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      名家評論

      地源熱泵項目好在哪?地源熱泵受歡迎原因是什么?

      時間:2020-2-18 9:03:11   作者:shen   來源:shen   評論:0
      內容摘要:地源熱泵用于城市供暖具有顯著的優點。熱泵的本質是一種熱量提升裝置,其本身在工作時只需消耗較少的電能,從環境中提取的熱能卻能達到其消耗電能的數倍,通過在淺層地表和室內轉移能量實現調節溫度的作用..
      地源熱泵項目好在哪?地源熱泵越來越受歡迎原因是什么?
       
      地源熱泵作為一種兼具環保、節能與經濟性的技術逐漸受到人們的重視和推廣應用。在南方地區如湖南、湖北、安徽地區均已開展了成功的實踐應用。那么地源熱泵技術好在哪兒?主流的地源熱泵技術有哪些?利用過程中需要注意哪些問題?

      通常來說,地源熱泵技術利用三種淺層地熱資源進行供熱或制冷,即土壤、地下水和地表水。由于淺層地面的土壤、水源通常一年四季保持較為恒定的溫度,因此夏季可吸取冷量,冬季可吸取熱量,再通過熱泵機組輸送到建筑物,一套系統便能同時達到制冷、制熱的效果。

      地源熱泵用于城市供暖具有顯著的優點。熱泵的本質是一種熱量提升裝置,其本身在工作時只需消耗較少的電能,從環境中提取的熱能卻能達到其消耗電能的數倍,通過在淺層地表和室內轉移能量實現調節溫度的作用,因此是一種十分節能、經濟的技術。

      地源熱泵城市供暖工程-地源熱泵空調系統項目


      此外,該技術屬于可再生能源技術,其利用的是地表淺層的地熱資源,是地表土壤、地下水或河流吸取太陽輻射和地熱能而形成的熱能,可以說是取之不盡、用之不竭,擁有巨大的開發潛能。

      地源熱泵也具有顯著的環境效益,在運行過程中沒有燃燒,不產生大量排放和廢棄物。雖然初次安裝成本較高,但是地源熱泵在后續使用過程中維護成本較低。整套系統中的機械運動部件較少,并且設備主要分布在地下、水下或者室內,而不需要暴露在空氣中,能夠避免惡劣天氣造成的設備損耗。

      地源熱泵空調系統主要由三部分組成:室外地能換熱系統、地源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。根據熱能來源的不同,主要分為地埋管地源熱泵、地表水地源熱泵和地下水地源熱泵。地埋管地源熱泵是通過豎直或水平的土壤換熱器,經由傳熱介質與巖土進行熱交換的地源熱泵系統,也稱為土壤源熱泵。


      水平埋管方式適用于可利用地表面積大,淺層巖土的熱物性受外界氣候影響較小的區域。反之,則應該采用豎直埋管方式。土壤源熱泵需要附近有足夠打孔和埋管的區域,因此適用于別墅和容積率不太高的公共建筑和辦公樓,并且需要具備適宜打孔的地質條件。因此建筑密度較大的小區和地質條件惡劣、地下巖層比較厚和硬的地方相對來說不適合于采用土壤源熱泵。從經濟性看,地源熱泵系統往往需要較高的一次性投資費用。但后續能耗、維護費用較低,使用一定年限后,即可在經濟性上超越傳統的空調系統。
      地源熱泵項目好在哪?地源熱泵受歡迎原因是什么?
      由于相應技術具有一定的特殊性和復雜性,因此在施工、設計方面,如果專業度不夠則很容易出現問題。2004年住建部推出土壤源熱泵資助示范項目,開啟了該項技術的商業化推廣應用。近十幾年,該項技術的研究得到了國家的大力支持,相關的國家自然基金資助項目有十幾項,相關的基礎研究與應用研究在全國50多所高校開展,在換熱模型系統模擬、適應性分析、參數響應等方面取得了大量研究成果,因此該技術基礎的科學性問題已經不再是一個瓶頸,關鍵在于應用方面的推廣。

      湖南省發改委公布的《湖南省“十三五”地熱能開發利用規劃》,明確“十三五”規劃期內,湖南14市開展42個地熱能開發利用項目。長沙、株洲等絕大多數地級市淺層地溫能開發利用規劃均重點發展地埋管地源熱泵項目。北京大興國際機場、云南寧蒗瀘沽湖機場、常州國際機場等諸多公共建筑也采用了地源熱泵結合太陽能、水蓄能技術進行供熱、制冷。據供熱信息網測算,大興機場的地源熱泵實現了250萬平方米辦公場地的供熱和制冷,每年可減少碳排放1.58萬噸以上,提高了建筑的環保、節能水平。

