当前位置: 首页 » 资讯 » 名人访谈 » 正文
方肇洪教授:我国地源热泵应用范围还将进一步扩大
地热能网 ( 地热+)   发布日期:2020-03-09    来源:地热能网
[摘要]:与浅层地源热泵相比,中深层地源热泵利用的地热温度高,供热效率进一步提高,可以在单供热的模式下长期运行,此外它的占地需求小。与水热型中深层地热相比,中深层地源热泵系统采用封闭的换热管进行换热,不会破坏地下水资源也不存在回灌困难的问题。
      目前我国地源热泵装机容量已超2万兆瓦,年利用浅层地热能折合1900多万吨标准煤,实现供暖(制冷)建筑面积超5亿平方米,位居世界第一。另外,中国水热型地热能也已连续多年位居世界首位。这一系列亮眼的数据令世界瞩目,彰显了我国在世界地源热泵领域中的突出地位——中国地源热泵产业已走在了世界前列。

中国地源热泵产业联盟理事长、《地源热泵》杂志主编 方肇洪 - 副本

      在中国地热取得辉煌成绩的背后,离不开几代地热工作者的努力和付出。作为中国地源热泵空调技术的开拓者方肇洪教授1968年毕业于清华大学,1987年获得清华大学工学博士学位。自上世纪80年代起他曾三次公派到英国、加拿大和美国留学;特别是2000年带着问题去美国,专心致力于地源热泵技术的学习和研究,此后见证了我国地源热泵技术从引进到引领的蜕变过程。近日,方肇洪教授就当前我国中深层地热能理论研究及实践应用,以及南方区域供暖和农村清洁供暖工程等行业热点及难点问题接受了《地源热泵》记者的独家采访,他对地源热泵技术发展前景充满信心,并认为我国地源热泵应用范围还将会进一步扩大。

      “两手齐抓”:政府和市场相得益彰

      地源热泵作为目前国际上最高效的中央空调系统,它的制热量和所消耗的电功率之间的比值全年平均可高于4.0,即输入1千瓦时的电能,就能够得到4千瓦时以上的热量。地源热泵系统在夏季供冷的工况下的效率也优于传统的空调系统。地源热泵系统可供暖、制冷,还可供生活热水,一机多用,其运行过程中没有燃烧、没有排烟,不用远距离输送热量,是真正意义上的环保节能的空调系统。

      “从技术层面上来说,我觉得地源热泵技术本身就有它的优越性。推广这种技术有明显的节能和保护大气环境的效益。”作为中国地源热泵空调技术的开拓者方肇洪教授在接受本刊记者采访时,他首先从专业技术角度向记者介绍了地源热泵的优越性。他表示,“总体来说,我很看好地源热泵技术的发展前景。”

      方肇洪认为,地源热泵最适合用于中部和南部地区,包括北京、天津等华北地区,以及长江流域如湖北、江浙等地区,“这些地方冬季和夏季分别有供热和制冷需求,而且冷热负荷比较平衡,系统总的利用效率比较高,节能的效果也更加显著。”

      一个行业的发展离不开政府和市场的推动力量。市场的力量称为“无形的手”,政府的力量则称为“有形的手”,在“两手齐抓”的相互作用下,共同推动着地源热泵行业向前发展。

      方肇洪说,在我国节能、环保、降耗越来越成为社会普遍关心的问题,目前国家对地源热泵空调技术应用非常重视。“在学习与应用地源热泵技术的初期还只有住房和城乡建设部一个部门出台相关支持地源热泵发展的政策文件,为我国地源热泵技术的推广应用做出了很好的推动。随着技术的不断成熟并得到社会公众的接受,现在整个政府层面都关注地源热泵技术,几个政府部门同时下发政策文件。”方肇洪这样向记者描述近些年他切身体会到政府对地源热泵产业的支持力度。特别是地源热泵这个新技术是“需求侧”的建筑暖通空调与“供给侧”的地热能利用技术的有机结合,需要跨专业的密切合作。这些年来,以地质和钻探技术见长的行业和部门积极加入地源热泵技术的开发和应用,使得我国的地源热泵技术开发和应用又上升到新的高度。

