法国地源热泵发展调查
Florence Jaudin1，Johan Ransquin2
1法国地质矿产调查局, 3 Avenue C. Guillemin, 45060 ORLEANS Cedex 2, 法国
2法国环境与能源管理署, 500 route des Lucioles, 06560 VALBONNE, 法国
摘要：20世纪80年代初，地下水源热泵运用到个人住宅和小型建筑群中。能源价格的下跌和对热泵的误解，是造成其失败的主要原因。误解形成的原因是过快的发展建立在能源价格以及设备和安装人员质量差的基础上，从而导致很多故障和供暖质量差。
由于减少温室气体的现行目标以及化石燃料的不确定性，使法国热泵市场再次兴起。
自1997年以来，在由法国环境与能源管理署（ADEME）和法国地质矿产调查局（BRGM）支持的法国电力公司（EDF）的推动下，热泵业有了新的开始。
自2005年以来市场迅速增长；由于需求很大，，有时现有从业者难以满足市场需求，因此吸引了新的投资者。
在此背景下，我们的目的是以质量为基础得到一个可控的市场发展。
在此背景下，我们的目的是以质量为基础得到一个可控的市场发展。
本文介绍法国推广、扶持和保护地源热泵市场的做法：热泵行业的组织、质量政策的实施、技术支持、财政支持、交流和信息以及研究活动。
关键词：地热热泵，地源热泵，市场壁垒，质量
1 概述
历史上，在20世纪80年代石油危机的背景下，法国首次尝试发展地源热泵。为了发展热泵及减少石油消耗，这个时期兴起的项目在一个很有希望的开始后，最后出现重大挫折，使人们对采用热泵这种方案缺乏兴趣和信心。导致该失败的主要原因为：
——市场开发太快，只以能源成本为基础。后来当石油价格下降时，很多人重新考虑这种方案的适宜性，生态意识尚不流行……
——热泵从业者没有很好的准备。与机器及其安装有关的质量问题和缺乏有资质的专业维修人员，导致很多故障和供暖质量差。这造成人们对热泵解决方案的差评。
——热泵与现有住宅的锅炉相结合的目标，在技术上很复杂。热泵行业者没有准备好解决这个问题。
在首次尝试之后，在约10年间法国每年安装的热泵只有几百台。
自1997年以来，在由法国环境与能源管理署和法国地质矿产调查局支持的法国电力公司的最初推动下，地源热泵市场正在恢复。汲取过去的教训，对于新建建筑，关注点放在了质量和较容易实现的技术方案上。这个新起点确实源于能源价格的上涨和生态意识的加强，但是它主要还是10年来克服发展的壁垒、延续市场的行动和措施的结果。法国保护市场的主要行动如下：
——热泵行业的组织
——质量政策的实施
——技术支持
——财政支持
——交流与信息
——研究
2 热泵行业的组织
通过协助热泵普及工作、为示范工程，研发项目以及公众教育筹措资金，法国环境与能源管理署、法国地质矿产调查局和法国电力公司帮助组织了市场。
2.1 增长的市场
自2005年以来，市场大幅增长（图2）。这种增长主要受烃类燃料价格增长、法国政府给予的税收优惠和正在增长的生态意识的影响。与2007年锅炉估计销售70万台相比，供暖（和制冷）热泵市场增长快但还是小，；这表明市场潜力仍然很大。
地热热泵（GHP）也称为地源热泵（GSHP），图1给出了法国发展的不同种类的地下热开采系统。
所售的地源热泵主要安装在新建住宅中，逾90%为5~20kW的个人所用的机组。
由于现有住房的需求，空气-水型热泵的销售正在不断增长（图2）。在现有住房中安装空气源热泵比地源热泵更为简单，并且资金投入较低。
由于需求很大，有时现有市场参与者难以满足，市场吸引了新的投资者。
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图1 法国主要的地下换热系统
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图2 2002~2008年间热泵的销量
2.2 热泵协会
2002年成立了法国热泵协会（AFPAC）。该协会一直致力于召集所有热泵行业的参与者，从制造商到安装人员。其目的是促进热泵供暖和制冷的应用，着重关注质量。
法国热泵协会的成立是法国推广该技术的有力手段。它提供了一个讨论热泵、制定符合所有业内成员的推广政策的“平台”。法国热泵协会是热泵的专职“代言人”，特别是与政府沟通时。例如，它在争取热泵减税的过程中发挥了作用。
