【正文】 1 2020 年 第 30 期 （總第 555 期） 積極推廣地源熱泵 可再生能源 供暖技術(shù) 為當(dāng)前及 “ 十二五 ” 節(jié)能減排 做出新貢獻(xiàn) 市專顧委 工業(yè)經(jīng)濟(jì)專家 組 內(nèi)容提要： 地源熱泵可再生能源供暖技術(shù)利用淺層地溫的常溫特性來有效解決建筑物的供暖制冷問題，是當(dāng)今最先進(jìn)的供暖空調(diào)技術(shù)。它的推廣應(yīng)用得到國家的強(qiáng)力政策支持和資金扶持。沈陽、北京、大連、重慶等地已推廣應(yīng)用各達(dá)數(shù)千萬平方米，而作為全國供暖時間最長、供暖耗能最多的特大型城市哈爾濱則基本上還是空 白。本研究報告從介紹熱泵供暖技術(shù)的原理和利用模式入手，對國內(nèi)外熱泵技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，尤其是國內(nèi)沈陽、北京等城市大力推廣應(yīng)用熱泵供暖技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗和做法進(jìn)行了綜述；對國家和各省、市對推廣應(yīng)用熱泵供暖技術(shù)的政策和資金支持情況進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。在此基礎(chǔ)上，本報告對在哈爾濱推廣應(yīng)用熱泵供暖技術(shù)的可行性（包括資源情況、研發(fā)能力、生產(chǎn)能力等）進(jìn)行了詳盡分析，對哈爾濱當(dāng)前在推廣應(yīng)用該先進(jìn)技術(shù)方面存在的問題進(jìn)行了深入剖析，最后提出了大力推廣應(yīng)用熱泵供暖技術(shù)的七條對策建議。報告還將沈陽市委、市政府關(guān)于推廣應(yīng)用地源熱泵供暖技術(shù) 的相關(guān)文件和政府令作為附件，以供參考。 當(dāng)前，全國正在深入開展學(xué)習(xí)實踐科學(xué)發(fā)展觀活動。大力推進(jìn)節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作為落實科學(xué)發(fā)展觀的重要內(nèi)容，已經(jīng)成為我國當(dāng)前及 “ 十二五 ” 以 2 至今后更長一段時間的基本國策，并成為制約和檢驗各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量的剛性約束之一。 哈爾濱是我國最北方的特大城市，是取暖時間最長、耗能最高的地區(qū)之一。全市 年 共消費原煤 近 1700 萬噸， 年排放 二氧化硫超過28 萬噸 、二氧化碳 3400 萬噸。其中僅主城區(qū)冬季供暖耗煤就達(dá) 600余萬噸，約占全市耗煤總量的 40%以上 ， 冬季 采暖期的空氣質(zhì)量明顯劣于非采暖期。因此，采用先進(jìn)的可再生能源供暖技術(shù)，優(yōu)化供暖能源結(jié)構(gòu)和供暖方式，對我市大力推進(jìn)節(jié)能減排工作舉足輕重。 自本世紀(jì)初開始在我國逐步大規(guī)模推廣應(yīng)用的地源熱泵供暖技術(shù)， 是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的供暖制冷新技術(shù)。它利用淺層地溫的常溫特性來有效解決建筑物的供暖制冷問題，屬于可再生能源利用技術(shù)。 與傳統(tǒng)供暖方式相比 ，地源熱泵技術(shù) 具有能效比高、零污染、零排放等明顯優(yōu)勢，一經(jīng)問世就體現(xiàn)出了強(qiáng)大生命力，現(xiàn)已成為國內(nèi)大城市 供暖制冷領(lǐng)域利用可再生能源實現(xiàn)節(jié)能、 減排 、環(huán)保、廉價 的 主要技術(shù)手段， 并得到國家 多項優(yōu)惠政策和資金的重點支持。至 2020 年末，全國采用地源熱泵技術(shù)供暖面積已 超過 1 億 平方米。其中，作為全國可再生能源試點城市之一的沈陽市采用地源熱泵技術(shù)供暖面積就已達(dá) 3400 余萬平方米，獲得國家資助達(dá) 億元。遼寧省已在全省 13個地、市大面積推廣地源熱泵供暖技術(shù)。 哈爾濱市有關(guān)企業(yè)在本世紀(jì)初就已研制成功地源熱泵 供 暖空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)時在全國處于領(lǐng)先地位，并曾于 2020 年 2 月獲省政府頒發(fā)、全省唯一的 “ 節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品證書 ” 。