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浅层地能(热)系列报道之二 利用地源热泵开发浅层地热能前景广阔
时间:2009-09-04 14:01:19  来源:城市化杂志  作者:顾晴 

地源热泵系统是一种利用地球浅层地热资源进行供暖和制冷高效节能的空调系统。在当前国际社会比以往任何时候都更加关注节能减排、环境保护、可持续发展的大背景下,在我国以建设资源节约型、环境友好型社会的主旋律下,地源热泵这一有着近百年历史的技术,以其环保性与节能性统一的显著优势受到各界的青睐,并呈迅猛发展态势,广泛应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。            

(本专题组稿得到了国务院原参事王秉忱大师的指导,特此致谢!)

优势

——属可再生能源利用技术,生态环境效益显著。地源热泵的污染物排放,与电供暖相比,减少70%以上,如果结合其它节能措施,节能减排效果会更明显。

——运行效率高,维护费用低。由于地能或地表浅层地热资源的温度相对稳定,这种温度特性使地源热泵系统比传统空调系统运行效率要高40%,运行费用可节约30%40%。地源热泵系统运动部件比传统空调系统少,安装在室内,因而可减少维护费用。 

——一机多用,应用广泛,使用寿命长。地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统,寿命长,平均可运行20年以上;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑。

——节省空间。地源热泵的换热器埋在地下,可环绕建筑物布置;可布置在花园、草坪、农田下面或湖

泊、水池内;也可布置在土壤、岩石或地下水层内,还可在混凝土基础桩内埋管,不占用地表面积。

问题

专家指出,尽管地源热泵是一种高效节能的环保技术,发展势头令人鼓舞,也必须看到,它不是一种万能的技术,在工程建设中仍然面临诸多的问题。如:

1:暖通空调技术与其它技术的配合。地源热泵技术是暖通空调技术与水文地质钻井技术相结合的综合技术,两者缺一不可,这要求工程组织者和工程技术人员能够合理协调,做好充分的技术经济分析。

2:环境的影响。地源热泵空调系统钻井对土壤热、湿及盐分迁移的影响研究有待进一步深入,如何使不利因素减少到最小是必须考虑的问题。

3:投资问题。并不是所有的地源热泵系统都是经济合理的,由于钻井费用可能占到整个系统初投资的30%以上,有些投资者可能会回到传统的空调形式。

4:安装维修。目前地源热泵系统的安装费用较高,与电制冷、天然气热系统的500800/t,显然是高的,它的回收期是58年。

5:岩土特性。岩土的特性随地点的变化而有所差别,在一个地区的研究结果可能完全不适用于另一地区,必须实地测试进行相应的修正甚至重新研究。

应用现状

当前,欧美一些发达国家在建筑节能及保护环境方面产业化应用地源热泵取得较好的成效;尤其是美国,使用地源热泵系统占全国总量的29%,而且安装每年以10%的速度在增长。在我国,地源热泵以其节能效益、经济效益、环境效益等综合优势展现了良好的市场前景,地源热泵工程几乎遍布全国各省市。前景

地源热泵系统作为一项新技术,目前已取得很大发展,虽然有许多问题亟待解决,但应用前景广阔。目前,中国是世界上直接利用地热潜力最大的国家,名列世界第一,一方面中国国土辽阔,近地表低温地热资源丰富;另一方面,中国人口众多,采暖和制冷工业的基础相对薄弱,将来需求量极大。在地热直接利用领域,地源热泵将是最活跃的一项新技术项目,可能占地热直接利用总能量的70%以上。市场虽然巨大,但竞争相当激烈。华清集团:地热能开发利用的先行者 

建设了北京市第一个地热供暖示范工程;

建设了北京市第一个大型商用水源热泵系统工程;

建设了北京地区首个也是全国最大的地热利用工程;