法国热泵协会是欧洲热泵协会的成员。
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图3 AFPAC的质量策略
3 质量政策的实施
质量推广的目的很明显是为了避免过去的错误再次发生，并且可以通过保持公众对热泵的信心来发展持久的市场。实施这个质量途径的重点在于它必须通过热泵行业自身的引导，而达到可持续的发展。这就是为什么法国环境与能源管理署、法国地质矿产调查局和法国电力公司一直尽量尝试着去暗示和鼓励专业人员试行质量政策。因此，每一次活动会与法国热泵协会商定、与所有热泵从业者分享。自1997年以来，已经发展出了不同的质量工具：
——机器的质量标签：NF PAC
——安装人员的质量许可证：QualiPAC
——钻井质量许可证：QualiForage
——规范与标准
3.1机器的质量标签：NF PAC
NF PAC是一个非强制性的质量认证，其目的是证明机器符合欧洲标准确定的承诺和特定的参考体系。在参考体系中，加入了额外的技术参数，如其他运行点的性能测试、EN 14511（直接膨胀式机组）中没有包含的机器测试条件和最小性能系数。
对于用户来说，NF PAC是一个质量标志。它由法国质量保证协会（AFAQ）颁发。
NF PAC是看齐欧洲标准认证的第一步（NF PAC标准未包括直接膨胀式热泵）。基于此原因，它被设计为“与欧洲标准相容”，与其他标签如DACH或Eurovent的一致性已通过认证。
通过实验室测试和工厂的审核，NF PAC标签能够证明：
——性能系数
——热功率
——声功率
所以此标签可用于比较机器的性能。
3.2安装人员的质量许可证：“QualiPAC”
颁发该许可证是由于系统成功的关键之一在于热泵的安装。测试经验说明了这点。再者，在法国，要成为一名热泵安装人员，除了至少要对所需处理的流体进行登记外，无需强制性的技术能力。这会导致人们受市场膨胀的影响，在没有意识到需要高技术能力的情况下即开始从事这一行业。消费者无法区分专业人士或投机分子，一些致命的缺陷可能破坏对热泵的看法。
基于这些原因，法国热泵协会自2002年起，为想要成为能够保证质量的专业安装人员制定许可证。该许可证由业内所有成员合作详细制定，在2007年上半年开始颁发。该许可证为一个完整的质量体系，包括：
——对于用户，安装人员有10条承诺，包括进行建筑物的实际热负荷研究以评估其需求的必要性。
——许可证明确给出了允许加入和退出的条件，如最低技能水平和服从现场安装控制的义务。
——培训课程。根据安装人员的经验，该培训课程由3种不同水平组成。安装人员申请许可证必须通过测试证明其技术能力好，或必须通过培训课程。
——工具如测算软件的提供，，以及确定热泵系统设计和安装规则的技术指导。
——质检体系，包括现场随机选取控制点。
——交流计划。以传单、网站、新闻发布会等形式，把信息传递给公众和专业人员。
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图4 QualiPAC所确定的安装人员10项承诺中的5项
3.3钻井质量许可证：QualiForage
该举措的最初目的在于监督竖直埋管（套管）地源热泵市场，实施途径为:
——利用根据行业规则进行换热器施工的参考规范，执行“质量标准”
——推广竖直埋管换热器的最佳品牌形象
这个许可证的目的在于还可以使公众识别参与质量管理的钻井。钻井必须遵守许可证中确定的一些规定。
这些条例为：
——技术上：如何恰当地设计和施工地埋管换热器？考虑安全章程和环境，如何安排施工现场？
——行政上：项目中不同个人的职责是什么？有关客户的承诺有哪些？
——司法上：需要遵守的法律框架是什么？
——签署一个关于地热换热器的10年保证协议。
钻井公司签署一份承诺，以遵守许可证中规定的规则。他们必须接受工作并服从管理。
作为报答，他们从法国环境与能源管理署、法国地质矿产调查局和法国电力公司的交流活动中受益，公众清楚地认识到他们是质量有保证的钻井人员。在法国环境与能源管理署和法国地质矿产调查局关于地热的公开网站（www.geothermie-perspectives.fr/）和法国电力公司网站（www.afpac.org）上可以查阅拥有许可证的钻井人员名单。