      近年来,北京市、陕西省等城市出台了诸多支持地源热泵应用的文件,为发展地源热泵空调技术提供了的良好的政策环境,使得开发单位应用积极性空前高涨。方肇洪说,“短短的几年时间,地源热泵应用面积大幅提高,这项技术迅速普及,全国各省市建设了大量的试点工程和示范项目。”

      而与政府“有形的手”相对应的市场“无形的手”相比,方肇洪更寄希望于市场的力量。他告诉记者,与太阳能、风能的推广应用不同,地源热泵技术最初的发展,很大程度上是靠市场的力量。最初大多数业主对这项技术还存在怀疑,设计师对地源热泵都不熟悉,但是由于地源热泵技术本身的优势,不仅有社会效益,还有实实在在的经济效益,因此市场会有力量去推动,数以百计的公司都在开发、宣传和推广地源热泵。这是地源热泵技术能够持久创新发展的最重要的动力。

     百花齐放:多种方式实现清洁供暖

      对近年来“煤改电”力推的空气源热泵,方肇洪表示,空气源热泵最大的好处是“短平快”,但这也会给空气源热泵发展带来不利的影响。从原理上来说,地源热泵的效率一定是比较高的,其运行费用会比空气源热泵低,地源热泵的初投资会稍高点,但是从长远来说,地源热泵系统整个生命周期的节能效益是非常好的。

      “只要是好的东西,市场是可以接受的,它自然就会发展起来,我们最终还是要让市场来评价技术的优劣和得失。”方肇洪强调说。他以参与建设的北京一个住宅小区为例,在2005年该项目采用了土壤源热泵系统为一个12万平米的小区提供供热空调和生活热水供应,是我国较早采用地源热泵的住宅小区之一。从投资上来说,与传统空调系统相比当时每平米增加初投资100-300元,但舒适性大大提高,用户可以自主调节,而且运行费用明显降低。

      我国地源热泵技术的快速推广应用,未来这项技术能否成为供热市场的主流?面对记者的提问,方肇洪教授认为,“地源热泵不大可能成为中国供热市场的一项最主要、最基础的技术,将来的供热市场技术应该会百花齐放。”他认为,根据中国的国情,目前还是发展中国家,且人口众多,北方地区实施已久、比较成熟的集中供热还将是解决北方供热问题的主要形式。

      他谈到,目前热电联产集中供热为中国北方供热的主体技术,那么将来这种集中供热的重要性地位会慢慢地退下来,其他各种供暖技术的应用会增加。“我估计在最近的20年左右的时间里,在我们中国的国情下,集中供热还会是一个主流的技术。”方肇洪解释说,既然将来发电都会不再依靠化石能源,所以以热电联产为基础的集中供热,其重要性一定会降下来。在这种情况下,地源热泵的发展是充满机遇的。

     “目前地源热泵应用的主要一个问题是初投资稍高,如果我们把二氧化碳减排的效应,环境效益都考虑进去,其实是不贵的。”方肇洪说,“单纯地从经济性角度来说,地源热泵长期的整个生命周期,如果我们以15-20年时间为基准,地源热泵与其他供暖技术相比,是完全有竞争力的。”

      方肇洪表示,从一定角度来说,地源热泵是地质和暖通或者传热的这两种学科的合作,新的技术往往会在交叉的地方生长出来,这里面会牵扯到两个学科的人之间的沟通交流问题,应该要很好的合作,“包括像《地源热泵》杂志社以及地源热泵产业联盟,既包括了地质方面的专家,也包括了暖通方面的专家,大家共同来做这个事,这是很好的一个传统”。他希望,“在继续发展的过程中这一传统仍要发扬光大,特别是现在中深层地源热泵技术对地质要求的提高,需要我们共同努力来解决一些实际问题。”

