天津市地源热泵专业委员会主任马一太

   

PM2.5对人体是可吸入，吸进去出不来了，随着年纪的增加对身体有害的东西多。以北欧德国瑞典那些国家的办事处，他们派出人来，说我不去北京工作，给多少钱也不去，身体第一。所以现在治理PM2.5是国家大事，而且PM2.5的污染源肯定是和现代化密切相关，这个霾在中国的甲骨文就有，霾就是非水蒸气的颗粒物，古人还是有一个区别，唐诗三百首中有十几个是有这个字的，那个时候霾主要是自然界，大漠孤烟直，像这样都是战火风暴造成的，现在都是人工污染。当然对于油品的改善，工程杨灰等等，都有一系列的措施。但是锅炉由小变大，从分散变集中，可以消灭大的颗粒物，过去我们叫P10，但是PM2.5对于一般中小型锅炉就是集中采暖的锅炉都没有治理。现在对于电厂现在能做到的，尽量做到达到排放标准，这个一些说法，大家可能很熟悉，河北省我们京津冀，这个是全国污染的重点，11个城市排在污染最重的前20位，其中7个城市排在前10位，这个京津冀的治理污染的任务的非常重，当地的官员就提出来了“沿途冒烟，人头落地”这个就下了狠心了，这些得有具体琐事，由于燃煤造成了很多人的过早死亡。

那么再一个要点就是区域能源站，这个实际上是在城市中集中供暖供冷，或则是供燃气这样的一个战略的统称，给主机学校机关提供各种能源的服务，原来这些是分属不同的部门，现在开始集中起来。这里边冷热供应，地源热泵就起到了重要的作用。尤其在北方，这个能源站主要来自于热泵或者是天然气，现在大城市时间煤改燃，设备容量较大，有规模效益，较少占地面积，而且充分利用可再生能源，根据建筑物的需求不同，因为这个机关学校对这个需求是有周期波动的，这个就使得设备的离机率提高，但是这些能源站都是现代化管理，需要大量的投资。

       水地源热泵尤其是在北方，它实际上是大型热泵的一个基础，因为北方空气源肯定不太合适。但是要做到规模大，都是大规模，实际上中国的地源热泵是领先世界的。我们的面积规模，国外是望尘莫及。我们动不动就是上百万平米的规模，这个国外没有相关的政策法规，所以我们有些地源热泵的法规要是从国外直接引进必须通过中国国情进行适当的改写，否则的话就会有问题。这里北方的能源成本供大家参考，这个居民生活用电供暖费每平方25元，公共建筑36以平米，而且是以高度3米3为计算，供冷费一般是45，酒店60，因为酒店要求的是24小时。

能源的原理就简单说一说，原来我们供冷供热不同的需求都有单独的设备，现在一个能源站可以分别把冷热兼顾再加供热水，就是这样把三分供变成三联供，这个肯定可以充分提高，一个热回收的，还有一个可再生能力，那么制冷热泵的原理就不讲了，接下来只强调一个，热泵的系数大家都知道，根据电厂加上发电输电的综合效率，我们可以先设30%，现在可能在提高。锅炉效率是45%，但是有90%的，我们主要是烧煤，75%，热泵的COP要大于2.5，所以热泵节能是完全可能的。

    热泵是可再生能源的采掘机械。这里可利用的，其实在我们正常的供热中，或者是能量中，占的非常之小，我们不管是从所有的能量，我们百分之多少是油，这些都是1%都不到，但是我们用热泵来开采就会提高了。现在我们用热泵可以把空气中的低品位能源，水、地下水的低品位能源。现在习近平主席提出来中国要进行能源生产的革命，这个热泵是一个主力军。所以热泵还是一个最好的能源方式，它有环保意义。还有电能中它是可再生的，电能可以长具体输送，这个输送我们国家已经解决了超高压输电问题，这样在数千公里的输送中，损失不会超过10%，因为电能是有能量没有质量的物质，它的质量非常的小，它在导线中以光速来流动，它消耗的就是电阻热，所以立即这个原理，可以把电能从很远的地方送到大城市用电的，送到千家万户，如果我们输送其他的不管是煤天然气都要通过运输管道，还有很多的次生的污染和灾害，所以热泵是一个非常好的方式。