QualiForage由一系列关于地埋管换热器的技术性文件支持（图5）。技术性文件中包含的主要资料和支持有：
规章框架+技术支持
10年的保证协议
钻井人员的培训
准备行政审批所需的文件
现场的控制点
好的地埋管换热器安装影响这个供暖系统的性能。QualiForage保证遵守行业规章：
换热器的规格，根据地下岩土的性质和有无地下水，精确地满足供暖（或制冷）的需求。
遵守两个换热器之间的最小间距，防止地下冻结。
实现施工的技术条件（钻井、下管和回填所采用的技术）。
换热器水密性和气密性的现场测试。
这个钻井人员的质量许可证的实施目的是：
——加强质量标准
——使得该领域与欧盟目标相一致
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图5 QualiForage技术文件
3.4标准与规范
法国地热规范的发展必须考虑地源热泵的快速发展。目前，一般来说没有明确地为地埋管换热器（BHE）和地源热泵（GSHP）制定专门的法律条文。甚至没有在法律框架中提及水平换热器（通常<1.5m深）。
不过，情况正在好转，2007年已经编制了地下水和地热井的两项标准：
——Norme AFNOR FD X10-999
——Norme AFNOR NF X10-980
再者，准备为垂直换热器编制一个新的标准。它的第一个目的是给出一个技术性和科普性的文本，便于用户、安装人员或钻井人员等阅读。它阐明了服务的范围以及操作人员之间的责任传递（热泵安装人员、钻井人员、承包人……）。
该标准的第二和更多的技术目的是说明钻孔回填需要达到的质量。在法国，出于环境和地下水保护的目的，垂直换热器在钻孔的所有深度上都必须回填。
4 技术支持
4.1 免费使用现有的地质资料
所有可用的公共地学资料（地质、水文地质和环境资料等）可以通过InfoTerre入口获得和查询，该入口提供广泛的在线服务，可访问由法国地质矿产调查局和其他单位制作的地质相关资料。
地质图、测井和剖面，
包含钻孔记录的钻孔数据库，
地下水和矿物资料，
等等。
所有数据在交互操作式网络服务器上（http://infoterre.brgm.fr）以数字格式获得。
4.2 安装地下水热泵的决策工具
在法国一些区域，地理信息系统（GIS）适用于决策者；他们可以评估地源热泵在当地的可行性，决定他们是否投资这个项目。
地质地理信息系统给所有参与者提供当地地下水的地热潜力数据。它提供了关于区域表层水文地质的客观技术资料，以及行政、经济和技术方面的用户指南。
它们主要用于服务业建筑物（办公区、医院、购物中心、宾馆等）的中等及大型的地源热泵。
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图6 利用CD-ROM或网页地理信息系统进行区域地下水地热资源研究的实例
图7 利用地理信息系统进行区域地下水地热资源研究的项目
（取自www.geothermieperspectives.fr）
5 财政支持
为了加速市场的发展，法国在国家层面及一些地方层面创立了一些财政激励措施。
5.1 减少所得税
通过与AFPAC的讨论，2005年法国当局对热泵减税50%。原则是减少把热泵作为主要供暖系统的纳税人的所得税。如果它由专业人员安装，并且性能系数大于3.3，该值为机器价格的40%（减去劳动力成本后）。它适用于所有的热泵类型（除空气源外），即使有人收入不必交税，与减税额相同的钱会作为补助金。
该项措施对于热泵市场十分重要，因为它降低了热泵系统的投资回收期，通常热泵系统的投资回收期比更为广泛的化石燃料供暖系统要长。
该项措施促进了市场增长，也改变了市场。通常，热泵销售适于新建建筑物（大约占热泵销售额的96%）。所得税的减少以及燃料能源价格的上涨，激活了现有住房市场。该改变主要有利于水源和空气源热泵，因为它们比其他技术对住房周围景观造成的干扰少。
5.2 AQUAPAC——对地源热泵的地质风险保险
AQUAPAC是对地质风险的一个保障，当地下水用于能源目的时，其钻井结果具不确定性。该保险系统针对中到大型地源热泵项目（>30kW）。该系统在20世纪80年代由法国环境与能源管理署、法国地质矿产调查局和法国电力公司设立，在21世纪初重新启动。它专门用于利用井深浅于100m的地下水热泵。其原则是对用户提出双重的保险，涵盖两个风险：