      地下水源热泵在早期得到了较为广泛的应用,但因其独特性使其发展速度受到了一定的限制。方肇洪指出,这种抽取地下水的办法需要有丰富的地下水为先决条件,如果地下水位较低,水泵的耗电将大大降低系统的效率。“虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,造成地下水资源的流失。”他表示,对大面积推广地下水源热泵系统应采取慎重的态度。

      方肇洪教授从1999年起开始关注和研究地埋管地源热泵技术。他介绍,地埋管地源热泵技术在欧洲和北美已经是成熟的技术,具有节能和环保的明显优点,供热空调的运行费用大大低于传统的系统。“与空气源热泵相比,它有不受气候影响和效率高的优点;与地下水源热泵相比,有不需要抽取地下水、保护水资源的优点。”目前,地埋管地源热泵技术已在北京、天津、河北、山东、江苏等省市得到了广泛应用,均取得良好的效果。

      中深层地源热泵:实践呼唤理论的支持

      近年来,随着浅层地热能技术的成熟应用,越来越多的企业开始把目标投入到中深层地热能领域。方肇洪教授介绍,与浅层地源热泵相比,中深层地源热泵利用的地热温度高,供热效率进一步提高,可以在单供热的模式下长期运行,此外它的占地需求小。与水热型中深层地热相比,中深层地源热泵系统采用封闭的换热管进行换热,不会破坏地下水资源也不存在回灌困难的问题。因此中深层地源热泵技术有着自己独特的优点。

      据《地源热泵》记者了解,在陕西西安地区,中深层无干扰供热技术从2012年第一个建成的工程到现在已经七年。而这项技术的应用,到目前在建的和已经建成的超过了一千万平米建筑面积。由于中国企业家的勇气和开拓创新精神,中国在这方面又走在世界的前面。

      方肇洪介绍,浅层地热能通常钻孔到地下100米,地温十五六度,我们都取出热量来了;钻到地下2000米,地温六七十度,怎么会取不出热量来呢?“所以这个技术在理论上是没有问题的,能不能在市场上站住脚,还要通过实践的考验。”

      作为一项新技术,全行业都比较关注。近年来方肇洪教授也一直关注中深层地埋管技术相关研究及应用。他明确表示,“我本人支持中深层地热研究和应用。”他坦言,现在中深层地热的理论研究或者技术开发已经落后于实际的项目应用,“现在企业家已经跑到做研究的人前面去了”。在方肇洪看来,目前中深层地热最大的问题在于经济性,其初投资又比浅层地热要高,“这项技术能够在市场上立脚,不是说做学问的人或者做理论的人说它好就一定好,政府说好它就会好,最终还是要靠市场来接受它”。

      关于闭式中深层地源热泵技术的创新和应用,方肇洪教授发表了自己的观点。他认为,与浅层地源热泵技术一样,中深层地源热泵技术的热量来源主要不是从地球内部传出来的热量,因为从地球深处传上来的热量(大地热流)与热泵系统的取热速率相比只是一个小量。这种热泵系统的热源主要是岩土中的蓄热。如果没有别的热量补充,岩土的温度就会逐渐降低,对于单个地热井(孔),或者是相邻孔的距离足够远,理论可以证明,在持续取热的情况下,地热孔周围岩土的温度在开始的3-5年内有小幅下降,随后逐渐趋于平稳。对于比较密集的钻孔埋管,如果没有别的补热手段,持续取热的结果一定会使得岩土体的温度降低,系统供热能力逐渐衰减。而决定这种衰减程度的主要因素是孔间距、系统的设计寿命以及平均取热速率(总取热量)。根据初步的理论研究,要保证系统持续有效的工作30年,在没有补热的情况下,建议群孔间距不要小于50米。更确切的结论还要结合其他各种不同因素做进一步的研究。

      “实践检验的结果恐怕要到10至15年以后才会看到,那是最权威的结论。不过,现在业内对这个问题似乎还没有重视,在理论和实践上更没有形成共识,但实际应用已经在较大规模的展开。”方肇洪对此不免担忧,他希望这一观点能起到抛砖引玉的作用,“做研究的人能从理论上关注这一问题,做实际工程的技术人员应该知道有这样的一种意见,可能会少走弯路。”

