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重磅好文！刁乃仁 方肇洪撰文：因地制宜推廣地源熱泵技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：
2020-09-03 10:31
來(lái)源：
中國(guó)科學(xué)報(bào)
地?zé)崮芫哂蟹植济鎻V、儲(chǔ)集量大、可再生性、清潔低碳、安全可靠等優(yōu)勢(shì)。合理開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮?，?shí)現(xiàn)清潔供暖，是緩解當(dāng)前過(guò)度依賴(lài)化石能源供熱對(duì)資源環(huán)境造成壓力的有效解決方案。
目前，我國(guó)地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用已經(jīng)受到社會(huì)多層次、多方面的高度關(guān)注，從淺層地?zé)崮艿牡卦礋岜眉夹g(shù)應(yīng)用到中深層地?zé)崮芄┡姸嘌芯繂挝?、生產(chǎn)企業(yè)、工程公司及社會(huì)資金介入其中。地?zé)崮芾瞄_(kāi)發(fā)已進(jìn)入新的快速發(fā)展階段。
01 起步晚 發(fā)展快
我國(guó)與歐美國(guó)家相比，基于地源熱泵的淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)起步較晚，但發(fā)展速度快，日臻成熟。在短短二十年時(shí)間內(nèi)，我國(guó)在理論研究深度、技術(shù)開(kāi)發(fā)廣度與工程應(yīng)用單體規(guī)模、總體數(shù)量等方面，已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
2019年啟用的北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地源熱泵工程，為機(jī)場(chǎng)250萬(wàn)平方米辦公場(chǎng)地提供冷熱源。據(jù)測(cè)算，這一工程每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤21078噸，減少碳排放1.58萬(wàn)噸。在超大型工程中，地源熱泵淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)展現(xiàn)出了良好的社會(huì)效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。
中深層地埋管地源熱泵地?zé)崮芾眉夹g(shù)是淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)的一種技術(shù)創(chuàng)新，具有占地少和可利用地溫高的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，特別適合在寒冷地區(qū)應(yīng)用。這種技術(shù)數(shù)年前首先在我國(guó)進(jìn)行了探索性的應(yīng)用嘗試。在此基礎(chǔ)上，近年來(lái)在局部區(qū)域進(jìn)行了較大規(guī)模的工程應(yīng)用。已運(yùn)行的系統(tǒng)總體達(dá)到了預(yù)期效果。
而長(zhǎng)達(dá)近二十年地源熱泵空調(diào)的推廣應(yīng)用，也大大提高了全社會(huì)和普通百姓對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)知度和認(rèn)可度;供暖區(qū)域南擴(kuò)，南方更適宜地源熱泵供暖，擴(kuò)大了地源熱泵供暖的適用范圍;綠色節(jié)能建筑的大力推廣與普及，大大降低了建筑單位面積耗熱量。這為地?zé)崮艿卦礋岜美孟到y(tǒng)，減少峰值負(fù)荷、用地空間及初投資奠定了先決條件。
城市熱電聯(lián)產(chǎn)、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能與風(fēng)力發(fā)電等可再生能源與常規(guī)清潔能源復(fù)合能源系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也進(jìn)一步擴(kuò)大了地源熱泵技術(shù)應(yīng)用范圍，提高了系統(tǒng)能效比。政策法規(guī)倡導(dǎo)，國(guó)家層面支持，地?zé)崮芾瞄_(kāi)發(fā)已進(jìn)入新的快速發(fā)展階段。
02 技術(shù)仍待提升
地?zé)崮艿卦礋岜美眉夹g(shù)，在我國(guó)應(yīng)用日益廣泛，由淺層到中深層，由城市到鄉(xiāng)村，單個(gè)項(xiàng)目覆蓋的建筑面積由幾百平方米到幾百萬(wàn)平方米，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和大量的成功案例。但另一方面，無(wú)論是應(yīng)用技術(shù)，還是基礎(chǔ)研究等方面，還有提升的空間。
第一，中深層地?zé)崮芾眉夹g(shù)。中深層地埋管換熱器地下傳熱分析涉及固體和流體間耦合的瞬態(tài)多維傳熱問(wèn)題，空間和時(shí)間的跨度大，中深層地下蓄熱體熱物性參數(shù)復(fù)雜，尤其是中深層地埋管群的傳熱分析及其長(zhǎng)期運(yùn)行條件下地埋管間距對(duì)換熱量的影響等科技關(guān)鍵問(wèn)題，還需要深入研究，以科學(xué)合理確定中深層地埋管長(zhǎng)期(十年以上)運(yùn)行的換熱能力、中深層地埋管群的地埋管間距等重要設(shè)計(jì)參數(shù)。
第二，巖土體勘察及其熱物性測(cè)定。地下地質(zhì)構(gòu)造千差萬(wàn)別，對(duì)現(xiàn)有換熱系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)還不足以直接指導(dǎo)地?zé)崮芾眉夹g(shù)的改進(jìn)完善和提升。
第三，既有建成地?zé)崮艿卦礋岜庙?xiàng)目，缺乏系統(tǒng)完整的實(shí)際應(yīng)用檢測(cè)數(shù)據(jù)、故障診斷、維修及其結(jié)果分析，系統(tǒng)運(yùn)維的專(zhuān)業(yè)化水平有待提升。
第四，地?zé)崮芾孟到y(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、安裝及運(yùn)維的優(yōu)質(zhì)化、精細(xì)化、科學(xué)化水平有待進(jìn)一步提高。
第五，對(duì)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的資源性條件關(guān)注度較高，對(duì)需求側(cè)建筑物系統(tǒng)性條件分析研究不足，二者應(yīng)統(tǒng)籌考慮。
03 相關(guān)政策建議
加大科研支持力度，重點(diǎn)解決地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用中，尤其是中深層地?zé)崮艿卦礋岜孟到y(tǒng)應(yīng)用中的主要技術(shù)問(wèn)題，為系統(tǒng)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、科學(xué)施工、高效運(yùn)維奠定理論基礎(chǔ)。
提升巖土體尤其是中深巖土層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、大地?zé)崃?、地下水滲流以及熱物性的勘查與測(cè)試水平，因地制宜科學(xué)評(píng)價(jià)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的可行性與經(jīng)濟(jì)性，為系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。
加快健全系統(tǒng)體系化建設(shè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完善。強(qiáng)化地?zé)崮芗缮叹珳?zhǔn)設(shè)計(jì)、精心施工、精良設(shè)備應(yīng)用的指導(dǎo)與監(jiān)察。支持設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)適合地?zé)崮苡糜诖彐?zhèn)建筑供暖的節(jié)能效果好、初投資少、智能化水平高的主機(jī)與末端設(shè)備。
適度給予地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目?jī)?yōu)惠政策與稅收支持。
地?zé)崮芮鍧嵐┡Y源豐富，前景廣闊。以低品位能量為主的地?zé)崮茏钪饕梅绞绞枪?，供暖又是其中的主要部分。在北方城市，中深層地?zé)崮艿卦礋岜孟到y(tǒng)，只供暖，不制冷，采用深度鉆孔埋管，可減少城市用地空間;在鄉(xiāng)鎮(zhèn)，熱用戶(hù)密度低，可利用地?zé)崮艿赜驈V、空間大的優(yōu)勢(shì)，以冬季供暖為主，“溫度對(duì)口”，供需匹配。因地制宜推廣地?zé)崮艿卦礋岜们鍧嵐┡夹g(shù)，具有廣闊的發(fā)展空間。
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