【導(dǎo)讀】膅蒈螇膈肁蒈袀羈荿蕆蕿螃芅薆螞罿膁薅螄螂肇薄蒄羇肅薃蚆螀莂薂螈肅羋薂袀袈膄薁薀肄肀薀螞袆莈蠆螅肂芄蚈袇裊膀蚇薇肀膆芄蝿羃肂芃袁腿莁節(jié)薁羈芇芁蚃膇膃芀螆羀聿荿袈螂莇荿薈羈芃莈蝕螁艿莇袂肆

　　

【正文】 工業(yè)廢水為低溫?zé)嵩吹脑缙诖笮蜔岜谜? 表 11 地點 容量（ MW） 制造廠 投入工作時間 低溫?zé)嵩? 伊索喔 180 AseaStal 1986 城市污水 哥德堡 27+29 Gotaverken 1983/1984 城市污水 242 Gotaverken 1986 城市污水 索爾納 430 AseaStal 1986 城市污水 斯德哥爾摩 220+230 AseaStal 1986 城市污水 厄勒布魯 220 AseaStal 1985 城市污水 烏穆奧 217 AseaStal 1984 城市污水 液夫勒 14 AseaStal 1984 城市污水 奧斯特桑德 10 Sulzer 1984 城市污水 恩歇爾茨維克 14 StalLeval 1984 工業(yè)廢水 博爾隆格 12 AseaStel 1985 工業(yè)廢水 塞德維肯 12 StalLaval 1986 工業(yè)廢水 阿拉烏 Frigor/York 1982 工業(yè)廢水 卡爾斯塔德 214 Dlajc/Sulzer 1984 工業(yè)廢水 在國內(nèi)，城市污水源熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展很快，發(fā)展不平衡。國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀 如 下 表 12 34 國內(nèi)研究現(xiàn)狀和應(yīng)用實例匯總 表 12 污水熱泵使用地點或工程名稱 應(yīng)用情況和可供借鑒經(jīng)驗 北京排水集團，在北京高碑店、北 小河、清河、酒仙河、盧溝橋等污水處 理廠 二級處理后污水，如高碑店，冬季水溫15℃ ，夏 季 22℃ ，全年 COP： ~，浸沒式換熱器 北京市市政總公司，密云污水處理廠 供熱面積 8700m2 大慶恒茂賓館 原生污水，污水干管 d=800mm，浸沒式換熱器 大慶富爾達(dá)辦 公樓 200m2 哈爾濱望江賓館， 2020 原生污水，距賓館 60m 的干渠6m3m，供暖和生活熱水，面積 13000m2，初投資 227 萬元，運行費用 元 /m2，比原來節(jié)省 % 哈爾濱水泵二廠，宣化橋馬家溝西側(cè)歐式別墅， 2020 截流渠污水，為 600m2 別墅建筑供熱，采用 SWQR/L100 型熱泵 哈爾濱馬家溝階梯式分段提熱 原生態(tài)水，市政污水管線內(nèi)，分不同段提取熱能 秦皇島海灣區(qū)污水處理廠 二級處理后污水，不銹鋼纖焊板式換熱器，自動自清洗過濾器，電子水處理儀，40 目和 60 目鋼質(zhì)過濾框架網(wǎng) 秦皇島污水處理廠 二級處理污水， 3500m2 供熱面積 哈爾濱水泵二廠同，哈爾濱優(yōu)琪爾熱泵所 研制污水源熱泵，用于民用住宅，冬季運行費 15 元 /m2 吉林建筑工程學(xué)院，尹軍 考察分析了我國主要城市的 污 水熱能可利用情況，污水熱能回收的可行性，以及減少對大氣的污染作用 吉林建筑工程學(xué)院，白莉 國內(nèi)第一臺污水熱能回收與利用試驗，間接換接，浸沒式鋁塑管換熱器 土壤源熱泵系統(tǒng) （ 1）特點 土壤源 熱泵系統(tǒng) 它以 大地的 固態(tài) 土壤、巖石為低溫?zé)嵩矗匆源蟮亟橘|(zhì)為熱泵機組的吸熱和排熱場所。 大地介質(zhì)土壤和巖石其溫 度 在 一年四季中相對穩(wěn)定， 更 主要的是冬季比外界環(huán)境空氣氣溫度高；夏季比環(huán)境溫度低，這種優(yōu)越 的 溫度特性使得土壤源熱泵系統(tǒng)運行效率高，節(jié)能效果 明顯 。 它的 吸熱排熱過程在地下靜態(tài)進(jìn)行，絕對沒有熱 島 污染和噪聲污染。