国际上的能源站，发达国家是带头，据统计有1万多5个供热供冷的能源站，日本因为寸土寸金，所以必须集中管理，这个是他们的一个特色，美国也有超过6000个区域供暖的。

    我们国家近年来不管是广州大学生天津市，等等纷纷建立能源站，所以这个概念大家都认可。武汉东湖宾馆搞得不错，把原来的供热水和冷的制冷机，都淘汰了，然后用空气源热泵，这样来解决供冷供热和热水供应。天津市能源站2014年要建11个能源站，我们天津市的设计院的总工可能也在那个时候，也在做这个经验，而且在天津香格里拉召开全国暖通会议，就要参观这些能源站的建设，有兴趣的同志可以去看。

    下面重点讲讲解放南路的，其他的包括我们天津大学新小区也有，这里面的中心设备就是地源热泵，天津市解放南路还有一个特色，他是用3500米的地源井，天津大学这个是20米的学生宿舍，都用地源热泵。现在是向这个煤改燃迈步，燃煤锅炉因污染环境逐步推出，部分进行煤改燃，从陕北的到曹妃甸的，中海油的从几亿方到几十亿方来自不易，我们天然气的产量和进口量，到2019年中国整体天然气需求为3150亿立方，本土开采量达1930亿立方米，其他的为进口，我们和俄罗斯签订30年的供气合同，还得我们先给钱，是我们先垫资运行，但是边境上3块4，到大城市，到江南4块钱打住了。那么所有这个三千亿立方，有的说5千亿，不可能发展太快。只够像天津北京这样的大城市，所以要管理上改善，还得靠地源热泵，因为中国的特色是煤，这个是天津市一号能源站的标准，这个地热水的调控是93度，水质怎么样还不太了解，现在都在招标中，但是节能环保效应非常的好。他的电从陕北供过来的，但是电厂有严格的排放标准，这个有是说我们对我们热泵最好的一个原因。

    地源热泵系统大家都很熟悉，地下和地上供暖。还有地热水也不是光调调风，要经过二次利用，再经过水源热泵，最后变成十来度再回灌回去。最后是解放南路这个地，也不是一个能源站，这个一号能源站是其中之一。这个天津市文化中心今年开会的时候你们大家去参观，这个是天津的一个标志建筑，下面是用的离心机技术，都是几千千瓦一台的。周边都是自然博物馆、美术馆、图书馆、大剧院等等。但是地源热泵是在一个生态湖，17万平米的生态湖，这个就是一个景观，在湖底打了3780个井孔，双U，120米，间隔5米，这个PPT大家都可以拷，宣传这些工作我们有责任。这个能源站还是很成功的，这个地方一去，因为面积很开拓，因为我去了我觉得我到了欧洲了，很有标志性的结构。

    最后还有一个关于地源热泵的质量是生命的一小段，再占用大家几分钟的时间。这个方面，天津在02年开始建设第一个地源热泵，到现在有12年历史，还在正常运行，因为是样板工程，质量非常好。后来发生了粗制滥造，有的打井报废了百分之六七十。以后发现运行五年的都还出问题了，最长的运行了七年，地下漏水，什么原因，所以我们要搞研究，就天津成立了地源热泵专业委员会。

    这个天津大学有地源热泵的研究中心，主要的研究课题，中国的水地源热泵产品能效标准，节能原理和基础数据、热力学循环完善度的研究。我有一本书，大家在网上可以找到，根据这个温度来计算，平均温度来计算，就是完善度是0.5，这样可以来评估热泵的先进性。比较差的是，5级的，5级能效，现在很三级了，现在是0.3，30%的完善度，再好的有到0.6的。第二个任务热泵的冬夏工况的一致性研究，地板采暖，这样可以和冷水机组对应起来。否则我要单独选热泵型的机组。未来我们通过建筑保温加强，地板采暖的应用，我们可以把冷水机组直接变成热泵，这个可以减少设备的复杂性，而且到夏天换成冷水，因为是高压的，不管是离心机还是螺杆机都降低不了。这个降压缩比夏天的制冷行会受影响。热泵的供值，我们从2013年2014年开始，对于大企业都有定量每年要消减6.7%。开始用其他的供值，现在有32，或者是410，134A，这现在二氧化碳要逐渐走向历史舞台，现在小型的开始用，以后也向中型的大型发展。还有地下热水资源保护及回灌技术，这个很重要，从上个世纪七八十年代以来，过量开采地下热水，根本不给政府打招呼的，就先在那儿盖一个房子，打完井，安上泵就供热了，这样造成无序的开采现在已经有三分之一和二分之一的地热水消失了。地下埋管系统的可靠性，失效的原因等。

