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地源热泵 建筑节能先锋

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地源热泵 建筑节能先锋

  • 分类:服务业节能
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  • 发布时间:2013-11-03 09:57

地源热泵 建筑节能先锋

 

  在北方寒冷的冬季里,只需利用土壤、地表水等可再生资源中的热能,就能让室内温度高达20多度。您相信吗?

  地源热泵 建筑节能先锋

  文/本刊记者 张瑶

  沈阳是东北地区老工业城市的代表,在人们的印象里,经常把这个地区跟严重污染结合起来。为了去掉污染的不良印记,2005年沈阳市委书记陈政高重点考虑三个领域:一是浅层地能热的利用即热泵技术,二是沈阳的煤层气利用,三是沈阳的中水回用。

  经过实地考察和多次专家论证,到2006年中,陈政高代表的沈阳市领导班子做出了选择:沈阳推广地源热泵技术的条件得天独厚,以此为切入点和突破口,使沈阳在建设资源节约型和环境友好型社会的工作中在全国率先突破。

  所谓地源热泵,又被称为地源中央空调,是利用地球所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的供暖制冷空调系统。它利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性(地下80~160米深处温度常年维持在16度左右)。冬季,当机组在制热模式时,就从土壤/水中吸收热量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并以较高的温度释放到室内。夏季,当机组在制冷模式时,就从土壤/水中提取冷量,通过压缩机和热交换器把大地的热量集中,并入室内,同时将室内的热量排放到土壤/水中,达到空调的目的。

  专业人士称,地源热泵机组制热时出水温度最高可达90℃,制冷时一般出水温度要求为7℃,如在工业系统使用,出水温度还可以更低。运行时,地源热泵机组控制系统自动进行能量输入与能量输出的转换,可以保证出水温度的恒定。

  陈政高称:“推广和应用地源热泵技术是一项具有历史性意义的开创性事业。”由此,沈阳成为全国推广地源热泵技术最激进的一个城市。

  去年9月,沈阳被确定为全国地源热泵技术推广试点城市。按照规划,在沈阳市三环以内455平方公里的核心区范围内,对符合应用水源热泵技术409平方公里范围内的建筑物,原则上都要采用水源热泵技术进行规划建设。其余46平方公里范围内的建筑物,原则上都要采用地源热泵技术进行规划建设。沈阳市确立的“四大发展空间”范围内,凡具备应用地源热泵技术条件的区域都要采用这项技术进行规划建设。

  政策引导

  地源热泵技术在建筑领域的推广,得到了建设部和财政部的政策支持。两部委联合支持的第一批25个可再生能源建筑示范项目中(包含北京、内蒙古、辽宁、山东、深圳等5个地区),采用地源热泵工作原理的多达16个,其中包括正在建设的北京奥运村项目。

  《中国投资》在采访中了解到,建筑耗能目前已占到一次能源消耗的27%左右。根据建设部和国家建材局的统计,我国公共建筑和私人家庭建筑总面积大约为150亿平方米,再加上每年10亿平方米以上的增量,建筑能耗已是必须引起高度重视的领域,到2020年建筑能耗可能在目前基础上翻一番。

  搞好建筑节能,对于完成“十一五”时期节能20%目标有着重要意义。去年3月28日,国家建设部部长汪光焘表示:“十一五”期间中国将大力发展节能建筑和绿色建筑,促进资源节约型社会和环境友好型社会的建设。

  “我们与建设部一起搞调研时,发现在建筑方面推广可再生能源还有很大的潜力:不需花很多的钱,就能产生很好的效果。我们把地能和太阳能在建筑中的利用,作为一个突破口。”财政部经济建设司孙志处长说。

  以国家财政补贴的方式扶持可再生能源在建筑领域的应用,这还是第一次,表明国家重视并将大力扶持这一新兴领域的发展。孙志说,通过对示范项目的资金扶持,引导和带动若干倍的社会资金进来,给投资者以激励,从而让市场良性运转下去。

