国际制冷学会空调热泵学部主席，同济大学龙惟定教授发言

龙惟定：

    今天我还是围绕地源热泵的一些应用，也是结合我做的一些成果，跟大家做一些交流。首先讲一下，从这个题目来讲，首先是低碳建筑，低碳讲了很多，我们上海有一个《新民周刊》写一个报告，讲低碳是一个“传说”，好象是虚无缥渺的意思，那么低碳建筑、低碳城市是不是一个“传说”，我觉得还是一个比较实在的，至少我们做的人要把它做到实在，做到不是传说。第二个，就是说我们讲热泵技术，实际上是实现低碳的重要技术。第三个，地源热泵要考虑它有很多实际的技术问题，我觉得现在还是有一些比较概念和混淆的东西，通过我本人一些研究的东西跟大家进行一些交流，不光是听起来很美妙，而是要实实在在去做的。

    什么是低碳建筑呢？报告上、周刊上、杂志上有很多种说法，实际上我觉得，最主要，低碳的意思就是二氧化碳排放量低，这个里面牵扯到两个过程，一个是使用过程，也就是能源利用，但是能源利用的低碳，到现在为止，我们建筑节能也没有一个基准线，例如我们这个会场，每平米的基准能耗应该是多少，我估计谁也讲不出来，只能讲，相对地说这个会场比较节能，那个会场比较耗能。就是说现在没有一个基准线。第二个，就是全寿命周期的，刚才我们房地产协会的领导也讲过，全寿命周期的低碳，包括土地利用、材料，能源系统的配制，需要建立一种碳排放的清单，但是我们现在的建筑材料实在是五花八门，但是今后建筑作为一个产品，我们发展商盖了一个楼，产品就出厂了，我们现在有能效标志，将来可能就有碳排放标准，这样的话，就固定下来。

    我们讲建筑节能和低碳建筑有什么样的差别和相同呢？首先讲，建筑节能来讲，凡是做到建筑节能的，一定是低碳，但是反过来，有些低碳技术不一定是节能的。建筑节能，目前来讲，节能50%只是一个前瞻性的，也就是我们少增加多少能耗，是一个预测标准，比如说我们用什么样的设备，使它比80年代的建筑节能50%，可以说它是一个前瞻性的、预期量的一个节能。但是低碳建筑就是一个存量的减碳，我们国家提出要在05年的基础上，降低碳排放20%到25%，因为05年我们GDP和单位GDP的碳排放是有数字的。同时，低碳也不一定就节能，我们如果提高一个百分点的负荷，就是给我们的电厂，我们降低的碳排放非常可观，一个小小的楼，如果是800千万的能耗的话，一年可以减排2000多吨标煤。同时，比如说像直燃机，使用能耗也是比较高的，相对来讲，不一定节能，但是它也可以很大幅度地减碳。所以我们觉得，建筑节能和低碳建筑这两者必须要很好地结合起来。现在我有一点担心的，现在大量的建筑用了某一个技术就算是节能，比如说用了地源热泵就号称节能了，我们现在国家大量地扶持，全国至少有上千万平米开始做，到底效果怎么样，我有点担心。最后是要怪罪我们这些搞技术的人，没有一个很好的技术支持，最后可能不节能，甚至于更多地浪费能源，我觉得这一点上，我们有责任的。这个就是碳减排的基准线。

    建筑的碳排放量，一个是土地利用，一个是能源利用。我们国家在土地利用上也是非常不合理。特别是前一阶段大量地建造低密度住宅，所以我们国家人均的用地面积是133平方米，在上海是124平方米，发达国家则只有82.4平方米，别看我们非常拥挤，其实用地有很多不合理的地方。特别是现在有很多的豪宅，很多豪宅打着低碳豪宅的广告，豪宅加上一点技术，比如说加上地源热泵，是不是就算低碳建筑呢，我看完全不是。我还看过一个广告，6升排量的SUV，我不知道它的节能从何而起。