      地表水地源熱泵利用的是地球表面水源,如河流、湖泊中的熱能資源,換熱系統布置在水底,適合于臨近水邊的建筑物。此外,工業廢水、經過處理的污水也可以作為熱源。該技術利用了江水、海水穩定的溫度,不需要鉆孔、挖井,初投資相對較小,也無需占用土地。但是此方式的局限性在于需要建筑物附近有較大面積的水域。在水系豐富的湖北省,地表水地源熱泵已經取得了一定規模的推廣應用。

      2020年1月,湖北省首個江水源可再生能源項目在武漢啟動建設,總投資約6億元,計劃2021年達到供能條件。該項目位于武漢市核心地段中央公園綠地的地下,機房占地面積1萬余平方米,建成后,可滿足商務區內211萬平方米建筑物的全年供暖制冷需求。據測算,相比于傳統的空調系統,該項目綜合節能率超過30%。供熱信息網了解到專家表示,理論上沿江5公里內的建筑物都可以采用這種技術進行供暖制冷。湖南省首個大型水源熱泵區域能源中心——濱江新城智慧能源項目,為濱江新城212萬平方米區域的建筑提供集中供暖、供冷服務。

      此外,長沙的部分小區也通過水源熱泵系統提取湘江水熱能實現了居民供暖。居民反映,100平方米的房子,安裝燃氣壁掛爐帶地暖,24小時要用掉約20立方米的天然氣,一個月采暖費約需1920元,而集中供暖包年1個月費用僅需500元,暖氣24小時不間斷。而在污水熱泵應用方面,2008年奧運會的重要設施——45萬平方米的奧運村即采用了城市污水熱泵。國內最大污水源單體熱泵供熱項目為哈爾濱市新發小區及周邊4個小區實現供暖,由于距離市政地下污水干渠距離較近,該污水源熱泵替代了原有的4臺20噸燃煤鍋爐,供熱面積66萬平方米,熱用戶6600余戶。地下水地源熱泵則采用地下水作為低品位熱源,需與由水泵抽取的深層地下水進行冷熱交換。適用于地下水資源豐富,當地資源管理部門允許開采地下水的地區。該方式適用于周圍空地面積有限的建筑。但這種熱泵技術的局限性在于需要具備適宜打井的條件,并且受到地下水源狀況的影響。與埋管的方式相比,地下水地源熱泵造價低、容量大,但是在地質環境方面造成的問題比較突出。

      地下水是一種優質的淡水資源,也是國家的戰略資源,使用地下水的過程中一旦出現問題,會帶來較為嚴重的后果,因此各地對地下水的開采都采取謹慎的態度。地下水的水質處理以及回灌是該技術推廣應用中的重點。當地下水不能直接被熱泵利用時,需要進行除砂、沉淀,否則會導致系統效率降低或發生故障。

      此外,利用地下水,還需要進行水源的回灌。操作不當會引起地下水位不平衡、地面沉降等問題。近年來,在該項技術推廣應用過程中,有的地區出現了開采而不回灌的現象,不利于地熱資源的可持續利用,受到了政府部門的嚴查。全國許多地區對地下水的開采管理也逐漸趨嚴,加強尾水回灌的要求,限制發展的政策增多。隨著技術的不斷進步和巨大的地熱資源被開發,使得地源熱泵成為了南方供暖以及北方供暖清潔替代過程中的一項重要技術。

      地源熱泵項目好在哪?地源熱泵受歡迎原因是什么?


      在應用過程中,需要重點考慮水文地質條件是否適宜,因地制宜地發展地源熱泵。在地下水開采利用規定較為靈活的地區,地下水地源熱泵可以作為一個選擇;在土壤條件適宜的區域,地埋管地源熱泵具有很大的開發潛能,并且相對更適用于容積率低的建筑;而在水資源豐富的地區,江水、湖水及海水的周邊數公里,可以很好地利用地表水地源熱泵。此外,城市的污水熱源也是一個靈活的選擇。在現階段城市發展供暖的過程中,地源熱泵經過一段時間的探索,已取得了較大的進步,并且適應節能減排的大趨勢。通過與其他可再生能源如太陽能合作發展,結合儲熱技術、智能電網技術,地源熱泵將成為我國發展南方供暖以及城市清潔供暖的重要動力。(作者:沈子玥 魏楚,供職于中國人民大學國家發展與戰略研究院、應用經濟學院)
      該文章所屬專題:南方供暖

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