  据悉,我国现行的建筑节能目标是“努力实现城镇建筑夏季室温低于30?C,取暖区冬季室温达到18?C的基本要求”。基于此,建设部要求各个建设单位采取多种有效的节能技术与管理措施,把新建房屋单位面积的能耗较大幅度地降下来,对原有建筑物进行有计划的节能改造。

  在政策方面,去年1月1日,建设部与国家质检总局联合发布的《地源热泵系统工程技术规范》,作为国家标准经营正式施行。

  目前,北京是我国地源热泵技术推广较好的城市,主要原因是近年来,北京市根据城市能源发展战略和供热规划,并结合举办2008年奥运会对城市的环保要求,规定五环内城区禁止使用燃煤锅炉供暖,鼓励燃油、燃气、地热能和太阳能等清洁能源的应用。到目前,北京每年以15%??20%的速度增长,北京已约有500多万平方米的建筑利用地源热泵系统供暖(冷),其中公共建筑用量为2/3左右,居住建筑占应用量1/3左右。

  节能环保先锋

  与传统中央空调系统相比,地源热泵系统的优势在于它实现了环保性与节能性的统一。

  国际地热协会(IGA)中国地区唯一理事,中国能源研究会地热专业委员会主任郑克棪告诉《中国投资》,通常地源热泵消耗1kW的能量,用户可以获得4kW以上的热量或冷量,比烧煤、烧油、用电的热效率高出很多。“由于水的导热系数比空气高出很多,地源热泵是目前为止单项机械所能产生的最大效率,即使把电厂污染也算到热泵头上,总体看也非常节能”。

  近五年来,地源热泵空调系统在北美和欧洲取得了迅速发展。美国共计超过50万套地源热泵系统投入使用,瑞士95%新居民住宅和50%新建筑都安装了地源热泵系统。在加拿大、意大利、奥地利、瑞典,地源热泵系统都有广泛的应用。

  热泵系统可以运行30年到50年不出问题。到目前为止,美国的热泵已经成功运行了50年,而且还在继续运转。意大利、瑞士都用了30年也没出问题。至于热泵的寿命到底有多长,还需要进一步实践测算。

  早在1950年代,我国就曾在上海、天津等地尝试采用夏取冬灌的方式抽取地下水制冷。天津大学热能研究所吕灿仁教授在1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。1997年,中国科技部与美国能源部签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书,其中一项就是地源热泵的发展战略。1998年,中美两国确定在北京(代表北部寒冷地带)、宁波(代表中部夏热冬冷地带)、广州(代表南部亚热带),合作建立三个地源热泵的示范工程。北部示范工程是北京食品发酵研究所综合办公楼及专家楼,中部示范工程是宁波雅戈尔工业城,南部示范工程是广州松田职业技术学院。

  沈阳第一冷冻机有限公司工程师张永耀告诉《中国投资》,在我国北方地区,供暖需求比较高,地源热泵技术有广阔的市场应用空间,而且操作简单易行,甚至机房不需要专人值守。郑克棪告诉《中国投资》,目前北京已有超过500万平方米建筑面积用的地源或水源热泵。

  但是,地源热泵机组的安装也受到一些自然条件限制,要求地下水资源丰富且适于回灌,建筑物周围要有打井位置,或者有江河、湖泊等地表水资源,或有埋土壤换热管位置,或有工业污水、生活废水等。

  沈阳市地源热泵协会的郭晓朝秘书长对《中国投资》说:“从目前的应用看,热泵技术对地下的不良影响还是很小,但许多不可预知的问题仍然存在。如对地下水流量的影响,微生物群的影响等等,还缺乏有效的检测。但是不能因为有这样的问题就不前进不发展。我们希望这一技术健康发展,就是要在发展中解决已经发现的和将要出现的问题”。