    下面是建筑碳排放的评价，房地产拉动了刚才和水泥这些工业，从寿命周期来讲，也是高碳行业，如果是房价高的话，相对碳排放就会低。在低碳建筑方面，怎么来实现呢，一个是要用被动式的技术，比如说自然通风，但是在南方和北方有很多的限制，我们国家现在也有一股风，完全是学欧洲的，比如说火车站做了很多大的透明顶棚，这些都不适合中国的气侯条件，在我们国家并不一定很合适。特别是现在的高温天气，你到车站顶棚下面待一待，像烤箱一样。还有一个就是建筑标准应该比国家的标准还要高，做得更加节能，这才能实现。还有一个，就是要把未利用的能源，特别是低品位的能源，突然和土壤蓄热的能力，江水、河水、地表水、海水，以前这些未利用的低品位能源的对位利用。譬如全国的发电厂总的效率是35%，但是你用了热泵，可以提到1以上，比如说100吨的燃量，用了热泵，可以提到120份的冷量和热量，这种技术既是技术节能，以是一种减碳的技术。特别是节能量，要作为一种无碳的替代资源，我们在规划期间，就要把节能作为一种资源，而不是很大地给建筑进行组合，再来搞节能，这个时候就于事无补了。低碳建筑必须是有可测量、可报告和可核查的碳减排量的指标，就是说要有一个确认的节能量，就是说合同能源管理要建立一个游戏规则。还有一个，低碳建筑必须要满足基本的健康和热舒适标准。现在很多非洲的发展中国家，碳排放量很低，但是生活标准也很低，那个不是我们要追求的目标，发展才是我们要追求的目标。

    下面讲一下“浅层地热能”，像一个蓄电池一样，夏天蓄的热冬天来用，冬天蓄的冷，夏天来用。包括像秸秆，今年把秸秆烧掉，产生了碳排放，明年这个碳又固化进来。从长期的意义上来讲，可以讲可再生，但是并不是取之不尽、用之不竭的。在技术上像蓄电池，比如说我们买一个手机，有一个待机时间，这个是在什么前提下，是在你不用的前提下，如果你天天打爆你的手机，两三个小时就用光了，所以这个浅层地热就像一个蓄电池，关键是你怎么用。所以，我觉得，应该是作为一种蓄电池来看待，而不是一个真正意义上的可再生能源。比如说煤和石油，能说是可再生能源的吗，你现在埋一棵树在地下，过几百年，也会变成石油，但是不能讲是可再生能源，因为有一个时间周期的问题。

    同时，一根地埋管连续运行时间越长，出水温度越低。同时，你是24小时十小时使用，还是20小时使用，这个都有根大的问题。这个是只运行11个小时，连续走三天，你可以看到地温是在逐渐地下降，也就是说你连续使用，有一个比较大的强度在使用的话，地温就有变化。因此，我们在估算地源热泵子酸的时候，大家知道，每米60瓦，每米50瓦的都有的，这样来做是有问题的，就是跟你的使用并没有结合起来。在夏季负荷占优的地区，要综合考虑土壤的经过冬季放热及过渡季散失之后夏季可供取出的冷量来估算资源量。以南方地区为例，首先你要以冬季的负荷为基础，估计地源热泵冬季最大的取得量为多少的，然后确定多少井深，埋多少管，确定你实际的打井数量和埋管数。反过来，根据夏季土壤换热器每米井深散热量计算出这些井可承担的夏季负荷量。

    比如说，我们拿一个实例来看，比如说我有一个100千万的冬季负荷，按照4个千瓦井估算得到埋管为25个埋管，按照5×5的方型矩阵格式进行排列管井。你可以看到，我们这个模拟的结果，就是冬季运行到第90天的时候，管周围的温度已经下降得很低了，大概只有13度到13.5度，就是管的周围，温度就很低了，通过一个冬天，把热量基本上已经吸收了。但是你可以看到，在边界以外的地方，温度还是在17.5度。

    在冬季运行90天以后，土壤的平均温度下降了2度左右。停机恢复90天以后，地温慢慢恢复，恢复到16.6度，然后在停机90天的时候，地下土壤的温度，基本上已经趋于一个平衡了，但是还是要低于周边的温度。夏季同样运行90天以后，土壤温度从16.8度上升到19.5度，到第90天以后，土壤的运行分布，管的周边都达到了18度和17.5度这样的范围，在管的周边甚至达到了22度。夏季按照同样负荷供冷运行后停机90天，恢复到18度，周边这一圈的温度会变得偏高。

    这就说明，比较大的管群，反而可以利用土壤温度恢复慢，可以提高机组的运行效率，充分利用蓄冷和蓄热的作用。充分证明了土壤源热泵技术本质上是一个冬蓄夏取、夏蓄冬取的季节性蓄能技术。