從目前實際使用情況看土壤和巖石的熱導(dǎo)率小，一般每米管長放熱量僅 20~40W，因 35 此，當(dāng) 負(fù)荷 較大時，其換熱器 占地 面積較大， 換 熱器的 造價也 較高，使 得 工程造 價 偏高。盡管如此，各界專家都普遍認(rèn)為目前和將來它還是有前途的節(jié)能系統(tǒng)。 它的熱 交換 原理，與過去武漢的利用防空洞 供電影 院 冷 氣 是類似的?，F(xiàn)在是利用鉆機在地下 土壤或巖石 打 若 干孔， 在 孔中投 入 循環(huán)管，再在孔中灌漿 回填 ， 使 循環(huán)管與土壤緊密接觸，以 便 管中循環(huán)的水與土壤 或巖石 進(jìn)行熱交換見示意圖。 垂直埋管系統(tǒng) 水平埋管系統(tǒng) 螺旋埋管系統(tǒng) 圖 22 土 壤源埋管系統(tǒng) 36 圖 23 圖 24 這一系統(tǒng) 在 設(shè)計時，土層結(jié)構(gòu)，土層的熱特性參數(shù)的獲取是至關(guān)重要的關(guān)鍵點，這與我們巖土 工 作者密切相關(guān)， 在 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（ GB503662020）中非常強調(diào)工程勘察。要求 在 設(shè)計前，必須進(jìn)行工程勘察，并根據(jù)勘察成果評估地埋 管系統(tǒng)的可性行和經(jīng)濟性。 （ 2）分類及埋管形式 按土壤源熱泵系統(tǒng)的地源介質(zhì)熱交換系統(tǒng)的埋管形式， 可 分為水平埋管和垂直埋管兩大類，當(dāng)可利用的土地面積大，氣候條件允許時可考慮水平埋管， 否則 利用垂直埋管。 37 常見的水平地埋管換熱器形式 如下圖 2 26 所示 施工現(xiàn)場情況可見照片 4 照片 3 青島石老人高爾夫會所水平埋管鋪設(shè)圖 38 照片 4 青島石老人高爾夫會所水平埋管回填圖 垂直地埋管常見形式為下圖 27 圖 27 豎直地埋管換熱器形式 （ a） 單 U 形管；（ b）雙 U 形管；（ c）小直徑螺旋盤管 （ d） 大直徑螺旋盤管；（ e）立柱狀；（ f）蜘蛛狀；（ g）套管式 （ 3） 土壤換熱器的傳熱分析 1）概述 土壤換熱器的傳熱分析，主要目的是保證土壤源熱泵系統(tǒng)，在整個運行周期中，循環(huán)介質(zhì)的溫度都在設(shè)計設(shè)定范圍 39 內(nèi)。設(shè)計者要根據(jù)傳熱分析來選擇土壤換熱器的布置形式和確定埋管長度。并且還要計算循環(huán)介質(zhì)溫度隨時間的變化，進(jìn)而確定系 統(tǒng)的性能系數(shù)和能耗。這一問題是一個核心的問題。從目前水平來評論， 也是土壤源熱泵系統(tǒng)還沒有很好解決的問題。一直是難度很大的課題。 迄今為止 ，國際上還沒有被普遍公認(rèn) 的唯一分析方法。從目前研究狀況看，大體有兩 大類研究思路。第一類是熱阻的概念為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗的解析模型，第二類方法是計算介質(zhì)傳熱為基礎(chǔ)的數(shù)值解模型。這里問題涉及面很廣，比較專業(yè)，是 我們 科研選題的大領(lǐng)域 。 2）土壤換熱器傳熱計算方法 目前在工程設(shè)計中經(jīng)常用的都是一些半經(jīng)驗性的公式。在《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（ GB503662020）中推薦一個計算方法，是參考了國際地源熱泵協(xié)會和美國供熱制冷與空調(diào)工程師協(xié)會共同推薦的方法。是以 Kelvin 線熱源理論為基礎(chǔ)的解析法。所謂淺熱源理論就是把地埋管看作是一個無限長的圓柱體，在孔 壁 處有恒定的熱流，而鉛井外則是無限大的土壤傳熱介質(zhì)，地理管中的線型熱流與無限大的土壤介質(zhì) 之間 進(jìn)行傳熱和熱交換。