在中國(guó)，每至冬季，供熱面積超過(guò)100億平方米。北京等地區(qū)的供暖期有4個(gè)月左右，而東北地區(qū)將近6個(gè)月。民眾生活中對(duì)熱能的需求主要來(lái)源于燃煤，而煤炭直接燃燒，導(dǎo)致能源利用效率低下、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。我國(guó)治理霧霾的核心是最大限度地減少任何形式的燃燒和燃燒后的排放。因此，新時(shí)期供暖必須滿足新要求：保證室內(nèi)環(huán)境溫度的同時(shí)又必須要保護(hù)室外環(huán)境。

為了滿足以上要求，從2014年11月開(kāi)始，北京陸續(xù)啟動(dòng)實(shí)施三種電替煤供暖的實(shí)驗(yàn)工程：電能直接轉(zhuǎn)化熱能;電能轉(zhuǎn)化機(jī)械能搬運(yùn)空氣能;電能轉(zhuǎn)化機(jī)械能搬運(yùn)淺層地能為建筑物供暖。

近日，記者在“地能無(wú)燃燒為建筑物智慧供暖技術(shù)成果展示會(huì)暨媒體發(fā)布會(huì)”上了解到，恒有源科技發(fā)展集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)恒有源)自主研發(fā)的單井循環(huán)換熱采集系統(tǒng)提取淺層地能，是對(duì)電替煤供暖方式的技術(shù)支撐。其與太陽(yáng)能、空氣源熱泵相比具有穩(wěn)定性，并且既沒(méi)有燃燒污染空氣，也不需要城市管網(wǎng)浪費(fèi)資源，具有很大的適應(yīng)性和更廣泛的應(yīng)用范圍。

淺層地能優(yōu)勢(shì)獨(dú)特

建筑業(yè)歷史久遠(yuǎn)，供暖總是伴隨著建筑業(yè)而存在著。北京建筑設(shè)計(jì)研究院顧問(wèn)總工程師吳德繩向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹說(shuō)，多年以來(lái)建筑業(yè)的供暖方式變化不大，基本都是采用燃燒取暖。當(dāng)全球出現(xiàn)了能源危機(jī)，燃燒產(chǎn)熱更顯得效率低下，并且嚴(yán)重污染環(huán)境。

“其實(shí)，為建筑物供暖并不需要太高的溫度，我們的居住環(huán)境只需18℃~22℃，就可進(jìn)行正常的生活、生產(chǎn)活動(dòng)，所以用高品位能源進(jìn)行建筑供暖是浪費(fèi)了能源的品位。”吳德繩說(shuō)，“我們應(yīng)該將高品位能源留在工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等行業(yè)使用，不應(yīng)在建筑物供暖方面使用高品位能源。”

中國(guó)工程院院士武強(qiáng)對(duì)這一觀點(diǎn)表示認(rèn)可，能源的科學(xué)利用就是應(yīng)該按照品位來(lái)使用能源，用高品位的能源來(lái)加熱水到40多度再為建筑物供暖是非常浪費(fèi)的。

比較三種不同的供熱方式，電能轉(zhuǎn)化熱能安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，但戶(hù)外電網(wǎng)投資大，戶(hù)內(nèi)運(yùn)行能耗高?？諝饽茈m然采集方便，但容易造成城市熱島現(xiàn)象。淺層地能顯示出明顯優(yōu)勢(shì)：不受環(huán)境溫度影響，供給熱泵的地能溫度相對(duì)穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量保證前提下，能有效保證為建筑物供暖的總量，運(yùn)行成本低。在同樣供暖面積情況下，電源配置總量是電能直接轉(zhuǎn)化熱能供暖方式的四分之一。

“我們可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮軄?lái)為建筑物供暖。而淺層地能所處的地能恒溫帶的溫度不受白天黑夜等外界環(huán)境的變化而變化，所以其與太陽(yáng)能、風(fēng)能相比在能源穩(wěn)定性供給方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其是熱泵技術(shù)的發(fā)展給淺層地能的開(kāi)發(fā)賦予了新的生命。”武強(qiáng)表示，淺層地能是最適宜建筑供暖的能源形式之一。

“淺層地能溫度一般在5℃~25℃左右，利用相關(guān)技術(shù)通過(guò)熱泵把淺層地能提升成適合我們應(yīng)用的資源，就是淺層地能無(wú)燃燒智慧供暖(冷)的道理。”吳德繩解釋說(shuō)。

建筑物供暖的能源革命

淺層地能的具體定義為深度200米以?xún)?nèi)、溫度25度以下的可再生的低品位熱能。它區(qū)別于國(guó)家礦產(chǎn)資源的可以直接利用的高品位的地?zé)崮堋?/p>

淺層地能分布廣，在太陽(yáng)熱和地芯熱的共同作用下，可再生性強(qiáng)，地能采集在設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量保證的前提下，與熱泵技術(shù)產(chǎn)品相結(jié)合，利用地能熱泵環(huán)境系統(tǒng)無(wú)燃燒為建筑物智慧供暖，比利用傳統(tǒng)能源給建筑物供暖還有保證，因?yàn)樗鼪](méi)有了電能以外的能源運(yùn)輸問(wèn)題。

