河北省地源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

張曉東，閆佳杰

(邢臺地礦地質(zhì)工程勘察院，河北邢臺054000)

河北省地源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

張曉東*，閆佳杰

(邢臺地礦地質(zhì)工程勘察院，河北邢臺054000)

近年來，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展與節(jié)能減排矛盾的日益突出，以及社會各界對環(huán)境保護認識的日益提高，在各級政府的大力推動下，地源熱泵技術在我國許多省份得到大力推廣應用。河北省的氣候冬冷夏熱，區(qū)域范圍內(nèi)的建筑物都有夏季制冷、冬季采暖的室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)要求，極其適合地源熱泵技術的推廣利用。據(jù)統(tǒng)計，目前河北省累計完成的地源熱泵應用建筑面積約為920×104m2，在河北省城市三年大變樣、節(jié)能減排和新農(nóng)村建設等方面發(fā)揮了重大作用。

地源熱泵；冬季采暖；節(jié)能減排；重大作用

1 河北省淺層地熱能源的賦存與分布特征

淺層地熱能是指地表以下一定深度范圍內(nèi)（一般為200m以內(nèi)），溫度低于25℃，在當前技術經(jīng)濟條件下具備開發(fā)利用價值的地熱能。淺層地熱能是巨大的天然資源，其熱惰性極大，全年的溫度波動很小，一般來說，常年維持在該地區(qū)年平均溫度左右，是一種理想的替代能源和清潔能源。

河北省境內(nèi)淺層地熱資源比較豐富,主要分布于中部平原及濱海平原區(qū)，包括廊坊、衡水、滄州、唐山以及邢臺、邯鄲的東部，面積為60613.43km2，約占平原區(qū)面積的84.9%。而分布于張家口、承德、秦皇島、石家莊、保定、邢臺以及唐山等地的部分山前平原區(qū)、山間盆地以及山區(qū)地帶的地熱資源，其地源熱泵系統(tǒng)的適宜性較差。滄州地區(qū)近年來地源熱泵發(fā)展勢頭迅猛，尤其是土壤源熱泵項目眾多，這是因為滄州地區(qū)地層巖性以細砂、粉砂及裂隙粘土為主，是土壤源熱泵系統(tǒng)適宜性較好的地區(qū)，非常適合土壤源熱泵技術的應用。

2 地源熱泵理論基礎及適用范圍

地源熱泵(也稱地熱泵)是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉移與建筑物完成熱交換的一種技術。

地源熱泵工作原理是：冬季，熱泵機組從地源（淺層水體或巖土體）中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機組從室內(nèi)吸收熱量并轉移釋放到地源中，實現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。根據(jù)地熱交換系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)又分為地下水地源熱泵系統(tǒng)、地表水地源熱泵系統(tǒng)和地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

應用地源熱泵系統(tǒng)的建筑類型越來越多，2007年檢測地源熱泵項目14項，建筑類型包括住宅、學校、酒店、辦公樓、商場。到2010年檢測地源熱泵項目27項，建筑類型新增、交易大廳、企業(yè)工廠、會館、寫字樓、醫(yī)院等。2007～2010年檢測地源熱泵項目建筑覆蓋面越來越廣，基本上是覆蓋了各類建筑類型。

3 國內(nèi)外利用情況

目前，淺層地熱在西方發(fā)達國家利用較普遍。在美國地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)占整個空調(diào)系統(tǒng)的40%，是美國政府極力推廣的節(jié)能、環(huán)保技術。中北歐的瑞士、瑞典、奧地利、丹麥等國家，地源熱泵（土壤換熱器）技術處于領先地位，地埋管土壤換熱器熱泵得到廣泛的應用。目前，芬蘭的熱泵設備安裝量已達540000臺套，涉及廢熱、可再生能源、建筑廢熱、地源和空氣源等多種產(chǎn)品類型。

地熱資源在我國也得到了廣泛應用，以河北省為例，從整體分布來看，河北省已完成的地源熱泵項目較多，但分布極不均勻。全省共有統(tǒng)計的項目176項，其中石家莊46項、保定37項、唐山26項、承德18項、邢臺15項、邯鄲11項、滄州8項、衡水6項、廊坊4項、秦皇島3項、張家口2項。

4 地源熱泵的優(yōu)點

4.1 地源熱泵技術屬可再生能源利用技術

地表淺層地熱資源是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。它不受地域、資源等限制，是真正量大面廣、無處不在的能源。這種儲存于地表淺層近乎可無限再生的能源，使地能也變成一種清潔、可再生的新式能源。

