地源热泵在京津地区的发展与当前应关注的问题.docx

地源热泵在京津地区的发展与当前应关注的问题1 概述1.1 地源热泵蓬勃发展的趋势从2011年3月16日国土资源部在天津召开的“全国浅层地温能调查评价与开发利用试点工作经验推广会”上获悉，截至目前我国31个省（区、市）的建筑面积已超过200亿m2，应用浅层地温能供暖制冷的建筑项目2236个，建筑面积超过1.3亿m，80%的项目集中在北京、天津、河北、辽宁、河南、山东等地区。北京约有2000万m的建筑利用浅层地温能供暖制冷，沈阳已超过4300万m，而天津地区也约达1000万m。1.2中外地源热泵的发展过程追根溯源，地源热泵的概念最早起源于欧洲，而实际上大范围的使用还是从上世纪70年代的石油危机之后。进入20世纪90年代后，应用地源热泵的国家均保持每年10%的应用增长率。中国地源热泵的发展，是从上世纪九十年代起步的。地源热泵技术以其节约能源、适用范围广、保护环境资源、顺应国家节能减排政策等因素，得以迅速发展。总体看来，地源热泵在我国的发展可以分为以下三个阶段：（1）起步阶段（1990年2000年）；（2）推广阶段（2001年2007年）；（3）快速发展阶段（2008年至今）。1.3埋管式地源热泵技术促进节能产业发展人们对直接利用地下土壤和地上空间季节性温度差，在夏季用于空调制冷，而在冬季用于供暖供热的设想，已变为现实。这项地源热泵新技术，经过全国众多高校和科研技术人员多年的反复试验已获得成功，并将该技术发展为埋管式地源热泵，应用范围更加广泛。该技术现已运用在全国各省（市）、区的很多工程中。国家鼓励发展可再生能源和新能源的高新技术产业，其中太阳能供热和地源热泵供热制冷已被列入重点领域。由于地下土壤中蕴藏着丰富的热能资源，夏季地下土壤的温度低于地上空间的温度，而冬季地下土壤的温度高于地上空间的温度。中央空调地源热泵技术就是利用这种季节性温度差，通过专门装置在夏季将地下土壤的低温资源转换到地上空间制冷，在冬季将地下土壤的高温资源转换到地上空间供热。而埋管式地源热泵更为直接，它把换热器埋设在土壤中，管内有密闭的水循环与土壤进行热量的交换，冬天吸收土壤蕴藏的热量，而夏天把热量释放到土壤中储存，待冬天再用，它对地下水资源不会造成影响。地源热泵空调系统不燃油、不燃气、不燃煤，根据需要灵活控制，开关由己，冷暖自知。埋管式地源热泵既节能，又环保，是促进节能产业发展的最好方式之一。2 地源热泵在全国各地的发展状况地源热泵在中国，从南到北，从东到西的的全国31个省（市）自治区，都有拓展应用与高速发展的工程实例。据政府采购信息报不完全统计，截至2010年9月15日，全国通过招标方式完成空调项目（含废标）近1000个，其中地源热泵项目（含废标）56个，占采购项目整体数量的5%，呈现出项目数量虽少，但中标金额高的特点。从中标金额来看，地源热泵项目虽然总体数量较少，但中标金额百万元以上的项目并不鲜见。其中，“人民日报社印务中心地源热泵系统专业工程”项目，中标金额高达2782万元。据2010年统计资料，8月份地源热泵政府采购项目突然增加，百万元以上项目达到了7个。其中，“潍坊经济开发区高新技术产业园地源热泵工程”中标金额达到了880万元，“塘栖仓储文化展示中心地源热泵中央空调项目”、“寒亭外国语学校（初中部）地源热泵供冷供热系统工程”中标金额均超过了500万元。中标地区集中在北京、天津、山东、浙江四地。