武漢地源熱泵應用現(xiàn)狀及發(fā)展對策

1、武漢地源熱泵應用現(xiàn)狀及發(fā)展對策陳焰華 摘要：地源熱泵技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保、可再生能源利用的特性在我國得到了迅猛發(fā)展，在武漢也得到了大量的工程應用，本文梳理和總結(jié)了武漢地區(qū)地源熱泵技術(shù)應用和發(fā)展現(xiàn)狀，并從多方面剖析了地源熱泵發(fā)展和工程應用中存在的主要問題，提出了武漢地源熱泵應用和發(fā)展的對策建議。一、我國地源熱泵技術(shù)發(fā)展目前，我國31個省、市、區(qū)均有淺層地能開發(fā)利用工程，利用地源熱泵供暖制冷的項目約5000個，應用的建筑面積已超過1.4億平方米。地源熱泵項目主要集中在華北和東北南部地區(qū)，包括北京、天津、河北、遼寧、山東、河南等省市，南方主要集中在長江流域的省市。在北京，利用淺層地能供暖制冷的建筑約有

2、3000萬平方米，沈陽則已超過6000萬平方米。我國地域遼闊，淺層地能可利用量巨大。據(jù)初步估算，全國287個地級以上城市每年淺層地能資源量相當于95億噸標準煤，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，可利用熱量相當于每年3.5億噸標準煤。如果能有效開發(fā)利用，扣除開發(fā)利用的電能消耗，每年可節(jié)約標準煤2.5億噸。地源熱泵技術(shù)發(fā)展得益于以下的各級政策引導、技術(shù)應用研究和技術(shù)支撐體系的建設。（一） 政策引導住房和城鄉(xiāng)建設部自2006年啟動可再生能源建筑應用示范項目以來，已實施了四批共371個示范項目。為落實國務院節(jié)能減排戰(zhàn)略部署，加快發(fā)展新能源與節(jié)能環(huán)保新興產(chǎn)業(yè)，推動可再生能源在城市建筑領域大規(guī)模應用和引導農(nóng)村住宅、農(nóng)村中

3、小學等公共建筑應用清潔、可再生能源，財政部、住建部2009年發(fā)布了可再生能源建筑應用城市示范實施方案和加快推進農(nóng)村地區(qū)可再生能源建筑應用的實施方案。通過實施中央財政扶持政策積極引導社會資金投入，充分發(fā)揮市場機制和地方政府的積極性，以促使各地完善技術(shù)標準，推進科技進步，加強能力建設，逐步擴大應用規(guī)模，提高應用水平。 到目前為此，共有47個城市獲批可再生能源建筑應用示范城市，98個縣獲批農(nóng)村地區(qū)可再生能源建筑應用示范縣。除此之外，北京、沈陽等很多省、市也相繼出臺了有關文件和政策支持淺層地能的開發(fā)與利用，為配合再可生能源建筑應用示范城市和農(nóng)村地區(qū)可再生能源建筑應用示范縣建設，各地都制定了相應的專項發(fā)

4、展規(guī)劃及配套實施政策，在各地編制的“十二五”建設領域和能源發(fā)展規(guī)劃中再生能源建筑應用和地源熱泵技術(shù)的發(fā)展應用都是不可或缺的重要內(nèi)容。（二） 淺層地溫能資源的調(diào)查和評價國土資源部2008年下發(fā)關于大力推進淺層地熱能開發(fā)利用的通知，要求各省、自治區(qū)、直轄市國土資源行政主管部門組織完成本行政區(qū)域內(nèi)的淺層地熱能調(diào)查評價工作。調(diào)查評價的對象為各?。▍^(qū)、市）國土資源廳（局）上報的適宜開發(fā)利用淺層地熱能的城市（鎮(zhèn)），調(diào)查評價的范圍為城市的城區(qū)和遠景規(guī)劃建設區(qū)，調(diào)查評價內(nèi)容主要是查明淺層地熱能分布特點、賦存條件和地層熱物性參數(shù)等，估算可利用資源量。在調(diào)查評價的基礎上，結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、城市建設、礦產(chǎn)資源規(guī)劃和