從有建筑物的歷史以來(lái)，都是各種形式的燃燒為建筑物供暖。“今天我國(guó)原創(chuàng)的安全、高效、省地、經(jīng)濟(jì)單井循環(huán)換熱地能采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，這個(gè)生態(tài)文明建設(shè)成果讓傳統(tǒng)燃燒供熱行業(yè)升級(jí)換代成地能熱冷一體化的新興產(chǎn)業(yè)。”武強(qiáng)介紹說(shuō)。

該系統(tǒng)工作原理是一份地能，轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，搬運(yùn)相當(dāng)于三份以上的電能直接轉(zhuǎn)化的熱能為建筑物供暖，建筑物供暖能耗60%以上是不花錢(qián)的可再生能源。同一系統(tǒng)，冬天利用淺層地能為建筑物供暖，是供暖的替代能源;夏天制冷時(shí)比空氣冷卻環(huán)境溫度低，提高了制冷效率，節(jié)約了能源，是清潔能源的高效利用。

據(jù)介紹，淺層地能開(kāi)發(fā)利用系統(tǒng)可劃分為三個(gè)子系統(tǒng)，第一個(gè)是地能的地下采集系統(tǒng)，用來(lái)采集地能;第二個(gè)是熱泵提升系統(tǒng)，主要起到熱能品位提升作用;第三個(gè)是散熱系統(tǒng)，主要解決如何在房間里散熱。目前，我國(guó)的第二個(gè)和第三個(gè)子系統(tǒng)技術(shù)是相對(duì)成熟的。

在地能采集系統(tǒng)中，過(guò)去使用水源井提取地下水中熱量并回灌地下水，但回灌是很困難的，抽灌一旦不平衡，就會(huì)造成一系列的地質(zhì)災(zāi)害。而以水為介質(zhì)交換熱量的地源熱泵，由于是通過(guò)間壁式換熱，吸收熱量少，所以為建筑物供暖的效率很低，占地面積大。

武強(qiáng)十分看好恒有源自主研發(fā)的單井循環(huán)換熱系統(tǒng)：“該系統(tǒng)借鑒了國(guó)外水源熱泵和地源熱泵的優(yōu)點(diǎn)并克服了其缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同井同層回灌，效率高，占地面積小，是具有很好的應(yīng)用前景。”

淺層地能市場(chǎng)容量巨大

恒有源科技發(fā)展集團(tuán)有限公司專(zhuān)注開(kāi)發(fā)利用淺層地能作為建筑物供暖替代能源的科研與推廣，集科研開(kāi)發(fā)—地能采集—系統(tǒng)設(shè)計(jì)—裝備制造—工程安裝—運(yùn)維保障—公共服務(wù)于一體，為客戶(hù)提供地能熱冷一體化無(wú)燃燒智慧供暖整體解決方案。

據(jù)恒有源科技發(fā)展集團(tuán)有限公司總工孫驥介紹，恒有源的核心技術(shù)是單井循環(huán)換熱地能采集技術(shù)，主要產(chǎn)品包括自采暖系統(tǒng)的地能熱寶、集中供暖的地能熱泵環(huán)境系統(tǒng)、城鎮(zhèn)熱力的50~900MW分布式地能冷熱源站。截至目前，在我國(guó)推廣應(yīng)用已由北京輻射至除海南及港澳臺(tái)以外的所有地區(qū)，實(shí)現(xiàn)地能無(wú)燃燒為1300多萬(wàn)平方米建筑物智慧供暖，每年節(jié)約41.12萬(wàn)噸標(biāo)煤。

“發(fā)展地能熱冷一體化新興產(chǎn)業(yè)，有效提高可再生能源比例，減少燃燒造成的污染，提高居民生活質(zhì)量，是我們一直以來(lái)奮斗的目標(biāo)。”孫驥說(shuō)。

恒有源集團(tuán)副總裁賀永平在回答記者提出的“北京市淺層地能利用潛力以及在推廣利用淺層地能過(guò)程中所遇到問(wèn)題”時(shí)表示：如果將目前北京全市農(nóng)村農(nóng)戶(hù)的散煤燃燒和燃煤鍋爐全部改造成利用淺層地能供暖的形式，其市場(chǎng)容量大約是620億元。

“北京市對(duì)淺層地能供暖的鼓勵(lì)政策從2006年的每平方米補(bǔ)助50元，到建設(shè)部2009年每平方米補(bǔ)助80元，一直到現(xiàn)在按投資的50%給予補(bǔ)助，說(shuō)明政府的支持力度是非常大的。但目前主要問(wèn)題是這個(gè)理念還未被大家所廣泛認(rèn)識(shí)，所以這就需要我們今后更加努力，讓淺層地能無(wú)燃燒成為建筑物智慧供暖的新選擇。”賀永平說(shuō)。