      新蓝海市场: 南方及农村潜力待挖

      随着人们生活水平及需求的提高,我国南方部分地区已逐步开始集中供暖,部分地区采用了地源热泵清洁供暖。方肇洪认为,地源热泵在南方地区的应用前景要比北方还要好。

      关于南方清洁取暖的技术路线,方肇洪说,南方不宜搞大规模的集中供热,应以分散式的供暖为主,分散式供暖从节能的调节、行为的节能等各方面都有它的好处。“在南方区域,因为从经济性等方面考虑,北方供热如东北地区差不多有半年左右的供热时间,城市大热网投资很大,南方冷的时间短,也就是一个月左右的时间。”方肇洪说。北方集中供热,已占据了供暖江山的70%-80%,而地源热泵不过是里面一个很小的角色,在南方地区没有集中供热,这给地源热泵留有很广阔的发展空间。 

      他告诉《地源热泵》记者,南方区域应用地源热泵的好处在于供暖、制冷都用,而很多其他的供热技术不一定都能解决。另外,对于地源热泵可能造成地下冷热不平衡的问题,在南方比北方容易解决,因为热量太多要散掉一部分总比要找热量补充容易,也可以通过供应生活热水的办法解决。南方地源热泵工程应用的造价,甚至比北方还要稍低点,“因为它地下的埋管只要满足冬天就可以,夏天的热负荷比较大,不用全部依靠地埋管来解决的,可以用其他的技术比如地表水或者冷却塔等,由于地埋管的投资是最贵的,因此总体算起来整个工程的造价会降下来 ”。

      南方地区清洁供暖呼声不断高涨的同时,地源热泵在北方农村地区的应用也在如火如荼的开展。方肇洪介绍,“我也了解到,在前几年农村“煤改电”、“煤改气”工作经验教训的基础上,现在河北很多地方在推一家一户小型地源热泵系统,我认为这是一个很好的发展方向。”

      他谈到,地源热泵在国外应用的情况,其实一开始就是解决一家一户的供暖问题。在北欧和北美,都是一家一户的小系统。其实在应用于小系统的供热制冷时地源热泵的优越性是最明显的。“中国的地源热泵从开始就跟国外应用的不一样,由于中国的国情,‘别墅’不是我们考虑的重点,我们起码都是一个楼,所以在学习外国的时候我们必须处理各种新的问题。”方肇洪说,现在农村应用地源热泵系统,就回归到原来的出发点了,就是一家一户的小型地源热泵系统。

      地源热泵系统最大的好处是运行费用低,要解决农民用得起的问题。“这种小型地源热泵系统一家一户可自主的管理,家里有人就开,没有人就不开了。家里条件好一点的,就开的多一点、温度高一点,家里条件不好,就开的少一点。”方肇洪认为,农村推广应用小型地源热泵系统有自身的生命力,符合老百姓需求。

     “农村老百姓应用地源热泵是好事儿,但是就怕把好事办成坏事了。”方肇洪教授虽然表示他看好农村地源热泵推广应用前景,但对目前过分追求低价和施工质量依旧有点担心。他表示,时间是最好的检验者,老百姓最终还是要看实际效果。“地源热泵企业要用心做好自己,多做一些农村样板工程,老百姓相信耳听为虚、眼见为实,让农民真正地感觉到好了,他们自然就会去使用、去宣传。”方肇洪说。

      “随着经济的发展和人们生活水平的不断提高,以及社会公众节能意识的进一步增强,地源热泵空调技术的应用范围还将进一步扩展。”谈及地源热泵行业未来发展前景时方肇洪教授充满信心地说道。他也希望中国地源热泵产业联盟能在促进地源热泵产业界的合作与交流、促进地源热泵应用的健康发展中继续起到一个纽带的作用。(文/代海雷)


