張曉東，閆佳杰

(邢臺地礦地質(zhì)工程勘察院，河北邢臺054000)

河北省地源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

張曉東*，閆佳杰

(邢臺地礦地質(zhì)工程勘察院，河北邢臺054000)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與節(jié)能減排矛盾的日益突出，以及社會各界對環(huán)境保護(hù)認(rèn)識的日益提高，在各級政府的大力推動下，地源熱泵技術(shù)在我國許多省份得到大力推廣應(yīng)用。河北省的氣候冬冷夏熱，區(qū)域范圍內(nèi)的建筑物都有夏季制冷、冬季采暖的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)要求，極其適合地源熱泵技術(shù)的推廣利用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前河北省累計(jì)完成的地源熱泵應(yīng)用建筑面積約為920×104m2，在河北省城市三年大變樣、節(jié)能減排和新農(nóng)村建設(shè)等方面發(fā)揮了重大作用。

地源熱泵；冬季采暖；節(jié)能減排；重大作用

1 河北省淺層地?zé)崮茉吹馁x存與分布特征

淺層地?zé)崮苁侵傅乇硪韵乱欢ㄉ疃确秶鷥?nèi)（一般為200m以內(nèi)），溫度低于25℃，在當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下具備開發(fā)利用價(jià)值的地?zé)崮?。淺層地?zé)崮苁蔷薮蟮奶烊毁Y源，其熱惰性極大，全年的溫度波動很小，一般來說，常年維持在該地區(qū)年平均溫度左右，是一種理想的替代能源和清潔能源。

河北省境內(nèi)淺層地?zé)豳Y源比較豐富,主要分布于中部平原及濱海平原區(qū)，包括廊坊、衡水、滄州、唐山以及邢臺、邯鄲的東部，面積為60613.43km2，約占平原區(qū)面積的84.9%。而分布于張家口、承德、秦皇島、石家莊、保定、邢臺以及唐山等地的部分山前平原區(qū)、山間盆地以及山區(qū)地帶的地?zé)豳Y源，其地源熱泵系統(tǒng)的適宜性較差。滄州地區(qū)近年來地源熱泵發(fā)展勢頭迅猛，尤其是土壤源熱泵項(xiàng)目眾多，這是因?yàn)闇嬷莸貐^(qū)地層巖性以細(xì)砂、粉砂及裂隙粘土為主，是土壤源熱泵系統(tǒng)適宜性較好的地區(qū)，非常適合土壤源熱泵技術(shù)的應(yīng)用。

2 地源熱泵理論基礎(chǔ)及適用范圍

地源熱泵(也稱地?zé)岜?是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移與建筑物完成熱交換的一種技術(shù)。

地源熱泵工作原理是：冬季，熱泵機(jī)組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，實(shí)現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。根據(jù)地?zé)峤粨Q系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)又分為地下水地源熱泵系統(tǒng)、地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)的建筑類型越來越多，2007年檢測地源熱泵項(xiàng)目14項(xiàng)，建筑類型包括住宅、學(xué)校、酒店、辦公樓、商場。到2010年檢測地源熱泵項(xiàng)目27項(xiàng)，建筑類型新增、交易大廳、企業(yè)工廠、會館、寫字樓、醫(yī)院等。2007～2010年檢測地源熱泵項(xiàng)目建筑覆蓋面越來越廣，基本上是覆蓋了各類建筑類型。

3 國內(nèi)外利用情況

目前，淺層地?zé)嵩谖鞣桨l(fā)達(dá)國家利用較普遍。在美國地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)。中北歐的瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國家，地源熱泵（土壤換熱器）技術(shù)處于領(lǐng)先地位，地埋管土壤換熱器熱泵得到廣泛的應(yīng)用。目前，芬蘭的熱泵設(shè)備安裝量已達(dá)540000臺套，涉及廢熱、可再生能源、建筑廢熱、地源和空氣源等多種產(chǎn)品類型。

地?zé)豳Y源在我國也得到了廣泛應(yīng)用，以河北省為例，從整體分布來看，河北省已完成的地源熱泵項(xiàng)目較多，但分布極不均勻。全省共有統(tǒng)計(jì)的項(xiàng)目176項(xiàng)，其中石家莊46項(xiàng)、保定37項(xiàng)、唐山26項(xiàng)、承德18項(xiàng)、邢臺15項(xiàng)、邯鄲11項(xiàng)、滄州8項(xiàng)、衡水6項(xiàng)、廊坊4項(xiàng)、秦皇島3項(xiàng)、張家口2項(xiàng)。

4 地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)

4.1 地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)

地表淺層地?zé)豳Y源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。它不受地域、資源等限制，是真正量大面廣、無處不在的能源。這種儲存于地表淺層近乎可無限再生的能源，使地能也變成一種清潔、可再生的新式能源。