但由于缺少 政策和資金 的有力支持，該項技術(shù)一直沒有在我市得到推廣，更沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。哈爾濱不僅喪 失了一個在節(jié)能減排方面大有作為的機(jī)會，也喪失了借此催生一個新型裝備制造業(yè)產(chǎn)品的良好機(jī)遇。 3 為在我市積極推廣地源熱泵可再生能源供暖先進(jìn)技術(shù)，為我市當(dāng)前及 “ 十二五 ” 期間節(jié)能減排提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，市專顧委部分專家組成專題調(diào)研組，對我市采用地源熱泵供暖（含空調(diào)）技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了詳盡調(diào)研，并先后到沈陽、北京等先進(jìn)地區(qū)學(xué)習(xí)考察，了解真實情況，獲得第一手資料。在此基礎(chǔ)上，提出 了在哈爾濱市 積極推廣地源熱泵可再生能源供暖技術(shù)的對策建議。 一、地源熱泵供暖技術(shù)的基本原理、特點及利用模式 （一）地源熱泵供暖技術(shù)的基本原理 熱 泵是一種利用高位能源從低溫?zé)嵩刺崛崃坎⑤斔偷礁邷責(zé)嵩吹墓?jié)能裝置。利用熱泵可以把難以直接利用的低位熱能（如空氣、土壤、水中所含的熱能，生活和生產(chǎn)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)省部分高位能源（如煤、燃?xì)狻⒂?、電等）的目的。熱泵供暖系統(tǒng)是一個效率和效益最為理想的 供暖 系統(tǒng)。 地源熱泵系統(tǒng)是一種利用地下淺層地溫能資源（土壤、地下水、地表水、工業(yè)廢水、生活污水等） ， 同時實現(xiàn)采暖、制冷和生活熱水的新型高效環(huán)保節(jié)能技術(shù)系統(tǒng)。它用來替代傳統(tǒng)的用鍋爐和制冷機(jī)進(jìn)行采暖、空調(diào)的模式，是改善城市大氣環(huán)境、節(jié)能減排的重 要途徑，也是地 能資 源利用的一個新的發(fā)展方向。 地源熱泵系統(tǒng)主要由四部分組成：淺層地溫能采集系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。淺層地溫能采集系統(tǒng)是指通過水或防凍劑的水溶液將巖土體或地下水、地表水中的熱量采集出來并輸送給熱泵系統(tǒng)，通常有地埋管換熱系統(tǒng)、地下水換熱系統(tǒng)和地表水換熱系統(tǒng)。室內(nèi)采暖空調(diào)系統(tǒng)主要有風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、地板輻射采暖系統(tǒng)、水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)等。 （二） 地源熱泵供暖技術(shù)的特點及與傳統(tǒng)供暖方式的優(yōu)勢比較 4 地源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供暖（冷）方式相比具有如下特點： 。 地表土壤和水體是 一個巨大的太陽能集熱器，收集了 47%的太陽能輻射量，同時地球深部的熱能也會通過地表向大氣層散失。人類每年消耗的全部能量，只相當(dāng)于太陽能和地?zé)崮艿?1/500。地球淺表層是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，這使得利用存儲于其中的近乎無限大的太陽能成為可能。因此，地源熱泵所利用的是清潔的可再生能源。 。 地源熱泵具有較好的節(jié)能性。地下水和淺層土壤的溫度相當(dāng)穩(wěn)定，一般等于當(dāng)?shù)厝昶骄鶜鉁鼗蚋?1℃ ～2℃ 左右。冬暖夏涼，使機(jī)組的供熱季節(jié)性能系數(shù)（ HSPF）和能效比（ EER）很高。從國內(nèi)實踐來看，地源熱泵的制 熱系數(shù)（ COP）一般可達(dá) ～ 。與各種傳統(tǒng)供熱方式相比，采用地源熱泵系統(tǒng)供暖在利用一次能源（燃煤）的總體效率上是最高的。據(jù)計算，比熱電聯(lián)產(chǎn)高 50%，比集中供熱鍋爐房高 80%。而夏季作為空調(diào)使用可降低30%～ 40%的制冷電耗。 。 淺層地溫的波動范圍遠(yuǎn)小于環(huán)境空氣溫度的變動范圍，使地源熱泵全年運(yùn)行穩(wěn)定可靠。即使在室外氣候惡劣的環(huán)境下，地源熱泵仍然可以保持良好的工作性能，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。