5、土地利用規(guī)劃，根據(jù)當?shù)匦姓^(qū)域可再生能源開發(fā)利用中長期目標，編制完成各城市（鎮(zhèn)）淺層地熱能開發(fā)利用專項規(guī)劃。并要求專項規(guī)劃應根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件，劃定適宜開發(fā)區(qū)、較適宜開發(fā)區(qū)和不適宜開發(fā)區(qū)；依據(jù)水文地質(zhì)條件，圈定適宜不同開發(fā)方式（地下水、地埋管）的地段，估算不同適宜區(qū)淺層地熱能可利用量，估算可能的供暖服務面積，提出合理的開發(fā)利用規(guī)模，為淺層地熱能資源的可持續(xù)利用提供科學依據(jù)。同時要求加強淺層地熱能開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作，對開發(fā)利用淺層地熱能的城市（鎮(zhèn)）建立淺層地熱能監(jiān)測網(wǎng)。北京市在2009完成了北京平原區(qū)淺層地溫能資源地質(zhì)勘查報告，天津市在2010完成了天津市淺層地溫能資源調(diào)查報告，在此基礎上

6、編制了淺層地溫能資源開發(fā)利用相關政策研究和關于推進天津市淺層地溫能開發(fā)利用工作的建議。沈陽、長沙、杭州等地也已經(jīng)完成相關工作，2011年，國土資源部在地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評價中央財政專項中，安排全國29個省會級城市開展淺層地溫能資源調(diào)查和評價工作。武漢市淺層地溫能資源調(diào)查評價工作也已于2011年正式啟動。（三）地源熱泵應用技術(shù)研究針對地源熱泵工程應用中存在的共性問題和關鍵技術(shù)問題，國家“十一五”科技支撐計劃項目“建筑節(jié)能關鍵技術(shù)研究與示范” 、“長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)高效應用關鍵技術(shù)研究與示范”開展了相關的研究并取得了系列成果。各地也結(jié)合當?shù)氐墓こ虘脤嶋H和需求開展了眾多的應用研究，諸如淺層巖

7、土體熱物性測試的研究，部分城市建立了不同地層的熱物性數(shù)據(jù)庫，進行了不同換熱方式下地下傳熱模型的模擬實驗，建立地溫長期觀測點（包括換熱井及周圍地層溫度、水位、水質(zhì)等），監(jiān)測其變化規(guī)律，特別是換熱井回灌能力和溫度恢復情況，測試地下?lián)Q熱系統(tǒng)的實際換熱效果，測量地層熱流值及熱傳導系數(shù)，地下水源熱泵取水與回灌技術(shù)等。重慶市國家“十一五”科技支撐計劃項目“長江上游地區(qū)地表水水源熱泵系統(tǒng)高效應用關鍵技術(shù)研究與示范”， 以長江上游地區(qū)地表水應用為對象，通過深入研究，開發(fā)了適應長江上游地區(qū)地表水水源條件的高效水源熱泵機組及輸配系統(tǒng)，研究和突破了取水水處理和系統(tǒng)應用保障關鍵技術(shù)，建立健全了長江上游地區(qū)地表水水源熱

8、泵系統(tǒng)技術(shù)標準、規(guī)程和圖集，并建設了集成化的示范工程，形成了經(jīng)濟、適用、高效的地表水水源熱泵系統(tǒng)技術(shù)模式、工程模式和管理模式，初步建立了在長江流域開展地表水水源熱泵推廣應用的科技支撐體系。（四）地源熱泵應用技術(shù)體系建設按照財政部、住房和城鄉(xiāng)建設部可再生能源建筑應用城市示范實施方案的要求各地均加強了可再生能源建筑應用技術(shù)體系和技術(shù)支撐能力的建設，均制定了相應的可再生能源建筑應用發(fā)展規(guī)劃、管理辦法、配套措施以及規(guī)范工程項目實施的設計及施工質(zhì)量驗收標準。國家標準地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范適時進行了修編，各地結(jié)合當?shù)貧夂驐l件和水文地質(zhì)狀況都編制了適應當?shù)匦枰募夹g(shù)規(guī)范或技術(shù)實施細則，如重慶市編制完成了地

9、表水水源熱泵系統(tǒng)設計標準、地表水水源熱泵系統(tǒng)施工質(zhì)量驗收標準、地表水水源熱泵系統(tǒng)適應性評估標準、地表水源熱泵系統(tǒng)運行管理技術(shù)規(guī)程。國家“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案提出了深入貫徹落實科學發(fā)展觀，堅持降低能源消耗強度、減少主要污染物排放總量、合理控制能源消費總量相結(jié)合，形成加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的倒逼機制的總體要求，加大調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的力度，“因地制宜大力發(fā)展風能、太陽能、生物質(zhì)能、地熱能等可再生能源。到2015年，非化石能源占一次能源消費總量比重達到11.4%”。據(jù)悉，地熱能特別是淺層地溫能開發(fā)已經(jīng)納入到國家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，未來五年，計劃完成地源熱泵供暖面積達3.5億平方米。各地編制的“