——“寻水保险”涵盖钻井失败的风险，如含水层中无水或流量不足；
——“持久性的保险”涵盖10年内在井的使用过程出现干涸或硬件事故的风险。
其目的是使用户以小花费获得保障，从而促使其愿意选择这种热泵。
AQUAPAC是基于由法国环境与能源管理署、法国地质矿产调查局和法国电力公司拨出的担保基金。用户必须按系统费用的一定比例付保证金，但是就传统的保险而言这个费用少。
也许可以从区域或地方委员会获得当地的支持：当一些地方委员会想促进地源热泵时，会对地埋管换热器提供额外支持。
图8 AQUAPAC技术文件
6 公众信息
在法国阻碍热泵发展的因素之一是人们没有普遍认识到它是一个供暖和制冷的解决方案，特别是普通公众。其导致两种结果：
——第一，当人们选择供暖和制冷系统时没有考虑到这种解决方案。
——第二，人们对热泵有错误的认识，所以销售商向人们保证热泵性能时他们仍不相信。
法国环境与能源管理署与法国热泵协会和法国地质矿产调查局已合作开发一些信息工具用于公众宣称：
——关于热泵系统的传单。
——现场展示可再生能源实体模型。
——法国范围内大约350个能源顾问正在向大众提供能效建议。
——组织信息课程帮助他们有效地推广热泵。
——把热泵的信息提供给在26个农村办公室工作的法国环境与能源管理署的能源工程师。通过他们与当地政府的交流推广热泵。
——还可以通过网页提供热泵信息：www.ademe.fr；www.afpac.org；www.geothermie-perpectives.fr。
——技术文件和培训课程。
由于在热泵行业工作不需要官方认可的技术能力，那么有必要尽可能多地传播设计和安装热泵系统的技术规则。目的是使已经在热泵行业工作的专业人员以及刚开始从事这行的新人可以分享和使用它们。
为此，开发或更新了一些技术指南，并由法国热泵协会或其他专业组织分发。还开发了热泵安装人员的培训课程。有QualiPAC执照的安装人员可以获得培训，不需要获得许可证的人也能参与培训。
7 研究
法国地质矿产调查局和中心区域的委员会联合出资，建立了测试地源热泵地埋管换热器的试验场所。2007年和2008年建立了这个试验平台的主要构件，2008年末安装了模拟供暖或制冷需求的热力系统。
平台的目的为：
——描述换热器的功能，结合它们更好地对系统进行说明，以及更好地涵盖其所涉及的范围（能源、环境和经济优化）。描述地质参数对性能的影响，
——调查当周围地表冻结时其作用的条件，便于我们更好地了解如何保持地埋管的长期性能，
——研究地埋管换热器对环境的影响：温度（埋管之间的干扰）、稳定性和平衡，化学、细菌学方面问题，
——研究年供暖和/或制冷循环条件下的蓄热问题，
——与系统所有的因素（基底、热泵、建筑物、天气预报等）结合，评估年平均性能系数，
——安装认证的前景，
——开发换热器新概念，如较小的地埋管换热器，以及降低投资，
——验证概念，核实和优化其性能，确定应用市场（气候、规模、城市环境等），
——利用平台作为测试和示范的工具；这个场所将给员工提供培训和宣传专业活动的机会。
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图9 试验平台—概念
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图10 试验平台—木质建筑外观
8 结论
目前，通过促进质量和行业管理等各项活动，地源热泵在法国发展顺利。现在的目的是保持增长、制定不同的质量工具，通过强制性的规定实施或是必须的，如果能够很好地实行，地源热泵从业者就必须遵循。
为了带动法国地热业的发展，法国环境与能源管理署和法国地质矿产调查局正在联合努力。地热可成为达到《京都议定书》目标的重要贡献者之一，这一点是十分重要的。
译自”Investigations into GSHP development in France”, Proceedings World Geothermal Congress 2010, No.2915, pp8, Bali, Indonesia, 25-29 April 2010. 孙燕冬译，郑克棪校
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