唯一一家拥有先进的微动测深物探技术的企业……

在地热领域创造的多个第一和唯一是华清集团雄厚技术实力的有力证明,也奠定了华清集团在业界的龙头地位。作为一个以地下清洁能源开发利用为核心,经营领域涉及地热及多种相关行业的综合性集团企业,集团具有甲级地勘资质、一级机电设备安装工程资质,其重要股东——北京市地质勘察技术院,在业界有着良好的信誉和行业背景,为集团提供强大的技术支持。

在完成众多优秀工程,成功地推动了地热能采暖(制冷)工程发展的同时,华清还积极参加国家相关技术规范的编写,首次提出复合式能源利用概念,并成功地将热泵、蓄能、变频等技术融入大型公建的地源热泵中央空调系统中。同时参与了多项国家政府部门立项的相关科研项目,从2006年至今,参与的国家科研立项项目主要有《北京示范区浅层地温能资源初步评价》项目、《北京市平原区浅层地温资源评价及利用规划》项目、《北京平原区典型地区浅层地(温)能资源开发利用相关参数研究项目》、《北京平原区监测站网建设及环境影响评估》项目以及《浅层地热能综合研究试验基地建设》项目等,为推动中国地热能利用行业的发展做出了有目共睹的贡献。

典型工程

土壤源+江水源热泵项目——世博轴

上海世博会主体工程----世博轴及地下综合体工程位于上海市世博园核心区,总建筑面积为22.7万平米。本工程采用江水源和地源热泵技术,充分体现了世博会绿色环保的理念。

江水的最大取水量为4500m3/h,江水直接进机组,采用橡胶棉球和尼龙刷清洗系统。埋管形式采用桩埋管,数量为5676根(500025m49740m17942m)。 

国内最大的地热热泵综合利用项目——北苑家园

该项目是集住宅、商业、办公于一体的综合性建筑群,供暖面积40.6万平米,供冷面积5.0万平米,温泉洗浴面积55.1万平米。实现了地热水的梯级利用,结合水源热泵系统,满足了小区内的冬季供暖、夏季供冷,同时提供温泉洗浴热水的需求。作为该地区最大的地热—热泵项目,不仅有力地证明了此系统的可行性,还为奥运公园开发利用地热资源提供了很好的依据。

综合性最强项目——北京用友软件园

该系统几乎集中了目前国内外采暖空调行业所有最先进的技术措施,热泵技术,变频技术、冰蓄冷、水蓄蓄冷、蓄热、逆流高效节能风机盘管、大温差供水、二级泵供水等,整个系统建设规模之大,综合性之强,技术措施之先进在国内尚属首例。

污水源热泵项目——北京奥运村

北京奥运村会中为运动员居住地,会后为高档住宅小区,总建筑面积为51.7万平米。为了体现“绿色奥运,科技奥运,人文奥运”的宗旨,北京奥运村采用污水源热泵空调系统供暖制冷,为国内首例大型污水热泵系统工程。

技术背后

陈燕民:专业引领行业进步

北京市华清地热开发有限责任公司总经理陈燕民,是著名的热泵专家,他在国内最早将地质专业与空调专业有机结合起来应用于热泵行业。他主持的项目“用友软件园地源热泵+冰蓄冷系统工程”、“汇佳大厦水源热泵+冰蓄冷空调系统工程”、“合肥大剧院湖水源热泵+冰蓄冷系统工程”……不仅引领了行业的发展,更推动了行业的技术进步。 

陈燕民表示,随着城市化的加速,地源热泵在我国得到了快速发展。华清作为国内地下清洁能源开发利用的先行者,将以推动环保事业,创造民族品牌为己任,不断优化地热能综合利用系统的集成技术,深化地热能开发产业化进程。

专注热泵系统研发

陈燕民说:“热泵系统分为末端,机房,室外三部分。虽然都是热泵系统,但在技术细节上却有着很大的不同,华清的优势正体现在这三方面。”