10、十二五”新能源發(fā)展或可再生能源建筑應用規(guī)劃均將地源熱泵作為重要的發(fā)展內(nèi)容，可以肯定的是我國“十二五”期間淺層地能開發(fā)利用將會掀起新一輪高潮。二、武漢地源熱泵技術(shù)應用現(xiàn)狀武漢自2000年開始該技術(shù)的工程應用，至今已在武漢火車站、武昌火車站、武漢雜技廳、武漢美術(shù)館、中南劇場、湖北大學圖書館、湖北省圖書館新館、武漢市委辦公樓、省國土資源廳大樓等近百棟建筑應用，建筑應用面積近350萬平方米。為充分調(diào)動建設單位及開發(fā)商應用地源熱泵技術(shù)的積極性，湖北省及武漢市建設行政主管部門及時將國家精神、政府決策、示范要求等工作內(nèi)容通過各種途徑向社會傳播，并積極組織示范項目申報、關鍵技術(shù)研究、技術(shù)宣貫和培訓。湖北省實施

11、中華人民共和國節(jié)約能源法辦法、湖北省民用建筑節(jié)能條例均要求推進可再生能源建筑應用，并制定了有關地源熱泵應用的相關激勵政策。武漢清江花園小區(qū)列為2003年建設部科技示范工程；武漢泰躍金河小區(qū)列為2006年全國十大建筑節(jié)能工程；武漢市百步亭新港苑小區(qū)、軍事經(jīng)濟學院圖書館、廣州軍區(qū)中南花園招待所、湖北第二師范學院圖書館等項目列為財政部、建設部可再生能源建筑應用示范項目；武漢理工大科技園研發(fā)中心、湖北省出入境檢驗檢疫局綜合實驗樓列為“十一五”國家科技支撐計劃“可再生能源與建筑集成技術(shù)應用示范工程項目”。 20052007年，武漢市發(fā)改委、建委、法制辦、規(guī)劃、科技、水務、環(huán)保局、市建筑設計院、市勘測院等

12、部門和單位，成立了工作專班，開展了地源熱泵技術(shù)應用的相關基礎性工作研究。提出了推廣應用地源熱泵技術(shù)應遵循“積極審慎，因地制宜，科學利用，依法依規(guī)，嚴格監(jiān)管，穩(wěn)步推進”的原則。并根據(jù)不同熱泵技術(shù)特點，提出了發(fā)展方針 “優(yōu)先發(fā)展廢熱和污水源熱泵，積極發(fā)展地埋管地源熱泵，適度發(fā)展地下（表）水源熱泵”。在相關基礎性工作研究的基礎上，提出了武漢市關于應用熱泵技術(shù)的指導意見（初稿）、武漢市應用熱泵技術(shù)供熱供冷發(fā)展規(guī)劃、武漢市地源資源評價報告、水果湖地區(qū)應用地源熱泵的可行性研究等報告。頒布實施了武漢市地下水管理辦法、武漢市地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)實施細則等規(guī)范性文件。2009年武漢成為全國首批可再生能源建筑應用

13、示范城市，并獲得了國家財政的專項資金支持，武漢市財政局、城建委出臺了武漢市可再生能源建筑應用專項補助資金管理辦法，并先后組織了三批可再生能源建筑應用示范項目申報。 為保證地源熱泵技術(shù)推廣應用工作科學規(guī)范、健康有序地開展，華中科技大學、中國地質(zhì)大學（武漢）、武漢科技大學和武漢市建筑設計院等科研設計單位在地源熱泵技術(shù)研發(fā)和設計應用經(jīng)驗的基礎上，深入開展了地源熱泵相關技術(shù)領域的綜合研究和工程應用示范。在市建設行政主管部門的支持下成立了武漢土木建筑學會地源熱泵專業(yè)委員會，搭建了地源熱泵技術(shù)各專業(yè)、各學科交流和合作的平臺，以加強技術(shù)協(xié)作和組織聯(lián)合攻關，提高地源熱泵技術(shù)的綜合應用水平，并及時為工程建設項目

14、應用地源熱泵技術(shù)提供理論指導和技術(shù)支持。從武漢地源熱泵使用項目的實際運行情況來看，各系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定，節(jié)能環(huán)保效益顯著，積累了寶貴的工程應用經(jīng)驗，贏得了較好的社會影響。為準確具體掌握地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在武漢的應用現(xiàn)狀和存在的問題，為武漢推廣應用地源熱泵系統(tǒng)提供技術(shù)支持，武漢市城建委科技專項武漢地區(qū)地源熱泵推廣應用技術(shù)研究對武漢已建地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)工程進行了全面的調(diào)研和典型工程測試，研究結(jié)果表明，地源熱泵系統(tǒng)運行基本正常，到目前未出現(xiàn)過大的故障或問題，也未發(fā)現(xiàn)地面沉降或塌陷現(xiàn)象。大部分工程定期對地下水水位進行檢測，未見有異常水位下降現(xiàn)象。市水務局對已建部分地下水地源熱泵工程地下水監(jiān)測表明，地下水溫