    这个是在德国的一个例子，夏天，用了这样一个埋地面积，做了像一层土、一层沙、一层排管，做了一个蓄热体，利用太阳能给地下蓄热。冬天，就作为锅炉的给水进行加热。号称是一个无碳的建筑，完全没有碳排放。这个就是我们对各种能源末端供热情况下碳排放的比较。我们可以看到，我们的地源热泵，或者说空气源热泵跟我们电的来源有很大的关系。我们国家，燃煤发电占了80%左右，因此，总的，电的碳排放量是在0.86公斤的二氧化碳当量，一般的情况，按照燃煤发电按照我们国家发改委公布的，全国的平均状况来算的话，10千万的供热排放的二氧化碳是2.28公斤，相对于热气锅炉，我们刚才讲了，直燃机也是这样情况，不一定节能，但是可以减碳，现在燃气锅炉的天然气使用效率很高，可以达到90%的能效，比如说像北京的太阳宫电厂，发电的效率达到55%是没有问题的，最近的报告可以达到60%，电效率可以达到60%，在那样高的效率下，你用电热泵的优势就非常明显，会变到0.82。我们做了很多的热电联产，以热定电，把热考虑在你的电上，把你发的电，例如地源热泵去提升外面低品位的能源，拉进来，这样的效率是最高的。否则的话，分布式能源或者说热电联产就不一定能够实现。

    这个是制冷的情况下，同样，水冷式的离心机，效率是最高的，当然，利用地源热泵也可以提高它的效率，这个时候，地源热泵用的一般都是螺杆机，我们下降到4.5算的话，也不是最高的。就是说利用地源热泵技术的时候，要因地制宜，要根据我们的情况来采用。最后再介绍一下，我们在区域的范围内，利用地源热泵的系统。

    实现低碳的话，首先是要降低能源的需求，必须利用区域尺度负荷的参差率和系统的同时使用率，根据这两个率来降低整个的负荷。我们也曾经研究过，在一个比较大型的居住区，负荷率也只有50%左右，也就是说一般的装机量就可以满足原来建筑的需求。同时，在一些商务部里面，最大的也就是0.7左右，完全可以降低机组的配置量。我们又要使用的就是低品位、温度比较低的，不可能在一个城市范围内搞一个地源热泵来，也不可能在一家一户来做，特别是在高密度住宅，特别是高层住宅怎么用，就是要集成来用，就是通过“能源枢纽”来用，既不同于传统的大能源，一个发电厂对N个用户，也不同于传统的一家一户，都是是分布式的、集散式的。因为我们国家的建筑密度，我们的用地也不合理，所以我们要建高密度的住宅，不可能建低密度的住宅。我们就提出“能源总线”的方案，这个是从计算机延伸出来的一个概念，就是把计算机各种配件的信息的输入输出都是通过总线来实现的，等于是一个信息交流的通道。我们所谓的“能源总线”，比如说从地源来的，或者是从地表水源来的，这些集中到一个管网里，用户端把总线来的热源热媒的水，作为热泵的热源或者冷源，换热以后，水又回到源头，这样就实现了一个“能源总线”的概念，这样的话，能源总监的“源”和“汇”可以不止一个，用户可以是建筑，可以是建筑物的每一层楼，例如美国纽约在世贸遗址上重建的“自由”塔大厦，利用拉哈德逊河的水分散到VAN机组，再分到每一层楼。也可以分到每户住宅。现在我们学校在嘉定校区也在做VRF机组的实验，甚至可以是每间房间，例如一个酒店。这个就是“能源总线”的一个概念图，这个是小规模、分散的，比如说小范围的这种建筑，我可以集中埋管，每一户用水泵来抽取。这个是大规模的，三极的，一级的打上来，然后是换泵，楼里面还有泵。这个是二级制冷站的一个系统。

    总结一下，低碳建筑实际上就是要实现实质性节能和实质性的减排，所以，用热泵技术提升低品位能源，来替代我们的矿物能源，这是我们低碳技术的关键技术。我们现在讲的减排，是增量的“少增”，真正的减排，还要在存量基础上减少，要实现实质性的减碳，必须要有实质性的节能。同时，没有“最好的”技术，只有一个最适合的技术，不管是欧洲的也好，美国的也好，中国其他地区的也好，必须要适合当地的气侯条件，这个是最主要的，同时，我们对技术要有多元化的评价，不要“非此即彼”“非黑即白”，世界上没有哪一项技术一用就能节能，要有一种辩证的思维。同时，我们的工程师和专家的责任就是要扬长避短，把技术的好处发挥出来，把它的缺点避免掉，取长补短、符合科学规律，这就是我们要做的责任。