方肇洪教授简介

      方肇洪,男,1945年生,江苏省无锡市人,汉族,中共党员,山东建筑大学教授,《地源热泵》杂志主编,中国地源热泵产业联盟理事长,国际地源热泵协会中国分会会长。方肇洪教授1968年毕业于清华大学动力机械系,1981和1987年分别获清华大学工学硕士和工学博士学位。曾分别于1986年在英国曼彻斯特大学理工学院 (UMIST)、1993-94年在加拿大不列颠哥伦比亚大学 (UBC) 进行合作研究各一年,在激光脉冲法和循环流化床的传热方面取得重要成果。2000年在美国俄克拉荷马州立大学 (OSU) 学习考察地源热泵技术三个月。

      方肇洪教授主持完成了一批自然科学基金项目和应用研究项目,并在《International Journal of Heat and Mass Transfer》、《Transactions of ASME, Journal of Heat Transfer》、《International Journal of Thermal Sciences》和《工程热物理学报》等学术刊物和学术会议上发表论文160余篇;编写了研究生教材《高等传热学》,2005年与刁乃仁教授合作撰写了专著《地埋管地源热泵技术》,2012、2015和2016年参与编著出版了英文专著《Modeling and optimization of renewable energy systems (可再生能源系统的模型和优化》、《Handbook of clean energy systems (清洁能源系统手册)》和《Advances in the ground source heat pump systems (地源热泵技术的进展)》。

      自1999年起方肇洪教授以地源热泵技术为主要研究方向,积极消化吸收国外先进技术。2000年在美国俄克拉荷马州立大学 (OSU) 学习考察地源热泵技术三个月。回国后成立了山东建筑工程学院地源热泵研究所,积极开展地源热泵空调系统的研究和开发,培养和凝聚了一批研究和应用地源热泵技术的骨干力量;积极引进美国和欧洲的地埋管地源热泵理论和技术成果,并在地埋管换热器的传热理论方面取得具有国际领先水平的成果。

      同时多年来坚持在中国传播、示范和推广地埋管地源热泵技术。2001年承担了山东省科技厅重点科技攻关计划项目“地热综合利用关键技术”,并在国内率先建成地埋管地源热泵空调系统的示范工程。研究成果“地热综合利用关键技术”2004年获山东省科技进步二等奖。2004年主持承担国家自然科学基金项目“含湿岩土传热与地热换热器传热特性分析”。

      2006年“地埋管地源热泵系统技术集成及其推广应用”获国家中小型科技企业技术创新基金高额资助。2008年他主持完成的“浅层地热能利用关键技术及其应用”又获教育部科技进步二等奖。2009年“太阳能和浅层地热能在建筑中利用的关键技术开发与应用”获国家科技进步二等奖。

      方肇洪教授不仅潜心于与地源热泵技术有关的理论研究和培养研究生,还直接投身于地源热泵的技术开发和推广应用,他和他的研究团队对地埋管热响应试验技术、桩基埋管换热器、地源热泵复合系统以及中深层地源热泵技术都有比较深入到研究并投入了应用。他先后参与了山东中瑞新能源科技有限公司等几个专门从事地源热泵技术开发和应用的工程公司的创建和运作,把研究成果直接应用于工程实践,同时在工程应用中发现问题,找到研究的方向。

      方肇洪教授通过《地源热泵》杂志、地源热泵高层论坛以及其后的中国地源热泵产业联盟等平台,积极宣传、普及和推广应用地源热泵技术,不计报酬为中小企业提供技术支持和业务帮助,为政府有关部门献言建策,为我国地源热泵产业的发展壮大做出了贡献。

      方肇洪教授还积极拓展我国地源热泵技术的学术界和产业界与国际同行的联系。他在2000年就成为国际地源热泵协会(IGSHPA)的会员,多次参加在美国和欧洲举行的地源热泵国际会议。现在他是国际地源热泵协会学术委员会的六名成员之一、国际地源热泵协会中国分会会长。

      方肇洪教授为地源热泵技术在我国的推广应用做出重要的贡献,在业内被誉为“中国地源热泵空调技术的开拓者”。


责编:dhl

 
 
反对 0举报 0 收藏 0 打赏 0评论 0

 

 
推荐图文
推荐资讯
点击排行