从地源热泵销售情况来看，去年市场增长率接近30%，成为中央空调市场增长最快的产品类型之一。其中，华中、西南、华北成为增长最快的三个地区，增长率均超过30%。3 地源热泵在北京地区的蓬勃发展3.1 政府的政策支持与引导北京市地源热泵的发展应用，堪称各大城市的典范。若以早年九华山庄10多万m地源热泵大项目为开头，至今地源热泵供冷采暖总建筑面积已超2000万m。北京市实行地埋管地源热泵项目按每m建筑面积政府补贴50元、地下水源热泵项目补贴30元的鼓励政策已有数年，这就大大促进了地源热泵工程的蓬勃发展。2011年北京市又出台了引导与支持地源热泵等新能源产业的“北京市振兴发展新能源产业实施方案”。该实施方案规定：提高地热能关键技术研发及工程服务能力。加强地热能利用技术研究，促进系统集成、设备制造、运行维护等相关企业发展。积极推动高能效能热泵、地热能转换技术和智能控制系统等技术研发，大力推进高效新型的污水源、再生水源、电厂冷却水源热泵供热制冷系统研制。加快地热能利用标准制定、技术咨询、系统集成、运行维护等服务业的发展。3.2 各大施工公司的贡献北京市有实力的大公司对地源热泵的发展做出了重大贡献。如恒有源公司成立10年来，在地源热泵应用中不断创新，在地（热）能热泵系统已拥有国内发明专利35项，国际发明专利17项，实用新型专利11项。该技术推广应用除重点为北京市外，尚运用到其他省（市）区，所应用总建筑面积达700万m2，每年可替代标准煤10万吨，减排CO2气体27万吨。北京依科瑞德公司2010年前已完成50多万m2建筑的地源热泵系统工程。其中有两个项目被列为财政部和住建部的示范工程。北京华清地热公司在北京的地源热泵典型工程有奥运村、国际鲜花港、当代万国城等多项，而且在北京市举办了四届“地源热泵技术论坛”。3.3 研究院与高校的理论支持北京地质和科研单位对北京平原区水源热泵适宜性区划的研究，也促进了北京地源热泵的发展。北京高校在推动地源热泵的发展中，做了大量的理论研究和模拟仿真，从理论上不仅论述了而且引领了地源热泵的大发展。总之，正由于北京市政府的行政支持和政策引导，加之大中小地源热泵数十家施工公司的开拓，地质研究单位和高校的理论研究模拟示范，以及全国地源热泵委员会、住建部、财政部等中央单位的坐地影响，为北京地区地源热泵的蓬勃发展创造了得天独厚的条件。4 地源热泵在天津地区的蓬勃发展中国热泵技术的倡导与发展，始于天津大学著名教授吕灿仁先生于上世纪50年代率先提出“热泵”研究课题。经60多年的探索、研究与发展，各种热泵技术空气源热泵、水源热泵和地源热泵等，在天津均有了较大发展。尤其近10年来，地源热泵在天津更有了蓬勃发展的可喜状况。4.1 天津制冷学会和高校起主要引导作用天津制冷学会多年来在地源热泵方面的倾力工作开展地源热泵学术研究、发表数十篇地源热泵学术论文、召开地源热泵技术报告会、进行地源热泵技术咨询和施工工程评估、树立地源热泵典型样板工程项目等，对天津地源热泵的发展起到了卓有成效的促进作用。天津各高校对地源热泵的理论研究和学术引导，也促进了该项技术的广泛应用，而且天津工业大学、南开大学和天津外国语学院等校的新建项目，也都率先采用了地源热泵技术，使地源热泵成了培养高校学生工程实用技术的校内实训基地。天津还与高校合作用地源热泵技术实现冬冰夏用措施的“自然冷能跨季节储存技术”。即将冬季的冰、雪自然冷能，存储在浅层土壤，夏季通过地源热泵实施供冷，同样是供1万m2面积冷负荷为1200kW的建筑物，用电功率由常规压缩制冷的300kW降为热泵机组的30kW，用电量为常规制冷机的1/10。