浅层地能利用：燃煤替代供暖新实验

　　在中国，每至冬季，供热面积超过100亿平方米。北京等地区的供暖期有4个月左右，而东北地区将近6个月。民众生活中对热能的需求主要来源于燃煤，而煤炭直接燃烧，导致能源利用效率低下、环境污染严重等问题。我国治理雾霾的核心是最大限度地减少任何形式的燃烧和燃烧后的排放。因此，新时期供暖必须满足新要求：保证室内环境温度的同时又必须要保护室外环境。

　　为了满足以上要求，从2014年11月开始，北京陆续启动实施三种电替煤供暖的实验工程：电能直接转化热能；电能转化机械能搬运空气能；电能转化机械能搬运浅层地能为建筑物供暖。

　　近日，记者在“地能无燃烧为建筑物智慧供暖技术成果展示会暨媒体发布会”上了解到，恒有源科技发展集团有限公司（以下简称恒有源）自主研发的单井循环换热采集系统提取浅层地能，是对电替煤供暖方式的技术支撑。其与太阳能、空气源热泵相比具有稳定性，并且既没有燃烧污染空气，也不需要城市管网浪费资源，具有很大的适应性和更广泛的应用范围。

　　浅层地能优势独特

　　建筑业历史久远，供暖总是伴随着建筑业而存在着。北京建筑设计研究院顾问总工程师吴德绳向《中国科学报》记者介绍说，多年以来建筑业的供暖方式变化不大，基本都是采用燃烧取暖。当全球出现了能源危机，燃烧产热更显得效率低下，并且严重污染环境。

　　“其实，为建筑物供暖并不需要太高的温度，我们的居住环境只需18℃~22℃，就可进行正常的生活、生产活动，所以用高品位能源进行建筑供暖是浪费了能源的品位。”吴德绳说，“我们应该将高品位能源留在工业、交通运输业等行业使用，不应在建筑物供暖方面使用高品位能源。”

　　中国工程院院士武强对这一观点表示认可，能源的科学利用就是应该按照品位来使用能源，用高品位的能源来加热水到40多度再为建筑物供暖是非常浪费的。

　　比较三种不同的供热方式，电能转化热能安装相对简单，但户外电网投资大，户内运行能耗高。空气能虽然采集方便，但容易造成城市热岛现象。浅层地能显示出明显优势：不受环境温度影响，供给热泵的地能温度相对稳定，在设计合理、施工质量保证前提下，能有效保证为建筑物供暖的总量，运行成本低。在同样供暖面积情况下，电源配置总量是电能直接转化热能供暖方式的四分之一。

　　“我们可以利用太阳能、风能、地热能来为建筑物供暖。而浅层地能所处的地能恒温带的温度不受白天黑夜等外界环境的变化而变化，所以其与太阳能、风能相比在能源稳定性供给方面有独特的优势，尤其是热泵技术的发展给浅层地能的开发赋予了新的生命。”武强表示，浅层地能是最适宜建筑供暖的能源形式之一。

　　“浅层地能温度一般在5℃~25℃左右，利用相关技术通过热泵把浅层地能提升成适合我们应用的资源，就是浅层地能无燃烧智慧供暖（冷）的道理。”吴德绳解释说。

　　建筑物供暖的能源革命

　　浅层地能的具体定义为深度200米以内、温度25度以下的可再生的低品位热能。它区别于国家矿产资源的可以直接利用的高品位的地热能。

　　浅层地能分布广，在太阳热和地芯热的共同作用下，可再生性强，地能采集在设计合理、施工质量保证的前提下，与热泵技术产品相结合，利用地能热泵环境系统无燃烧为建筑物智慧供暖，比利用传统能源给建筑物供暖还有保证，因为它没有了电能以外的能源运输问题。

　　从有建筑物的历史以来，都是各种形式的燃烧为建筑物供暖。“今天我国原创的安全、高效、省地、经济单井循环换热地能采集技术实现了产业化发展，这个生态文明建设成果让传统燃烧供热行业升级换代成地能热冷一体化的新兴产业。”武强介绍说。

　　该系统工作原理是一份地能，转化成机械能，搬运相当于三份以上的电能直接转化的热能为建筑物供暖，建筑物供暖能耗60%以上是不花钱的可再生能源。同一系统，冬天利用浅层地能为建筑物供暖，是供暖的替代能源；夏天制冷时比空气冷却环境温度低，提高了制冷效率，节约了能源，是清洁能源的高效利用。

　　据介绍，浅层地能开发利用系统可划分为三个子系统，第一个是地能的地下采集系统，用来采集地能；第二个是热泵提升系统，主要起到热能品位提升作用；第三个是散热系统，主要解决如何在房间里散热。目前，我国的第二个和第三个子系统技术是相对成熟的。

　　在地能采集系统中，过去使用水源井提取地下水中热量并回灌地下水，但回灌是很困难的，抽灌一旦不平衡，就会造成一系列的地质灾害。而以水为介质交换热量的地源热泵，由于是通过间壁式换热，吸收热量少，所以为建筑物供暖的效率很低，占地面积大。

　　武强十分看好恒有源自主研发的单井循环换热系统：“该系统借鉴了国外水源热泵和地源热泵的优点并克服了其缺点，实现同井同层回灌，效率高，占地面积小，是具有很好的应用前景。”

　　浅层地能市场容量巨大

　　恒有源科技发展集团有限公司专注开发利用浅层地能作为建筑物供暖替代能源的科研与推广，集科研开发—地能采集—系统设计—装备制造—工程安装—运维保障—公共服务于一体，为客户提供地能热冷一体化无燃烧智慧供暖整体解决方案。

　　据恒有源科技发展集团有限公司总工孙骥介绍，恒有源的核心技术是单井循环换热地能采集技术，主要产品包括自采暖系统的地能热宝、集中供暖的地能热泵环境系统、城镇热力的50~900MW分布式地能冷热源站。截至目前，在我国推广应用已由北京辐射至除海南及港澳台以外的所有地区，实现地能无燃烧为1300多万平方米建筑物智慧供暖，每年节约41.12万吨标煤。

　　“发展地能热冷一体化新兴产业，有效提高可再生能源比例，减少燃烧造成的污染，提高居民生活质量，是我们一直以来奋斗的目标。”孙骥说。

　　恒有源集团副总裁贺永平在回答记者提出的“北京市浅层地能利用潜力以及在推广利用浅层地能过程中所遇到问题”时表示：如果将目前北京全市农村农户的散煤燃烧和燃煤锅炉全部改造成利用浅层地能供暖的形式，其市场容量大约是620亿元。

　　“北京市对浅层地能供暖的鼓励政策从2006年的每平方米补助50元，到建设部2009年每平方米补助80元，一直到现在按投资的50%给予补助，说明政府的支持力度是非常大的。但目前主要问题是这个理念还未被大家所广泛认识，所以这就需要我们今后更加努力，让浅层地能无燃烧成为建筑物智慧供暖的新选择。”贺永平说。