首先,在“源”上, 华清集团是在北京市地质勘察技术院基础上发展起来的,30多年的积累使我们全面了解并掌握了不同区域的水文地质资料,能够根据不同的地质环境和建筑要求为工程项目度身定制最佳地热能利用解决方案。并且从1998年进入地热能行业研究热泵系统,华清与清华同方合作生产出了国内第一台大型热泵机组。“华清是从地质专业出发,基于供暖需求开始研究热泵系统。随着热泵技术的发展,又发现了地下水、地表水、污水、地埋管等方式,这实际上是一个技术进步的过程,而在这个过程中,华清一直注重‘源’的研究,对‘源’有独特的技术点。”

其次,在机房上,华清力求做到热泵系统的整体节能。热泵机组是节能设备毋庸置疑,但是如果系统配置不合理的话,也未必节能,华清一直在热泵系统的整体节能上精益求精,从每一个细节出发,如为热泵机组设计合理的运行工况,使热泵机组尽最大可能提高运行效率,循环泵变频控制以及设置二级循环泵,使得循环泵的能耗大大降低,将热泵技术与蓄能技术相结合,设计完善的自控系统等等,力求使整个热泵系统节能最大化,而不是某个单体设备的节能。

在末端上,华清在系统中融入了逆流高效节能风机盘管,被认为是一种革命性的产品。据陈燕民介绍,常规风机盘管正常情况下供冷工况时供水温度是7℃,回水温度是12℃,而逆流高效节能风机盘管的供水温度可以提高到11℃,回水温度是16℃,同样在冬季供热工况时将供回水温度由常规风机盘管的45/40℃降低到40/35℃,这很大程度地提高了热泵机组的效率,节省了系统的后期运行费。

“实际上,这三部分是一个整体,而不是孤立的。其中有很多技术细节可以优化,要统筹兼顾,不能顾此失彼,才能做到热泵系统的整体节能。”

站在用户角度设计方案

除了专业的技术、雄厚的实力,陈燕民表示,站在用户的角度去研究系统、做项目,从整个系统的设计上降低初投资和后期运行费用,也是华清赢得市场的一个主要原因。

“用户最关心的第一个是初投资,第二个是运行费,第三个是安全可靠。在目前市场竞争比较激烈的情况下,华清在每一个项目上从需求入手,研究其自然条件、资源条件,在这个前提下,再结合市政情况,经过综合分析找到最合理的方式。”

他以北京用友软件项目为例介绍说,用友48万多平米的项目分两期建设,一期采取了热泵技术、变频技术、冰蓄冷技术,二期将把蓄冰改为水蓄冷、蓄热,“因为蓄水比蓄冰系统造价低很多,而且冬季也可以利用峰谷电,同时融入了逆流高效节能风机盘管,整个系统的效率可以提高很多。”他给记者算了笔账,一期的初投资每平米不到270元,二期每平米不到280,而从2005年到2008年实际物价增长的比例远不止这个数,但整个系统的初投资没有什么太大的变化,运行费成本降低了13%左右。

困惑与展望

谈及当前行业和企业在发展中遇到的问题,陈燕民很有感触:华清成立至今,尽管在技术研发、在部分设备及管件的设计研发等方面做了很多的贡献,这让华清的项目和其它厂商存在很大的细节差异,也让华清获得奥运工程、世博轴等大项目,然而,华清拥有的专利技术确不是很多,究其原因,他认为华清主要以做系统集成为主,另外专利申请需要时间,而在实际工程上是等不了的。“这也是我们企业目前在探讨的问题。”

从行业发展的角度陈燕民表达了自己的一些看法:

1、政府补贴。目前,各级政府及相关职能部门针对热泵项目出台了一些政策,在资金上给予一定的补贴鼓励实施热泵项目,这样做固然对短期的热泵项目增量起到了积极作用,但相关部门还应该在基础研究上,如技术、新型设备、节能设备的系统集成等方面给予大力支持。这一方面可以使我国的自有设备具有国际竞争力,另一方面可以使整个系统真正做到节能,而不是单体设备节能,更有利于行业的长远发展。 