受天津市建委的委托，天津大学对编制天津地源热泵地方标准、提高地源热泵工程技术、规范地源热泵市场，也起到了至关重要的作用。4.2 政府与行政主管部门的大力支持特别要提及的是天津市政府及各级行政主管部门对地源热泵的发展给予了大力支持，一些有较大影响力的重大项目，也都采用了地源热泵技术。诸如：中新天津生态城数十万m2节能环保绿色建筑群，北京奥运会天津赛区的奥林匹克体育中心（仅次于北京“鸟巢”的天津“水滴”），被列为“十二五”的重大项目新建上百万m2的“天津市文化中心”建筑群（包括天津市大博物馆、市图书馆、市美术馆、市大剧院、市青少年活动中心，以及配套的地下游乐场、商业中心，以及公交车、出租车、地铁零换乘交通枢纽等大批新建项目），2010年世界“达沃斯”论坛主会场新建9.8万m2的天津梅江会展中心空调系统等，均采用了地源热泵技术。仅达沃斯论坛主会场一项地源热泵工程的污染物排放，就比常规空调供暖减少70%。由于多年开展地源热泵的艰苦工作，地源热泵在天津众多行业和社会各阶层的熟知度和认同度不断增加。而在中国经济大发展的第三极环渤海经济区的核心天津滨海新区高速发展中，新建项目如雨后春笋般的不断涌现。这些新建项目的建设单位和施工单位也在大力采用与推广地源热泵技术。如，滨海新区的大港艺术中心配套地源热泵的项目，已获得了国家建筑最高奖鲁班奖。为加快地源热泵在内的节能低碳项目发展，滨海新区政府出台了关于鼓励绿色经济、低碳技术发展的财政金融支持办法，其中，对地源热泵按照供热（冷）面积给予3050元/m2的财政补助，最高可补贴200万元。天津市的许多重要新建项目，大都全部或部分采用了地源热泵技术。除大项目之外，中小型地源热泵项目则更多。医院系统的地源热泵项目也不断增加，已正常运行的项目有：天津市海河医院、塘沽中医院、静海医院等。当前，全市累计大中小项目中，已经完成或正在施工的地源热泵工程的总建筑面积约达1000万m2。4.3 国家有关部委的支持国土资源部对天津推动地源热泵工程的发展起到了重要作用。国土资源部与天津市政府合作，在天津试点开发了10项浅层地热能示范工程，并在近三年内在天津召开了“地温资源与地源热泵技术应用论坛”、“浅层地热资源与地源热泵调查报告评审验收会”和“全国浅层低温能调查评价与开发利用试点工作经验推广会”等。这些活动无疑对天津地源热泵的蓬勃发展起到了重要的引导作用。在这一系列活动中，天津地热勘察开发设计院均作出了许多重要贡献。5 对地源热泵进一步发展当前应密切关注的问题虽然地源热泵在京津地区有了蓬勃发展，但目前暴露出的问题仍不少，对这些影响地源热泵进一步发展的问题应下大力予以解决。当前应关注和解决的问题是：5.1需探明地层结构和水文地质资料这一问题须由各省、市国土资源部门和地质勘探部门协助解决。就天津市而言，“天津浅层地热能资源开发利用试点工作方案”已于2010年3月起付诸实施，其中包括水文地质、工程地质及地热地质等。由国家国土资源部和天津市人民政府共同出资3000万元进行这一工作。陕西省已对全省适合地源热泵工程的区域做了勘察，北京市对平原区适宜性区划做了研究。5.2 需提高设计质量当前由于地埋管地源热泵的优势已突显出来，各地的各种项目大有“一轰而上”的混乱局面，成功的项目很多，但出问题的项目也有发现，究其原因，设计质量不高是主因之一。（1）换热量计算不准确。