地源熱泵清潔且高效 長足發展還需克服諸多不足

    地源熱泵是一種利用地熱能將地下的熱量與冷量傳輸到地上進行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸到地下保持平衡的裝置。其包含兩個主要載體，一是地，二是熱泵，前者強調其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結底是一種“空調”。地源熱泵要獲得長足發展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學的方案論證。
    地源熱泵清潔且高效 長足發展還需克服諸多不足
　　未來的戰略能源當中，除了人們耳熟能詳的水能、核能、太陽能、風能、海洋能等，還有一種逐漸被了解的新能源——地熱能。地熱能以其巨大的儲量、廣泛的分布、穩定的屬性、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中。
　　地源熱泵利用的是賦存最廣泛的淺層地熱能，目前是地熱開發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，前者強調其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結底是一種“空調”。
　　“將地下的熱量與冷量傳輸到地上進行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸到地下保持平衡，看起來只是一個傳輸的過程，實際上為人們提供了溫暖與涼爽，同時又不必擔憂帶來環境問題，清潔高效的同時，利用的是可再生能源�！敝袊�科學院院士汪集旸介紹。
　　“地源熱泵要獲得長足發展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學的方案論證�！鄙綎|建筑大學熱能工程學院院長、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場會，宣布整個雄縣地區已經不用燒煤、石油和天然氣，完全依靠地熱提供冷、熱能源。而之前能夠完全依賴地熱能的地區只有冰島的首都雷克雅未克。
　　小洋口地區最近打出一口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�！蓖艏瘯D回憶說，燒煤炭既浪費能源又污染環境。
　　“雖然小洋口發現的熱水井水量不大，但也能解決當地的取暖問題。就像廣東豐順地區建立的我國第一個地熱發電站，雖然裝機容量只有300千瓦，但是一直到現在都運行良好，當時的確解決了當地的電力問題�！蓖艏瘯D介紹說。
　　在現場考察小洋口時，汪集旸為其作了一個整體規劃，從中低溫發電開始，一直到供暖、制冷、綜合利用、溫泉療養……
　　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。潛在的市場規模達1萬億元之多�！斑@個蛋糕還希望有更多人來分享�！蓖艏瘯D說。
　　制約仍存
　　“地源熱泵作為北方地區采暖方式之一，的確應該引起足夠的重視，尤其是目前面臨著新農村建設和城區周邊的農村改造、農村住宅小區建設進一步的推進。因此，有效解決好地源熱泵系統設計、施工質量，建設長期高效穩定運行的地源熱泵系統是未來地源熱泵的一個發展方向�！钡竽巳试�2015第七屆地源熱泵行業高層論壇上指出。
　　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�鉆孔穿過不同地下水層，可能會引起地下水水質的串流甚至污染，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�！钡竽巳式榻B說。
　　他認為，應該對中大型系統方案設計給予足夠重視，同時地表水污水源、海水源熱泵還應該考慮初投資和運行費用、效率問題�！翱傊�，低品位能源利用是有代價的，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�！�
　　在較大項目的建設上，如果方案設計成單一制熱或者單一制冷也是不科學的。此外，復合變化大、使用周期短的項目設計同樣不合理�！叭绻�體育場館或影劇院所也采用復合的地埋管熱泵系統，復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，規劃系統規模不宜過大。
　　如果地源熱泵的設計不科學、施工質量差、對水資源產生負面影響甚至某種程度的威脅，這樣比較起來，節能效益變差，社會綜合效益無法體現。
　　找準對策
　　針對以上問題，刁乃仁認為，應該謹慎選擇項目、選擇宜用的項目、做好設計與施工，才是質量的保證。
　　先進應該體現在適宜和高效，而不是高頻，基礎方案一定要采用適宜技術�！霸O計合理的方案可提高生產力，與硬件設備結合，兩手都要硬，這樣充分深入的方案論證，精心仔細的設計才是好項目的基礎�！钡竽巳收f。
　　另外，地熱資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。
　　“地熱勘察更主要的是解決資源性條件，所以對大型系統來說能否長期穩定運行，要靠資源性條件和系統性條件綜合分析評判�！钡竽巳收f。
　　資源性條件有地質條件、氣象條件、換熱強度條件；系統性條件包括建筑物冷熱負荷強度以及冷熱負荷是否平衡、連續運行時間，這就牽扯到地埋管換熱器的設計，同時也要考慮地熱換熱器的體形系數。
　　國家能源局新能源和可再生能源司規劃，“十三五”新增加地熱供暖面積將達到9.5億平方米，其中地源熱泵新增7億平方米，常規地熱供暖增加2.5億平方米，連同“十二五”的5億平方米，至2020年可實現全國地熱供暖面積14.5億平方米。
　　“‘十三五’新增7億平方米如何實現？”中國能源研究會地熱專業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，地熱開發者能像現在的太陽能光伏開發商一樣容易拿到補助，‘十三五’的指標是可以完成的�！�
　　一個新常態下熱泵行業大發展的時代即將到來，汪集旸總結道，這里面既有機遇又有挑戰�！盁岜眯袠I一定要抓住機遇、迎接挑戰，勇于拼搏，開創新局面�！