2、电价政策。用户不仅关心政府的一次性补贴,更加关心系统的长期运行费用,所以,应该对实施热泵的项目在电力政策上给予优惠。比如在很多使用了热泵系统的民用住宅项目,应该以居民用电电价取代目前商业电价收费,这对各方利益都是没有损失的,也是合理的。对采用热泵系统的公共建筑,如写字楼、酒店、商场等,如果将这些项目的电价实行民用电价或工业电价,因运行费较传统能源方式要低得多,用户自己就会有积极性来选择热泵系统。这一点比在单体项目上给一定数额的资金补贴更有推动力,更利于热泵行业的快速发展。

3、规范市场。目前,热泵系统以节能、环保、运行费用低等优势,使得国内很多城市正积极推动,但同时也出现了一哄而上的现象,一项新兴技术在发展中必然会出现一些问题,这是一个不争的事实。热泵系统是一个多学科并存的系统,如暖通专业、地质专业、自控专业等,缺少其中任何一个学科都不会将热泵系统设计好、实施好,但目前多数项目在招投标时只要求具备机电设备安装资质,后期的施工单位也只具备机电设备安装资质。要知道,尽管热泵系统是一个中央空调系统,其核心却应该是地质专业,所以,只有同时具备暖通专业、地质专业和自控专业的单位才能实施好热泵系统。现在,市场上一些不成功项目案例,就是因为设计或施工单位并不了解地质情况导致的,所以,政府有关部门应该加大力度予以规范,使得行业能够少走弯路,有序健康的发展下去。日立多联机参加中国科协节能巡展

2009719,中国科协科普部与中国质量认证中心在成都举办“高效节能节水产品全国巡展启动仪式”,两大机构主要负责人主席了本次活动。巡展首站地安排在成都市市中心的四川省科技馆开展,展出至9852天。 

中国质量认证中心(CQC)作为权威的国家级认证机构,为推广优质的节能、节水认证产品,宣传节能、节水消费知识,向公众介绍政府补贴节能产品的优质和高效,应中国科协的邀请,组织了“高效节能节水产品全国巡展”,并与“节约能源、保护环境大型科普展览”一起,从成都开始共同展出。 

中国质量认证中心(CQC)从获得节能(节水)认证的近千家企业中,精心挑选了一批技术含量高、社会责任感强、质量持续保障能力优、诚信水平良好的企业参加这次巡展。海信日立作为受邀多联机厂家,通过展板和中央空调模型展示多联机产品的科技性能,推广节能消费知识,让公众了解什么是真正的节能产品,其节约的特性和特点表现在哪些方面,达到普及节能知识,培养节约型消费的意识。 

海信日立自成立以来,积极响应国家节能减排政策,始终以业界领先技术为依托,以保护环境和提供舒适生活为己任,不断将高能效的环保产品推向市场。20073月,海信日立业内首批获得中标认证中心(国家节能认证权威机构)颁布的多联机节能认证证书;2008年,海信日立获得“中国政府采购节能环保信得过品牌”;在发改委、财政部历届公布的节能产品采购清单中,海信日立成为其中公布的产品型号最多的变频多联中央空调厂家。目前,海信日立主要系列产品都已达到国家最高一级节能水平。 

海信日立在节能环保方面的努力得到了国家政府部门和社会各界的认可。国家科技部办公楼在经过严格的招标程序后最终选择了海信日立中央空调;另外,万科地产、富力地产、新加坡仁恒置地、保利地产等国内外知名房地产商也选择海信日立作为合作伙伴;此外,获得国家建筑质量最高奖“鲁班奖”的武钢技术中心科技大厦、井冈山干部学院、郑州国际会展中心等优质工程,也都采用了节能、环保的海信日立变频中央空调。 

开展节约能源、保护环境的科普宣传非常重要,在公众中倡导选购节能节水产品,注重生活中的节约型消费,推广一种科学、文明、节约的生活和消费方式很有必要。“创造绿色都市,共建两型社会”是当前我国经济社会发展的主题,作为社会的一份子,海信日立一直致力于为社会提供高效节能的空调系统解决方案,引领行业积极履行对生态空间的建设责任,为社会的可持续发展贡献力量。

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