张伟:地源热泵技术促进新疆节能减排工作

众所周知，能源和环境是我们人类赖以生存的基础，我国经济快速发展的同时，能源与环境问题已日益突出，其中建筑能耗约占全国总能耗的1/4～1/3，建筑能耗绝对值偏高，为同纬度发达国家的3倍，而建筑能耗的60%～70%用于制冷空调和采暖系统。乌鲁木齐市，冬季严寒而漫长，采暖期长达6个月，冬季城市集中供热带来了大量的污染物排放，加上乌鲁木齐市三面环山，环境污染物不能及时扩散，造成环境污染严重，空气质量差，引起了各级政府的高度重视。各种清洁可再生能源的利用得到了广泛关注和快速发展，其中就包括地源热泵技术。

地源热泵技术以逆向卡诺循环原理为基础，通过输入少量的电能提取地下浅层地热资源，为建筑提供采暖、制冷及生活热水等。是一个“利用少量的高品位电能，实现低品味热能的转移”过程。地下30～150米浅层土壤能量直接来源于太阳能，是一种可再生能源，温度常年比较稳定，且冬暖夏凉，所以与传统中央空调及其它采暖制冷方式相比，地源热泵系统是一种具有高效、节能、环保特点的可再生能源利用技术。

“地源热泵”的概念最早于1912年由瑞士人提出，1946年在美国首次使用。初期由于全世界范围的能源问题不是很突出，地源热泵技术并不经济，所以没有得到重视。直到20世纪70年代世界首次出现能源危机，该技术才得到广泛的关注，并且在瑞士、瑞典、奥地利和美国等欧美国家得到了快速的发展，瑞士和瑞典等国的地源热泵系统生产年增长率超过了 10%，美国近几年的增长率为25%。

我国早在上世纪五六十年代开始尝试使用地源热泵技术，1965年研制成功国内第一台水冷式地源热泵机组；1997年中国科技部与国家能源部签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中一项就是地源热泵技术的发展战略；1998年中美两国确定在我国三个分别代表北部寒冷地区、中部夏热冬冷地区和南部亚热带的北京、宁波和广州建立三个地源热泵示范工程，分别是北京食品发酵研究所综合办公楼、宁波雅戈尔工业城和广州松田职业技术学院；从1998年开始重庆建筑大学、青岛建工学院、湖南大学、同济大学和山东建筑工程学院等高等学府相继建立了热泵试验平台，2005年国家建设部将地源热泵技术列为建筑业十项新技术之一，并相继制定和出台了相关政策推动了地源热泵技术的发展和推广，可以说地源热泵技术在我国内地的发展已经比较成熟。

新疆地源热泵技术起步较晚，为引导和推动可再生能源建筑应用工作，自2008年起自治区和乌鲁木齐市两级政府相继出台了《关于支持做好可再生能源建筑应用示范项目建设工作的函》、《关于上报2008年清洁能源建筑应用示范工程项目第一批建设计划的批示》等相关政策，支持可再生能源的发展，包括地源热泵技术。

近年来，随着我们国家节能减排工作力度的不断加大，新疆电力科学研究院本着“科技兴企、不断超越、追求卓越”的精神和理念，也非常重视节能减排工作，不断加大科研和资金投入，其中包括新疆电力科学研究院新院址地源热泵示范工程的研究和建设。

新疆电科院成立于1959年，是一家从事新疆电站锅炉启动调试、性能检测、监督服务和技术开发等工作的疆内唯一一家电力科研企业，设有锅炉、热控、高压等10个专业，建有锅炉压力容器检测中心、电力环境检测中心、电力计量测试中心等12个中心，以及750千伏高压大厅，2001年通过 ISO9001∶2000质量体系认证，2004年通过国家认可委组织的实验室认可，目前总资产超过亿元。近年来各种新能源利用技术雨后春笋般的发展了起来，我们对各种新能源利用技术做了研究工作，这些新能源利用技术都在新疆刚刚起步或尚未起步，包括垃圾焚烧发电技术、秸秆发电技术、太阳能热发电技术、太阳能光伏发电技术、750kV超高压电力输送技术、电站锅炉低氮氧化物燃烧技术、地源热泵技术等。其中地源热泵技术，从专业理论、节能理念、初期投资、工程管理、预期风险等各个角度，对电科院来讲都是一个挑战。

新疆电力科学研究院地源热泵工程位于乌鲁木齐市长春南路，为建筑面积2.3万平方米的办公大楼提供采暖和制冷空调。该工程自2007年7月进行前期调研筹划，至2008年12月施工调试完毕，历时18个月。