這個模型的計算過程中，首先要確定一系列的熱阻參數(shù)，例如，各層土壤的熱擴散系 數(shù) ，土壤熱導(dǎo)率 ，埋管的熱阻等等。上述我國規(guī)范中 介紹 的計算方法列于規(guī)范 (GB503662020)附錄 B 之中。 40 在計算 時還要輸入，巖土體的平均導(dǎo)熱系 數(shù) ，巖土體的熱擴散率等等。計算非常復(fù)雜。一般都有相應(yīng)軟件供使用。但是這些參數(shù)是非常難以獲取的，很多工程在計算時，都是從一些手冊中選取，計算出來的數(shù)值 可信度難以確認(rèn) 。正規(guī)的辦法 都 是通過專業(yè)的試驗室來獲取 這些參數(shù) 。 結(jié)語 國家對節(jié)能減排的目標(biāo) 2020 年，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》，明確了 2020 年中國實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)任務(wù)和總體要求，到 2020 年中國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值耗能將由 2020 年的 噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到 1 噸標(biāo)準(zhǔn)煤以下，降低 20%左右；中國主要污染物排放總量減少 10%。作為設(shè)計單位，我們 有 義不容辭的義務(wù)，要為我國的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。目前許多設(shè)計文件都必需單列節(jié)能減排章節(jié)才能通過審查關(guān)口。 發(fā)展勢頭估計 根據(jù)中國地源熱泵發(fā)展研究報告（ 2020）的資料，世界銀 行 2020 年發(fā)表的《中國地源熱泵技術(shù)市協(xié)調(diào)與發(fā)展分析》顯示：中國地源熱泵這一新興技術(shù)受到廣泛關(guān)注，不同所有制的企業(yè)都參與了開發(fā)，這些企業(yè)的規(guī)模從 100 萬到數(shù) 億 不等 ， 其 中 注 冊 資 金 在 1 億 以 上 占 25% ， 具 體 見 圖 41 34 圖 34 地源熱泵企業(yè)規(guī)模比例 我們地源熱泵使用比例見圖 35。 圖 35+1 我國 各類 地源熱泵使用比例 圖 35+2 建設(shè)部示范項目 各類 地源熱泵使用比例 目前地源熱泵發(fā)展較快，南方如廣東、福建、海南等省市發(fā)展較慢，而長江中下游則又很關(guān)注地源熱泵，這些地區(qū)屬冬冷夏熱地區(qū)，制冷供暖都比較有需求 ，而且制冷、供熱 42 月份幾乎相等地源介質(zhì)的冷熱平衡較理想，基本能達(dá)到冬存夏用和夏存冬用的目的。其中使用污水的地源熱泵在建筑行業(yè)發(fā)展很快，污水源包括市政污水、煉化廠冷卻水、冶金冷卻水，煤礦等礦山疏于水，熱電廠循環(huán)水，發(fā)展?jié)摿薮蟆? 我國地源熱泵行業(yè)與世界水平相比， 仍處于 起步階段，但發(fā)展勢頭非常強勁。 國際經(jīng)驗 1） 2020 年世界利用地源熱泵的主要國家的利用情況見下表 13。 2020 年世界利用地源熱泵的主要國家的利用情況 表 13 國家 總裝機容量 （ MWt） 年利用能量 （ TJ/年 ） 供熱量（ GWh/年） 實際 臺數(shù) 當(dāng)量臺數(shù)（ 12kW為 1 臺計） 澳大利亞 24 16 2020 2020 奧地利 228 1094 19000 19000 保加利亞 162 45 16 1108 加拿大 360 891 30000 30000 捷克 390 663 丹麥 3 250 250 芬蘭 484 10000 6708 法國 48 255 120 4000 德 國 344 114