对深层地热的认识，深层地热天津大学有一个研究中心，当时国家科委建立的，深层我们一般指一千米一下，是地球内部热量发散而形成的，但是地下热量是取之不尽的，地下热水大约占土壤体积的2%，大部分是封存水，水是不可再生，只取不灌很快就会枯竭。我们有时候经常说新西兰或者是冰岛的地热如果如果的好，冰岛的90%的发电都来自于地热，它的地热水是火山口上的冰川提供的，这个冰川非常的干净，现在冰岛的火山正在爆发，他的火山就喷不出来，可能有上千米的冰山在上面。前几年喷过一次，这种情况下水非常的好，可以直接引用的。但是中国的地下水一个是封存水，第二个是长期的矿化，水质非常不好，我们中国特色比较严峻。

    如果岛了三千米，钻井、抽水和回灌成本非常的高，水质也越差，要用好的换热器，要克服各种水垢，我们国家的大部分开采的都是在90度以下，虽然我们现在都有地热发热，这个辽宁省、山东的等等十几个地热点，高的90几度，低的五六十度，这个电量是得不偿失的。这个水垢非常的严重。浅层地热资源的认识，一般是250米以上，这块的水我们国家的水资源非常的严峻，一般不允许开发，开发的话也会禁止，250米以上，这个不是开水，由于地热内部的热量产生和平衡力，这里面有一定的能量，地热每平米散发的瓦数，只不过就在一两瓦，地热有多少，地球的保温还是相当好的。这么多年内部有热源，地心内部的问题和太阳表面差不多，但是地表就一层一层就给保护住了。

    地源热泵特点就是在冬天和夏天轮流对地下土壤取热和加热，是地下蓄热的过程。你面积越大越取之不尽用之不竭。但是这个埋管的地方，如果只用于冬季供热，大面积的地源热泵，正常工作不超过5年。这是我的博士生做的一些模拟，因为现在实际上有测试出去，如果单供暖5年10年基本上是上升到这个不可再单供热的，不可再开采了。单季运行，冬季吸热5年之后土壤温度场（同音）这个里面就是温度的换热已经很差了。

再一个是施工质量，大家都知道，质量不好的话就会出问题，这里面再提示一下，我们现在的质量比以前好多了，但是焊接质量，不要以为打压了就可靠了，这个下面有一个100米长PE管要变40厘米左右，这个里面如果回填之后，这个头部给土壤逮住了，冷缩之后，就会把所有的热冷或者是电热的口给拉开，这个地表面我们是有这样的案例，地下的谁也不好去看，这个肯定是。为什么有运行5年，最长运行7年了也发生大面积漏水，是因为回填不好，来回五六次就不行了。还有一个打井的垂直度也很重要现在打井都是低成本，问题不大，大概有点年纪的人知道，六十年代那个王铁人，他那个石油井有半度的偏差就废了。我们这个100米的，或者120米的，当井间距为5度，旁边是斜的，就偏离2米两米，2.5米的倾斜度就会从一个井跑到另外一个井去，我们的成井率是1%到3%，就是你打井的时候可能把旁边埋的管子给打出来了，就是每一个井都不是正的，大部分都是斜的现在大学都是按这个算，平行的，实际上它是东倒西歪的，只要是没有碰到别的井，换热，两个井挤到一块儿，所以你的换热量大大下降。这个是标准的双井，还是换热均匀的，那么它的吸热量在中心吸。

这个是关于变形，这个是我算的，要把100米的塑料管拉长40厘米，要拉多少。我们的高铁，过去12米长一根轨，现在从北京到上海，可能出来就是一根铁轨，怎么办，他那个用枕木和道钉给他牢牢的钉在地上，过去的钢铁达不到，现在的钢铁专门有高铁的铁轨。所以我们地埋管也是这样，会拉断，就是在焊口的地方和接口的地方。再有建筑物沉降对地源热泵影响也不可忽视，我们有5年的都出问题了。建筑物在20年之后，要下降5到20厘米。这个埋管给切断，还有其他的各种原因。所以刚才讲的天津文化广场，那个不搞二次建设的地方。

    今天先把这些问题给大家提出来讨论，谢谢大家！

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