15、、水質(zhì)無明顯異常。典型建筑的沉降觀測表明，地源熱泵系統(tǒng)在取水并回灌的情況下，建筑物及地面沉降均在正常范圍之內(nèi)。地源熱泵系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保，可再生能源利用效率顯著。從典型項目測試的情況來看，地源熱泵系統(tǒng)的能效比高于常規(guī)電制冷機組供冷+鍋爐供熱系統(tǒng)約20%-30%，高于風冷熱泵系統(tǒng)約30%-40%，減少化石能源使用量50%-60%。夏季減少了冷卻塔的飄水損失，減緩了城市熱島效應；冬季無燃燒過程，對終端用戶來說無污染物的排放。地源熱泵技術(shù)的推廣應用，能夠提高能源利用效率并有效改善湖北武漢地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)，具有極為顯著的經(jīng)濟和社會效益，對“節(jié)能減排”和“兩型社會”建設的推進意義重大。按武漢每年300萬平方米

16、建筑采用地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)計算，其減少的運行費用約1800萬元，減少的化石能源使用量約3.69萬噸標準煤，減少CO2、SO2、NOx、煙塵等污染物分別為9.87萬噸、230噸、330噸、92噸。地源熱泵作為無污染的既可制冷又可供暖的新型空調(diào)系統(tǒng)，可廣泛應用于公共建筑、商業(yè)樓宇、住宅公寓、學校、醫(yī)院等建筑物。三、地源熱泵應用存在的主要問題我國地源熱泵行業(yè)的發(fā)展雖然起步較晚，但在國家相關政策扶持和經(jīng)濟措施激勵下，應用工作推進迅速，工程規(guī)模急劇擴大，發(fā)展速度很快。地源熱泵設備生產(chǎn)廠家、施工企業(yè)和技術(shù)集成商大量涌現(xiàn)，并形成了一批全國性或區(qū)域性領軍企業(yè)。地源熱泵技術(shù)正在被越來越多的人們所了解、認識和接受，

17、業(yè)已成為我國實現(xiàn)建筑節(jié)能減排和可再生能源利用領域的重要技術(shù)之一。當然，由于大量設備制造企業(yè)和工程承包商急速涌入地源熱泵市場，水平和能力參差不齊，使得部分工程項目的建設質(zhì)量得不到有效保障，大大損害了地源熱泵技術(shù)的聲譽，影響了地源熱泵市場的良性發(fā)展。這其中很重要的原因是，在快速發(fā)展的市場面前，各方面的技術(shù)準備和人才儲備都完全不足。從基礎研究方面來說，工程前期未能進行全面的淺層地能資源調(diào)查和評價，缺少基礎性技術(shù)數(shù)據(jù)，缺少基礎性研究成果，缺少大型工程實際運行工況的數(shù)據(jù)積累和研究分析，缺少權(quán)威性的研究結(jié)論和系統(tǒng)性的設計方法。從技術(shù)體系方面來說，大規(guī)模推廣應用的技術(shù)、標準及產(chǎn)品體系建設還剛起步，未能形成成

18、套的技術(shù)指導體系，如規(guī)范、標準、通用圖集、施工工法等。各地缺少相應的技術(shù)支撐能力，相關從業(yè)人員未能得到系統(tǒng)規(guī)范的技術(shù)培訓。從建設管理方面來說，因為地源熱泵系統(tǒng)涉及到多專業(yè)、多學科，牽涉到政府相關的多個管理部門，需要協(xié)同設計、交叉施工、聯(lián)合管理，目前的建設管理程序存在管理盲區(qū)，而市場監(jiān)管機制又不同程度存在缺失。從運行管理方面來說，缺乏對淺層地能資源開發(fā)利用狀況的動態(tài)監(jiān)測和建筑物的能效檢測，不能為系統(tǒng)節(jié)能診斷、能源管理和運行優(yōu)化控制提供基礎數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。從市場推廣方面來說，沒有建立相應的市場準入制度，產(chǎn)品認證制度，責任監(jiān)管和產(chǎn)品淘汰制度，市場規(guī)范程度還遠遠不能滿足可持續(xù)發(fā)展的需要。在實際運行

