地源热泵技术：让地热能利用成为可能

    总建筑面积40多万平方米的北京用友软件园。该园将热泵技术、变频技术、夏季蓄冰、冬季蓄热技术和地下土壤的换热技术有机合理地结合为一体。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。

    5年前，地温空调作为前沿科技，本报曾做过大篇幅报道。在接下来的这5年中，全社会对可再生能源的关注度不断升温，一时间太阳能发电、风能发电成为科技时尚先锋，地温空调似乎抢不到什么风头。而当记者打算重新关注一下地热能利用的时候，才知道在北京，地源热泵空调不经意间已广泛推广使用。

    最有效的空调技术

    地源热泵利用的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利，而其商业应用却只有20多年的历史。虽然历史不长，但推广很快，目前，美国、日本、德国、法国、瑞典等许多发达国家都在广泛使用地源热泵技术。这项技术被许多空调专家认定为本世纪最有效的空调技术之一。

    简单地说，因为夏季地下温度低于地上温度，所以地源热泵利用的地热就是通过地下水(或地埋管)这个媒介来将室内的热量带走，冬季则相反，从而达到制冷供暖的效果。地源热泵系统是通过少量的电能输入来完成这些任务。

    比如，钻凿一对深2500米的地热井，一眼取水，一眼回灌，出水温度65摄氏度，出水量50立方米/小时。若直接供暖，地热水的温度只能降低到45摄氏度，利用温差20摄氏度，可采暖面积2.3万平方米。采用热泵回收地热尾水热能，温度可降低到20摄氏度，再扩大利用温差25摄氏度，增加采暖面积2.9万平方米。同样一对地热井的效能扩大了1.24倍，热源建设费由300多元/建筑平方米降低到不到200元/建筑平方米，节约投资40%。

    业内人士认为，近5年我国地热领域的迅猛发展相当一部分原因在于地源热泵技术在我国地热领域的应用。截止到2006年底，北京市利用浅层地热能供暖供冷的建筑物已达到800万平方米的建筑面积，包括普通住宅、办公楼、学校、宾馆、商场、医院、工厂等，以及奥运场馆、奥运村、奥运公园等都用上了地热这种清洁能源。今年3月份竣工的用友软件园中央空调系统(其供暖空调面积达16万平方米)，更是综合运用了地源热泵技术、变频技术、夏季蓄冰、冬季蓄热技术和地下土壤的换热技术有机结合在一起的复合式能源系统。

    记者从《中国国家知识产权局2006年度报告》中了解到，地热资源利用领域的专利申请和授权方面，在近几年也有相应的增幅。2000年至2006年9月，我国有关地热利用的发明和实用新型专利申请达616件，年增长率约为68%。从统计数字上来看，国内和国外对于地热的利用主要涉及直接或间接利用地热能的领域，而且这些领域中发展最快的即是利用浅层地热来进行间接换热的热泵领域。  

节能环保优势明显

    中国能源研究会地热专业委员会主任郑克  介绍说，地热能成为世界上发展最快的可再生能源之一，其原因就在于它的高效率和低污染，而且经济可行、普遍适用。

    首先，从运行效率的角度讲，热泵机组的高效率在供暖模式上用运行系数COP来表示，它是输出能量与输入能量(电能)之比，目前热泵机组的COP一般都能达到3至4。这等于说，热泵的效率是300%至400%，而空调机(空气—空气热泵)的效率是200%，电的效率是100%，燃油的效率是90%，燃煤的效率是55%，因此热泵的效率是最高的。

    其次，从环保的角度讲，热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。虽然热泵本身不排放二氧化碳，但电厂发电时的二氧化碳排放有1/3至1/4要算在热泵的账上，所以热泵摊有少量二氧化碳排放，但没有其他污染产生。

    第三，从工程难易程度的角度讲，地热热泵利用浅层地温的能源只需要钻50米至100米深的钻孔，有的地方或许需要200米深，但比起地热井要钻1000米至3000米来就经济、简易得多。据地热利用专业企业北京市华清集团的技术人员介绍，北京地区地表20米以下，常年恒温在15摄氏度左右，是相当理想的热源(散热体)。

    第四，从可操作性角度讲，浅层地温能的资源条件到处具备，不像地热井那样受到地域局限，它基本上是普遍适用于世界各地，哪怕是寒带也无妨。另外，地源热泵的换热部分为地下工程，可分设于绿地、车场、道路等建筑物周边任何可利用的空间内，不占用土地资源。

    地源热泵生逢其时

    1997年，有着地质勘探背景的华清集团创建，1999年，公司进入热泵市场，10年来，公司业绩一年胜过一年，目前国内最大的地热热泵综合利用项目————北京北苑家园40万平方米地源热泵供暖工程即出自华清之手，在北京，包括奥运公园、奥运村等数十个热泵空调系统都是华清集团的工程项目。

    地源热泵技术：让地热能利用成为可能

    华清集团的发展折射出整个地源热泵的产业环境状况，在郑克  的眼里，目前地源热泵在我国的发展前景十分广阔。 

    依目前的能源供给状况，节能是所有实用技术的最大亮点，地源热泵技术恰好具有这一优势。华清集团总工程师李文伟以北京某招待所为例，介绍了地源热泵的节能优势。这个招待所的建筑面积是2.5万平方米，华清为这个相当于三星级宾馆标准的招待所提供了供暖、制冷和24小时生活热水的地源热泵设计方案，通过几年的检测，这个招待所冬季采暖及热水供应的运行费用是13.52元/平方米，夏季的费用是14.82元/平方米，费用主要是电费。

    我国有相当丰富的浅层地温能资源，地理位置主要在温带，无论浅层地下水或土壤中的温度，利用100米至200米深度就足够我们消耗。地处寒带的挪威，为了利用热泵，要将取热的钻孔钻到400米深度。另一个例子来自瑞典，瑞典有着丰富的海水资源，水源热泵空调近几年在瑞典得到了空前的发展，使其地热直接利用量由2000年的世界排名第10位变成2005年的第2位。

    据郑克  介绍，我们已经掌握了地源热泵的各项相关技术，虽然热泵中的关键部件高压压缩机目前主要依靠进口，但我国已有了国产热泵工厂，有大、中、小型产品，能设计安装，也有了国家标准GB50366—2005。这些都是有利于规范市场、有利于地源热泵产业发展的技术基础。

    来自政府部门的支持对热泵技术开拓空调市场起到积极的作用。据华清集团相关人士介绍，这几年华清的发展与北京市政府相关的产业政策有着非常大的关系。北京市于去年6月颁布了关于发展热泵市场的指导意见，目的在于鼓励、引导和规范热泵系统的有序发展。北京市政府对地源热泵项目还有一定的补贴政策。北京市“十一五”规划中，可再生能源占全市能源的比例要由目前的1%提高到4%，如何实现这个目标，鉴于北京市的自然情况，地热利用被各方寄予厚望。

    《可再生能源法》已经颁布实施一年有余了，相关鼓励政策也相继出台，地热能源的利用，既有一定的普适性，也有热泵等关联技术的鼎立支撑，更有如北京、天津等市的示范工程。地热能源，值得我们期待。