提高。”
　　在较大项目的建设上，如果方案设计成单一制热或者单一制冷也是不科学的。此外，复合变化大、使用周期短的项目设计同样不合理。“如果体育场馆或影剧院所也采用复合的地埋管热泵系统，复合强度过大而造成使用时间缩短，方案显然不合理。”刁乃仁认为，由于土地面积受限，规划系统规模不宜过大。
　　如果地源热泵的设计不科学、施工质量差、对水资源产生负面影响甚至某种程度的威胁，这样比较起来，节能效益变差，社会综合效益无法体现。
　　找准对策
　　针对以上问题，刁乃仁认为，应该谨慎选择项目、选择宜用的项目、做好设计与施工，才是质量的保证。
　　先进应该体现在适宜和高效，而不是高频，基础方案一定要采用适宜技术。“设计合理的方案可提高生产力，与硬件设备结合，两手都要硬，这样充分深入的方案论证，精心仔细的设计才是好项目的基础。”刁乃仁说。
　　另外，地热资源的前期勘探也非常重要，尤其对地下岩层的掌握和地下水资源分布的了解非常必要。
　　“地热勘察更主要的是解决资源性条件，所以对大型系统来说能否长期稳定运行，要靠资源性条件和系统性条件综合分析评判。”刁乃仁说。
　　资源性条件有地质条件、气象条件、换热强度条件；系统性条件包括建筑物冷热负荷强度以及冷热负荷是否平衡、连续运行时间，这就牵扯到地埋管换热器的设计，同时也要考虑地热换热器的体形系数。
　　国家能源局新能源和可再生能源司规划，“十三五”新增加地热供暖面积将达到9.5亿平方米，其中地源热泵新增7亿平方米，常规地热供暖增加2.5亿平方米，连同“十二五”的5亿平方米，至2020年可实现全国地热供暖面积14.5亿平方米。
　　“‘十三五’新增7亿平方米如何实现？”中国能源研究会地热专业委员会原主任郑克棪指出，“这要求国家的政策支持。全国每年完成新建建筑面积18亿～20亿平方米，如果政策落实，地热开发者能像现在的太阳能光伏开发商一样容易拿到补助，‘十三五’的指标是可以完成的。”
　　一个新常态下热泵行业大发展的时代即将到来，汪集旸总结道，这里面既有机遇又有挑战。“热泵行业一定要抓住机遇、迎接挑战，勇于拼搏，开创新局面。”