  市场快速启动

  清华同方人工环境有限公司是我国地源热泵技术领域的先行者之一。1999年,清华同方人工环境有限公司在沈阳安装了第一台地源热泵机组,目前占有沈阳地源热泵1/3的市场份额。

  去年底,清华同方人工环境有限公司的“高效满液式水源热泵机组”,通过了北京科学技术委员会组织的科技成果鉴定,该项目是国家“十一五”科技攻关项目,等于提前四年就完成了技术攻关。据介绍,该机组的制冷能效比可达到6.2,制热达到3.68。

  在清华同方人工环境有限公司总经理范新看来,从1999年到2002年,是热泵市场的示范期;从2003年到2005年,热泵技术市场逐年递增,进入推广期;2006年以后,全社会对热泵技术的认识已经有了一次飞跃。“这跟‘十一五’提出节能20%目标有很大的关系。”

  除了清华同方,地源热泵市场的活跃者,还有北京恒有源、山东富尔达、沈阳第一冷冻机有限公司等。地源热泵的市场空间很大,增长很快,2006年大约为30亿元,2007年可望达到50亿。

  范新告诉《中国投资》,地下水水源热泵的实施成本大概每平米160~200元,根据地域性、建筑节能等级不同而上下浮动。

  沈阳试点

  沈阳是水源热泵认识、推广和使用最充分的城市。

  沈阳市地源热泵技术的应用始于1997年。沈阳市现有供热面积1.58亿平方米,其中公共建筑供热面积为4000多万平方米,其余为民用建筑。沈阳市每年公建和住宅的竣工量都在1000万平方米以上。2006年,沈阳做出规划,在“十一五”末期,沈阳将在7000万平方米的建筑面积中,实现地源热泵供暖。到目前为止,已有近300万的各类建筑利用地源热泵系统供暖(冷)。其中地下水源热泵技术使用最多,占到97%以上,而土壤源热泵技术与污水源热泵技术仅在个别工程中应用。

  从1999年沈阳大力推广地源热泵项目开始,到现在已有八九个年头了。沈阳地下水水温大概是11至14度,回灌后水温降至5至7度,这部分热量通过地源热泵技术,变为50度左右的高品质热量,供室内取暖。沈阳广泛运用各种类型的热泵,有污水源的、土壤源的,也有地下水源的等等,实现了100多个热泵工程。

  到目前为止,这些工程基本上都在正常运行,就得到的反馈信息看,还没有失败的。其中污水源热泵已经良好运行了两个采暖季,现进入第三个采暖季。作为试点城市的沈阳目前水源热泵项目较多,开展得也比较好。因为沈阳比较寒冷,湖水和海水比较少,而且取水比较困难,所以目前应用地下水的工程较多。

  沈阳市地源热泵协会秘书长郭晓朝对《中国投资》说:“在试点过程中,沈阳市积累了不少经验,已经存在并良好运行的项目就是最好的经验载体。热泵虽然是政府导向的技术,但市场还是最终的主导,应用它的好处是看得见摸得着的,没有经济效益就不能生存”。

  沈阳市每年都有“拆烟囱”的计划。地源热泵技术的广泛应用,使沈阳市摆脱了过去传统的工业面貌,人居环境得到了很大改善,湛蓝的天空常现,空气清新湿润,沈阳变为既有传统工业又有新兴产业、重视环保节能的现代城市。虽然已经得到“森林城市”的美誉,沈阳市还希望能变成一个绿色城市、花园城市。政府更是下大决心加快步伐发展地源热泵项目,新措施不断出台,锅炉房得到改善。

  郭晓朝认为:“地源热泵是一项再生能源技术,类似风能、太阳能、地下能,贯穿了可持续发展理念,用地下循环能量来造福人类,环保绿色。现在中国的石油30%到40%靠进口,地源热泵的广泛应用将极大地优化中国未来的能源结构,能源利用多元化,大力发展可再生能源,为国家的能源安全提供有力保障”。

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