2008～2009冬季建筑室内温度可达18～24℃，整个采暖期运行费用为13.4元/平米；2009年5月和6月，我们直接将温度较低的地下循环水送入建筑，实现制冷空调，效果良好；目前热泵机组夏季制冷空调运行正常，室内温度可达22～25℃。这个系统冬天从地下取热，夏天向地下排放热量，周而复始，不会向环境排放任何粉尘及污染物，达到了预期的经济及节能减排效应。

新疆电力科学研究院地源热泵工程是新疆首个地埋管热泵工程，这个工程从前期的调研、到设计，到施工建设，遇到了各种各样的挑战，但是，从目前取得的效果看，可以非常自豪的讲，我们电科院大胆的做了尝试，并取得了成功，为新疆地埋管热泵工程的发展开创了先河。作为国家建设部第三批可再生能源建筑应用示范项目和乌鲁木齐市清洁能源建筑应用示范项目，该工程的成功实施，对地源热泵技术在新疆的发展、对乌鲁木齐建立一个资源节约型、环境友好型的城市都具有积极的示范意义。

该项目2007年5月经研究决定，开始申请国家建设部示范项目、2007年8月和12月去内地调研考察、2008年上半年进行工程技术方案的研讨工作、截止2008年9月完成工程的招投标工作、2008年10月正式开始工程施工、2008年11月初完成室外管网作业、2008年12月23日整个工程竣工，系统正式投入运行。在此期间，我院与北京工业大学、西安交通大学、中国建筑科学研究院等多家院校及科研院所进行过学习交流，与清华同方、山东亚特尔、新疆第一水文大队、新疆菲林物探钻井公司等多家实力雄厚的企业进行过技术方案咨询和合作，与多个上级部门进行政策法规的沟通咨询，并得到了自治区建设厅、财政厅、新疆电力公司，甘肃省建筑科学研究院、乌鲁木齐市建委、市财政局、市科技局的支持和关心，最终本工程得以顺利完工，对此我们一直都深表谢意。

本项目在前期的调研和初设过程中，我院专业人员倾注了巨大的心血，主要包括以下几个方面：

1．前期勇于探索，通过打一口试验井，进行了地址勘察并测试了地下浅层土壤温度，为工程立项提供了有力的证据；
2．根据实际使用状况对建筑空调负荷进行了核算，有效降低了建筑负荷，降低了初投资；
3．工程施工前，对地质状况再次进行勘察，摸索出了适合于本工程的钻井工艺，原本钻一口井需要7天左右的时间，经过摸索仅需要10个小时；
4．以地源热泵机组带建筑采暖基本负荷，因地制宜利用燃气锅炉作为辅助热源，有效解决了冬夏两季负荷不平衡和地下土壤能量收支不平衡问题；热泵机组和燃气锅炉均可根据建筑负荷实现无级调节，节约能源；
5．在过度季节本系统可直接利用地下循环水为建筑提供制冷空调，可达到很高的能效比；
6．末端循环泵采用供回水差压变频控制，使得建筑负荷较低时，循环泵能经济运行。

从目前运行状况看，以上诸多问题均将得到妥善解决。今后我们将继续进行热泵系统间歇运行、热泵系统实验模型的研究，以及风能、太阳能等其它可再生能源利用的研究，做到开发利用可再生能源、促进和保障节能减排工作有力开展。

目前，从总体看地源热泵的推广发展还存在着政府政策支持与财政补贴稍显薄弱，对地源热泵系统研发还不够深入，国内地源热泵产品生产商的产品型号不全、可靠性不高和缺乏必要的宣传推广活动等问题。

今后需要加强以下几项措施解决这些问题，进一步推进地源热泵产业的健康发展。

一是适时修改完善政策。地源热泵是一项新型的技术，随着热泵系统的发展，技术的不断成熟，热泵政策也要不断进行调整完善，以更好的促进和指导热泵系统的发展。

二是加强地源热泵技术的研究和开发。从目前热泵的运行和发展来看，热泵系统存在着系统总体效率低、利用形式单一的特点。加强技术研发，一方面加大热泵系统在设计、设备、地下换热等方面的研发力度，提高系统整体效率；另一方面开展污水源、余热水源等新形式的热泵系统研究，建立示范试点，开发适合不同热源的热泵机组，拓展热泵系统的应用领域。

三是加大地源热泵的宣传培训工作。目前，地源热泵技术逐渐被社会各界所接受，但大多数用户对地源热泵系统原理、特点和适用条件等了解不多，影响了技术的广泛使用，因此，加大宣传力度，开展多种形式的宣传活动，普及用户热泵基础知识，提高用户对热泵系统的认识程度，有利于地源热泵事业的健康发展。