圖1 夏季供冷原理圖

圖2 冬季供原理圖

4.2 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益好

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)沒有冷卻塔，不需要熱力鍋爐，不會產(chǎn)生像冷卻塔中常見的“軍團(tuán)菌”等微生物污染，也不會像熱力鍋爐那樣產(chǎn)生的大量粉塵和有害氣體。地源熱泵系統(tǒng)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷，運(yùn)行費(fèi)用低廉（耗廢電能少，能耗成本低），其對環(huán)境所產(chǎn)生的不良影響遠(yuǎn)比燃油或燃?xì)馊∨蜔崃﹀仩t燃煤取暖造成的不良影響小得多，投入運(yùn)行地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠普遍發(fā)揮較好的節(jié)能環(huán)保效益。

此外，熱泵機(jī)組使用壽命一般為15～20年，地源熱泵系統(tǒng)地下部分的使用壽命一般為50年，前期投入的設(shè)備使用壽命較長，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)投資增量回收期僅為5～8年，充分體現(xiàn)了地源熱泵的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

5 地源熱泵發(fā)展中存在的問題

5.1 技術(shù)研究不足

近年來淺層地?zé)崮芾冒l(fā)展迅速，但以市場化推動為主，淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查評估滯后，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)利用技術(shù)研究薄弱。

5.2 政策支持力度小

地源熱泵系統(tǒng)專有的資源勘查評價(jià)、環(huán)境評價(jià)、項(xiàng)目審批、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、運(yùn)營管理等相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和制度不夠健全；對地源熱泵項(xiàng)目的資源保護(hù)、質(zhì)量安全、行業(yè)健康有序發(fā)展等缺乏基本保證。

5.3 社會對淺層地?zé)豳Y源利用的認(rèn)知度不足

淺層地能利用依賴于資源條件，其技術(shù)性、實(shí)踐性、地域性較強(qiáng)，是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多行業(yè)的綜合性技術(shù)，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。地源熱泵系統(tǒng)因其建設(shè)的復(fù)雜性和處于初期試用階段的特點(diǎn)，新技術(shù)的應(yīng)用尚缺乏廣泛的社會認(rèn)知度，因此，仍需要我們今后的大力宣傳和推廣。

5.4 市場準(zhǔn)入制度不健全，從業(yè)單位技術(shù)水平參差不齊

地源熱泵項(xiàng)目的成敗高度依賴于地下?lián)Q熱器的設(shè)計(jì)和施工。目前，項(xiàng)目實(shí)施單位有設(shè)計(jì)院、科研院所、地勘單位、暖通空調(diào)設(shè)備廠家、設(shè)備代理商以及安裝公司等，從業(yè)單位及人員背景復(fù)雜，行業(yè)界限混亂無序，技術(shù)水平參差不齊，故在一定程度上阻礙了淺層地能利用技術(shù)的健康發(fā)展。

6 地源熱泵的應(yīng)用前景

最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年全國水介質(zhì)地源熱泵機(jī)組市場總量約為33.8億，同比增長25.3%，是2012年中央空調(diào)市場增長最快的產(chǎn)品之一，并連續(xù)5年以超過20%的增長率不斷擴(kuò)大市場。經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前中國地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的排名僅次于美國，居世界第2位，預(yù)計(jì)5年內(nèi)，中國地源熱泵或?qū)⒊矫绹蔀槭澜绲谝弧?/p>

近年來，隨著土壤源熱泵系統(tǒng)在河北省的推廣應(yīng)用，地能利用形式也變得更加豐富：從熱源來源來看，出現(xiàn)了地下水源、土壤源、污水源、工業(yè)廢水余熱和地表水源等形式；從技術(shù)應(yīng)用形式來看，有住宅、交易大廳、辦公樓、學(xué)校、醫(yī)院、廠房等，涵蓋了各種形式的、絕大多數(shù)的建構(gòu)筑物。

隨著國家一系列政策和規(guī)定的出臺，河北省也將地源熱泵技術(shù)列入重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，在政策、技術(shù)、資源等強(qiáng)有力的支持下，河北省淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用事業(yè)將會得到更大幅度的提高和發(fā)展。

[1] 張國斌.河北省地下熱水資源賦存特征與開發(fā)利用展望[J].中國煤田地質(zhì),1998(增刊):29-31.

[2]劉時(shí)彬.中國地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢分析[C]//北京地?zé)釃H研討會論文集.北京:地質(zhì)出版社,2004:202-206.

TB65

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1004-5716(2015)02-0093-02

2014-07-29

張曉東（1964-），男（漢族），河北唐山人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程地質(zhì)勘察、水文地質(zhì)調(diào)查等工作。