导致钻孔数量、深度和埋管总长度与总冷、热负荷不相适应。（2）钻孔间距小。有些工程由于钻孔埋管数量多，而受埋管面积影响，往往将孔距缩小到4m以下，导致管间换热互有影响，总换热量达不到要求。（3）钻孔埋管不分组。有些工程钻孔数高达成百上千，但是不分组设地下检查排气井，导致由于某一处的一个或几个埋管出现泄漏，而影响全部地埋管地源热泵的运行。建议中小型工程每1030个钻孔，而大型工程以总埋管数1/101/30分为一组，并建地下检查井，便于各组流量和阻力的调节与排气。这样做即使某一组出问题，也不会影响全局。（4）对地层排、取热量的动态平衡关注不够。有些设计没有考虑地埋管地源热泵夏季排热和冬季取热的动态平衡，致使地层岩土体温度逐年升高或降低，不仅破坏了大自然的生态平衡，还将严重导致换热量逐年衰减。因此应采取多种型式的复合式地源热泵设计。作者曾提出了十几种设计方案（包括采取辅助排热或辅助加热设施如加装一些冷却塔和用于卫生热水等的热回收热泵机组等减少夏季的排热，加装热水机组等减少冬季的取热，等等），使岩土体的排、取热量基本达到动态平衡。5.3 需提高施工质量当前地源热泵出现的问题，不仅是因为没有认真按地源热泵国家规范和地源热泵地方规程进行设计，而且还往往出现在不良的施工中，诸如：（1）采用劣质热泵机组和劣质高密度聚乙烯管（PE）等管材。（2）PE管的焊接（电熔或热熔）质量不高，致使焊口渗漏。（3）钻孔深度和偏斜度不合设计要求。（4）下管操作不规范，致使上百米长的4条（双U）或2条（单U）竖管弯曲相碰或相互交错等。（5）回填料配比不当（如全用原浆土回填，而不按比例配加膨润土和砂石等）。（6）不坚持全部工程需要进行4-5次打压试验、试漏，均且必须合格的操作要求。（7）施工中不关注系统的排气。5.4 需加强维护保养停机维修保养周期及内容：（1）每日维修：每日巡视，消除设备及系统“带病”运行。发现设备或仪表异常，应及时处理。运行时难以处理的，待停机时必须处理（每日或每周）。自行难以处理的，及时联系设备厂商进行处理。（2）半年安全完好检查：在供冷、供暖季结束后进行。检查热泵机房设备、系统各部件和仪表以及空调末端设备的完好程度。有异常的应予检修或更换。（3）一年小修：热泵机房设备，地源侧室外检查井中分集水器、末端侧各设备，以及水系统设备均须检查检修，消除设备、系统、仪表的异常状况。（4）三年大修：内容同小修，但其范围应更广，检查应更彻底、更完善。5.5 需加强运行管理较大工程应设运行管理值班人员（分班、日班）进行运行值班。（1）值班内容随时巡视设备及系统的运行状况，每2小时抄表记录一次运行状况。运行记录表见表1。表1 热泵机房运行记录表年 月 日值 班 者记 录 时 间供电状况机房电压 （V）冷（热）水冷（热）水进口温度()冷（热）水出口温度()冷（热）水量 (m3/h)水泵压力 （MPa）地源水地源水进口温度 ()地源水出口温度 ()地源水量 (m3/h)水泵压力 （MPa）热泵机组开机编号开机台数运行电流 （A）室外条件干球温度 ()湿球温度 ()备注根据气候变化和房间温湿度变化及时调整运行参数，并将调整情况写出书面记录（如开台变化、水温、电流及压力变化等）。发现设备异常（如参数异常无法调整，设备异响、温升异常、仪表失灵等）应及时告知维护人员或报告上级主管，并做详细记录。严禁出现事故未经修复，重新启动。坚持交接班制度。下一班必须详细了解上一班运行状况及故障现象，以确