由于地源熱泵系統(tǒng)是分散供暖，大大提高了城市能源安全。簡單的系統(tǒng)組成，使地源熱泵系統(tǒng)易于實現(xiàn)自 動控制，維護(hù)費用很低。 ，應(yīng)用廣泛。 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、制冷，還可提供生活熱水，一機(jī)多用，可同時替代傳統(tǒng)的供熱鍋爐加制冷空調(diào)機(jī)兩套系統(tǒng) ， 不僅節(jié)省了大量能源，而且降低了設(shè)備的初投資。對于同時有供熱和制冷要求的賓館、商場、辦公樓、學(xué)校、公寓、居民 5 住宅、旅游設(shè)施等建筑，采用地源熱泵系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。 ，經(jīng)濟(jì)性良好。 相對于傳統(tǒng)的冷水機(jī)組加燃?xì)忮仩t供暖、空調(diào)方式，地源熱泵 系統(tǒng) 運(yùn)行費用節(jié)約 18%～ 54%。根據(jù)北京市對采用地下水源熱泵技術(shù)的 11 個項目的冬季運(yùn)行分析報告，在供暖的同時，還供冷，供熱 水、新風(fēng)的情況下，單位面積費用支出～ 元不等， 63%的項目低于燃煤集中供熱的采暖價格，投資增量回收期約為 4～ 10 年。 。 采用地源熱泵系統(tǒng)不需要建鍋爐房和冷卻塔，也不需要建設(shè)堆放燃料的煤場和堆放燃燒廢棄物的垃圾場，機(jī)房占地面積僅有燃煤鍋爐房的 1/3～ 1/2，節(jié)省了大量建筑用地和空間，降低了初投資。同時，也改善了建筑物的外部形象，具有更好的環(huán)境適應(yīng)性。 。 地源熱泵系統(tǒng)以電為驅(qū)動力，在終端用戶處可實現(xiàn)零污染、零排放。由于地源熱泵的高效節(jié)能性，也使發(fā)電廠的污 染相對減弱，具有明顯的環(huán)境效益。美國地源熱泵每年減少溫室氣體排放量超過 100 萬噸。 （三） 地源熱泵供暖技術(shù)的適用范圍和利用模式 最基本的地源熱泵供暖系統(tǒng)就是指以巖土體（土壤源）、地下水或地表水為低溫?zé)嵩吹臒岜霉┡照{(diào)系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展和實踐應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，目前地源熱泵供暖系統(tǒng)可利用的低溫?zé)嵩匆褦U(kuò)展到地表江河湖海水、水庫水、城市管道原生污水、污水處理廠再生水（中水）、電廠循環(huán)冷卻水、工業(yè)廢水、采油余熱水等多個領(lǐng)域。 利用地源熱泵技術(shù)供暖的方式很多，可根據(jù)當(dāng)?shù)氐蜏責(zé)嵩吹馁Y源情況和建筑物具體要求，因地制宜， 靈活掌握，選擇最合適的利 6 用方式。根據(jù)我們調(diào)研整理的資料，目前主要有如下幾種利用模式： 供暖 系統(tǒng)。 即將淺層或深層地下水 作 為低溫?zé)嵩?，?jīng)熱泵機(jī)組提取一定熱量后再回灌地下。其優(yōu)點是：系統(tǒng)簡便易行，綜合造價低，水井占地面積小，可滿足大面積建筑物的供暖空調(diào)需求。但其條件要求有豐富、穩(wěn)定的地下水源 ，并且必須實現(xiàn)同層回灌。 供暖 系統(tǒng)。 即將地表江、河、湖、海、塘、水庫水等 作 為低溫?zé)嵩?，?jīng)熱泵機(jī)組提取一定熱量后再送回原水系。其優(yōu)點是：系統(tǒng)簡便易行，取水方便，如水源流量或庫容足夠大，也可滿足大面積建 筑物的供暖空調(diào)需求。但其條件是冬季有足夠水面、水深且不凍的地表水體。受輸熱管線距離所限，一般終端熱用戶建筑距離水源不宜過遠(yuǎn)。 。 即以城市排水管道中未經(jīng)處理的原生污水為低溫?zé)嵩?，?jīng)熱泵機(jī)組提取污水中一定熱量后再送回原排水管道。因管道中的污水溫度一般要高出地下水溫度很多，故其熱泵工作效率較高，節(jié)能顯著。但其用戶建筑一般要在城市排水主 干 管線鄰近區(qū)域，且供暖面積要受到排水管線中污水流量的限制。 。 即以污水處理廠處理后的排放水（再生水）為低溫?zé)嵩?，?jīng)熱泵機(jī)組提取再 生水中一定熱量后再排入排放河道或管道。此系統(tǒng)工藝簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，只要污水處理廠正常運(yùn)行，則此系統(tǒng)運(yùn)行十分可靠，可有效節(jié)約 化石 燃料、土地、水等稀缺資源，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益顯著。