19、使用的工程中，部分地源熱泵項目沒有達到理想的節(jié)能效果，其原因涉及多方面因素，從典型工程調(diào)研結(jié)果和實際工程經(jīng)驗總結(jié)可以看出，除了應充分研究建設項目的使用功能、負荷特點并與當?shù)氐臍夂?、水文地質(zhì)條件相結(jié)合選取合適的地源熱泵系統(tǒng)形式外，還要充分重視建設項目勘察、設計、施工、監(jiān)理和運行管理等各個相關環(huán)節(jié)。對于地下水地源熱泵系統(tǒng)，只有具有水量充足、水溫適度、水質(zhì)適宜、供水穩(wěn)定的地下水資源才能夠保證地源熱泵系統(tǒng)長期穩(wěn)定和節(jié)能高效運行。因而，首先要確保地下水資源勘察數(shù)據(jù)和水文地質(zhì)試驗數(shù)據(jù)的準確性及可靠性；并根據(jù)準確、可靠的試驗數(shù)據(jù)結(jié)合工程場地條件及國家相關的施工驗收規(guī)范進行設計和施工；施工監(jiān)理必須嚴格按照規(guī)范

20、和成井工藝監(jiān)管到位，確保成井質(zhì)量；使用過程中應加強對熱源井的維護保養(yǎng)，提高熱源井的使用壽命；應嚴格按照地下水管理辦法進行取水申報和取得取水許可證，取水量較大或重要工程還應進行專項地質(zhì)災害評估。對于地埋管地源熱泵系統(tǒng)，首先應在全面掌握地質(zhì)勘察和熱響應試驗資料的基礎上，根據(jù)對建筑物使用功能和負荷特性的預測分析，選擇合適的埋管形式和地下?lián)Q熱器布置方案；其次應確保地下?lián)Q熱器的施工質(zhì)量，并有有效的手段來控制和調(diào)節(jié)地下?lián)Q熱器各區(qū)域的換熱能力；大中型地埋管地源熱泵系統(tǒng)應進行地埋管全年動態(tài)負荷計算，并采取復合式地源熱泵系統(tǒng)設計來實現(xiàn)“巖土體熱平衡”；在工程建設中，各方應高度重視地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)復雜性和交叉施

21、工帶來的施工難度，應由施工方進行詳盡的施工組織設計，確保施工過程的每個環(huán)節(jié)都能按照規(guī)范得以有效控制。四、武漢地源熱泵應用和發(fā)展的對策建議地源熱泵的應用已納入到國家“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃，各地“十二五”規(guī)劃均將地源熱泵作為重要的發(fā)展內(nèi)容，我國地源熱泵的開發(fā)利用將會掀起新一輪高潮。武漢具備良好的地源熱泵技術(shù)應用資源條件，較大的供熱供冷市場需求，較強的地源熱泵技術(shù)研發(fā)、勘察、設計、施工、設備生產(chǎn)實力，產(chǎn)業(yè)鏈完整，應盡快出臺地源熱泵技術(shù)推廣應用的實施意見，推動地源熱泵技術(shù)在武漢的規(guī)?；瘧煤彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。地源熱泵技術(shù)的規(guī)?；瘧煤彤a(chǎn)業(yè)化發(fā)展既可為武漢 “兩型社會”建設作出必要的貢獻，又能夠推動新能源和地

22、源熱泵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為武漢市的經(jīng)濟建設帶來新的增長點，為社會提供新的就業(yè)領域和新的就業(yè)機會。但地源熱泵系統(tǒng)是一個涉及到多專業(yè)、多學科、跨行業(yè)、跨領域，需要實施各環(huán)節(jié)密切配合和協(xié)同的技術(shù)及管理較為復雜的系統(tǒng)工程，要保證地源熱泵技術(shù)的健康發(fā)展，需要加強以下幾個方面的工作：1）科學評估，適度發(fā)展應對當?shù)氐臏\層地能進行全面系統(tǒng)的調(diào)查和資源評估，查明淺層地能分布特點和賦存條件，估算可利用資源量，劃定開發(fā)適宜區(qū)和適宜不同地源熱泵技術(shù)利用方式（地下水、地埋管、地表水）的區(qū)域，提出合理的開發(fā)利用規(guī)模，并建設地下溫度場動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)。2）統(tǒng)一規(guī)劃，合理布局為充分發(fā)揮各種供熱、供冷技術(shù)的優(yōu)勢，發(fā)揮綜合效益，應將地源熱泵技術(shù)的發(fā)展納入到各地集中供熱、供冷工程總體規(guī)劃，統(tǒng)一布局，有機結(jié)合，互相補充。根據(jù)當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展總體規(guī)劃和資源儲藏及資源評估，制定地源熱