圖1 夏季供冷原理圖

圖2 冬季供原理圖

4.2 環(huán)境與經(jīng)濟效益好

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)沒有冷卻塔，不需要熱力鍋爐，不會產(chǎn)生像冷卻塔中常見的“軍團菌”等微生物污染，也不會像熱力鍋爐那樣產(chǎn)生的大量粉塵和有害氣體。地源熱泵系統(tǒng)能同時實現(xiàn)對建筑物的供暖和制冷，運行費用低廉（耗廢電能少，能耗成本低），其對環(huán)境所產(chǎn)生的不良影響遠比燃油或燃氣取暖和熱力鍋爐燃煤取暖造成的不良影響小得多，投入運行地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠普遍發(fā)揮較好的節(jié)能環(huán)保效益。

此外，熱泵機組使用壽命一般為15～20年，地源熱泵系統(tǒng)地下部分的使用壽命一般為50年，前期投入的設備使用壽命較長，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的靜態(tài)投資增量回收期僅為5～8年，充分體現(xiàn)了地源熱泵的經(jīng)濟實用性。

5 地源熱泵發(fā)展中存在的問題

5.1 技術研究不足

近年來淺層地熱能利用發(fā)展迅速，但以市場化推動為主，淺層地熱能資源調(diào)查評估滯后，相關技術標準和開發(fā)利用技術研究薄弱。

5.2 政策支持力度小

地源熱泵系統(tǒng)專有的資源勘查評價、環(huán)境評價、項目審批、設計、施工、驗收、運營管理等相關法規(guī)、標準和制度不夠健全；對地源熱泵項目的資源保護、質(zhì)量安全、行業(yè)健康有序發(fā)展等缺乏基本保證。

5.3 社會對淺層地熱資源利用的認知度不足

淺層地能利用依賴于資源條件，其技術性、實踐性、地域性較強，是一項涉及多學科、多專業(yè)、多行業(yè)的綜合性技術，是一項復雜的系統(tǒng)工程。地源熱泵系統(tǒng)因其建設的復雜性和處于初期試用階段的特點，新技術的應用尚缺乏廣泛的社會認知度，因此，仍需要我們今后的大力宣傳和推廣。

5.4 市場準入制度不健全，從業(yè)單位技術水平參差不齊

地源熱泵項目的成敗高度依賴于地下?lián)Q熱器的設計和施工。目前，項目實施單位有設計院、科研院所、地勘單位、暖通空調(diào)設備廠家、設備代理商以及安裝公司等，從業(yè)單位及人員背景復雜，行業(yè)界限混亂無序，技術水平參差不齊，故在一定程度上阻礙了淺層地能利用技術的健康發(fā)展。

6 地源熱泵的應用前景

最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年全國水介質(zhì)地源熱泵機組市場總量約為33.8億，同比增長25.3%，是2012年中央空調(diào)市場增長最快的產(chǎn)品之一，并連續(xù)5年以超過20%的增長率不斷擴大市場。經(jīng)過十多年的發(fā)展，目前中國地源熱泵技術應用的排名僅次于美國，居世界第2位，預計5年內(nèi)，中國地源熱泵或?qū)⒊矫绹蔀槭澜绲谝弧?/p>

近年來，隨著土壤源熱泵系統(tǒng)在河北省的推廣應用，地能利用形式也變得更加豐富：從熱源來源來看，出現(xiàn)了地下水源、土壤源、污水源、工業(yè)廢水余熱和地表水源等形式；從技術應用形式來看，有住宅、交易大廳、辦公樓、學校、醫(yī)院、廠房等，涵蓋了各種形式的、絕大多數(shù)的建構筑物。

隨著國家一系列政策和規(guī)定的出臺，河北省也將地源熱泵技術列入重點推廣項目，在政策、技術、資源等強有力的支持下，河北省淺層地熱能的開發(fā)利用事業(yè)將會得到更大幅度的提高和發(fā)展。

[1] 張國斌.河北省地下熱水資源賦存特征與開發(fā)利用展望[J].中國煤田地質(zhì),1998(增刊):29-31.

[2]劉時彬.中國地熱資源開發(fā)利用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢分析[C]//北京地熱國際研討會論文集.北京:地質(zhì)出版社,2004:202-206.

TB65

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1004-5716(2015)02-0093-02

2014-07-29

張曉東（1964-），男（漢族），河北唐山人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程地質(zhì)勘察、水文地質(zhì)調(diào)查等工作。