與以地下水為低溫?zé)嵩吹牡卦礋岜孟到y(tǒng)相比，再生水地源熱泵系統(tǒng)在安全性和環(huán)保 性 上更具優(yōu)勢。 7 。 即以電廠循環(huán)冷卻水為代表的工業(yè)循環(huán)冷卻水為低溫?zé)嵩矗?jīng)熱泵機(jī)組提取循環(huán)水中一定熱量后再將其送回原循環(huán)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)用水方便，運(yùn)行可靠，一可更好增強(qiáng)循環(huán)水冷卻效果；二可大幅度增加原 供熱 機(jī)組供熱面積（預(yù)計可增加 50%以上 ）。由于熱電廠連續(xù)運(yùn)行，循環(huán)冷卻水溫度高、流量大，熱效率比其他方式有顯著提高。而且熱泵機(jī)組用電可直接采用電廠機(jī)組所發(fā)電力，不需外供，也等效提高了發(fā)電效率。因此，這是一種非常有前途的熱泵供暖方式。 。 即以地下巖土（土壤）中所含的熱量為低溫?zé)嵩?，通過在地下安裝水平式或垂直式地?zé)釗Q熱器將熱量取出并送至熱泵機(jī)組，經(jīng)熱泵機(jī)組升溫后送往建筑物作為供暖熱源。該系統(tǒng)優(yōu)點是不受地下水量的影響，不會產(chǎn)生地下水污染問題；且深層土壤溫度穩(wěn)定，運(yùn)行比較可靠。不足之處是占地面積（或深度）較大（深），初投資較高。 。 在集中供熱管網(wǎng)已覆蓋的區(qū)域，若有條件發(fā)展地源熱泵供暖，除熱泵單獨供暖外，為充分發(fā)揮地源熱泵的效率，也可適當(dāng)考慮采用混合式水源熱泵機(jī)組與集中供熱聯(lián)供系統(tǒng)。即將熱泵機(jī)組的冷凝器（供熱端）與供熱二次管網(wǎng)回水管連接，對回水進(jìn)行加熱，加熱至 43℃ ～ 47℃ 。加熱后的水再送至原管網(wǎng)換熱器繼續(xù)加熱，加熱至二次側(cè)供熱所需溫度（ 52℃ ～ 57℃ ），由原二次管網(wǎng)送至熱用戶。此系統(tǒng)的優(yōu)點是可將地源熱泵系統(tǒng)與現(xiàn)行集中供熱系統(tǒng)結(jié)合形成混合供熱模式，因地制宜的安裝地源熱泵機(jī)組為系統(tǒng)提供熱量，節(jié)省供 熱鍋爐的燃煤，并可根據(jù)末端需要調(diào)節(jié)供熱鍋爐的出熱能力，提高系統(tǒng)整體能效比。不足之處是管線改造比較復(fù)雜。 8 復(fù)合式供暖空調(diào)系統(tǒng)。 將熱泵技術(shù)與其它先進(jìn)供暖空調(diào)技術(shù)和新能源利用技術(shù)相結(jié)合，又可創(chuàng)造出許多新型的復(fù)合式供暖空調(diào)技術(shù)與形式。如目前在北京地區(qū)已有多家采用的“地源熱泵 +冰蓄冷”復(fù)合式供暖空調(diào)系統(tǒng)，將熱泵技術(shù)與冰蓄冷空調(diào)技術(shù)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，既可利用熱泵技術(shù)滿足采暖和制冷的需求，又可采用蓄冰技術(shù)實現(xiàn)夜間低谷電力的有效利用，使用戶即得到了廉價的采暖、空調(diào)方式，又解決了污染問題，還為電網(wǎng)的削峰填谷晝夜平衡 做 出了貢獻(xiàn) ，可謂一舉多得。 將熱泵技術(shù)與太陽能利用技術(shù)相結(jié)合，形成“地源熱泵 +太陽能集熱”復(fù)合式供暖空調(diào)系統(tǒng)，也是一項創(chuàng)造。該系統(tǒng)尤其適合在天氣將冷，由太陽能集熱系統(tǒng)先行輔助供暖，為人們提供舒適的環(huán)境。待氣溫再降低，需熱泵供暖系統(tǒng)啟動后，太陽能集熱系統(tǒng)仍可為熱泵供暖系統(tǒng)加熱，進(jìn)一步提高熱泵工作效率，降低能源消耗。 二、國內(nèi)外地源熱泵供暖技術(shù)的 應(yīng) 用情況 （一） 國外地源熱泵供暖技術(shù)的 應(yīng) 用情況 1912 年 ， 瑞士佐伊利（ ） 首次提出利用淺層地?zé)崮埽ǖ販啬埽┳鳛闊岜孟到y(tǒng)低溫?zé)嵩吹母拍?，并申請?專利 ，標(biāo)志著地源熱泵 系統(tǒng)的問世 。 1974 年以來，隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，以淺層地溫能為能源的地源熱泵技術(shù)得到了越來越大的關(guān)注。地源熱泵供暖技術(shù)得到美國、日本、德國、瑞典等國政府的支持和認(rèn)可 ，并進(jìn)入快速發(fā)展時期。至 2020 年，世界已累計安裝地源熱泵 萬臺，總裝機(jī)容量 。 美國地源熱泵應(yīng)用的力度最