在中國，每至冬季，供熱面積超過100億平方米。北京等地區(qū)的供暖期有4個月左右，而東北地區(qū)將近6個月。民眾生活中對熱能的需求主要來源于燃煤，而煤炭直接燃燒，導(dǎo)致能源利用效率低下、環(huán)境污染嚴重等問題。我國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，新時期供暖必須滿足新要求：保證室內(nèi)環(huán)境溫度的同時又必須要保護室外環(huán)境。

為了滿足以上要求，從2014年11月開始，北京陸續(xù)啟動實施三種電替煤供暖的實驗工程：電能直接轉(zhuǎn)化熱能;電能轉(zhuǎn)化機械能搬運空氣能;電能轉(zhuǎn)化機械能搬運淺層地能為建筑物供暖。

近日，記者在“地能無燃燒為建筑物智慧供暖技術(shù)成果展示會暨媒體發(fā)布會”上了解到，恒有源科技發(fā)展集團有限公司(以下簡稱恒有源)自主研發(fā)的單井循環(huán)換熱采集系統(tǒng)提取淺層地能，是對電替煤供暖方式的技術(shù)支撐。其與太陽能、空氣源熱泵相比具有穩(wěn)定性，并且既沒有燃燒污染空氣，也不需要城市管網(wǎng)浪費資源，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)勢獨特

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

“其實，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℃，就可進行正常的生活、生產(chǎn)活動，所以用高品位能源進行建筑供暖是浪費了能源的品位。”吳德繩說，“我們應(yīng)該將高品位能源留在工業(yè)、交通運輸業(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。”

中國工程院院士武強對這一觀點表示認可，能源的科學(xué)利用就是應(yīng)該按照品位來使用能源，用高品位的能源來加熱水到40多度再為建筑物供暖是非常浪費的。

比較三種不同的供熱方式，電能轉(zhuǎn)化熱能安裝相對簡單，但戶外電網(wǎng)投資大，戶內(nèi)運行能耗高。空氣能雖然采集方便，但容易造成城市熱島現(xiàn)象。淺層地能顯示出明顯優(yōu)勢：不受環(huán)境溫度影響，供給熱泵的地能溫度相對穩(wěn)定，在設(shè)計合理、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。

“我們可以利用太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮軄頌榻ㄖ锕┡?。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，所以其與太陽能、風(fēng)能相比在能源穩(wěn)定性供給方面有獨特的優(yōu)勢，尤其是熱泵技術(shù)的發(fā)展給淺層地能的開發(fā)賦予了新的生命。”武強表示，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，就是淺層地能無燃燒智慧供暖(冷)的道理。”吳德繩解釋說。

建筑物供暖的能源革命

淺層地能的具體定義為深度200米以內(nèi)、溫度25度以下的可再生的低品位熱能。它區(qū)別于國家礦產(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，在太陽熱和地芯熱的共同作用下，可再生性強，地能采集在設(shè)計合理、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，因為它沒有了電能以外的能源運輸問題。

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

該系統(tǒng)工作原理是一份地能，轉(zhuǎn)化成機械能，搬運相當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，淺層地能開發(fā)利用系統(tǒng)可劃分為三個子系統(tǒng)，第一個是地能的地下采集系統(tǒng)，用來采集地能;第二個是熱泵提升系統(tǒng)，主要起到熱能品位提升作用;第三個是散熱系統(tǒng)，主要解決如何在房間里散熱。目前，我國的第二個和第三個子系統(tǒng)技術(shù)是相對成熟的。

在地能采集系統(tǒng)中，過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)借鑒了國外水源熱泵和地源熱泵的優(yōu)點并克服了其缺點，實現(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。”

淺層地能市場容量巨大

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

據(jù)恒有源科技發(fā)展集團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，在我國推廣應(yīng)用已由北京輻射至除海南及港澳臺以外的所有地區(qū)，實現(xiàn)地能無燃燒為1300多萬平方米建筑物智慧供暖，每年節(jié)約41.12萬噸標煤。

“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，是我們一直以來奮斗的目標。”孫驥說。

恒有源集團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程中所遇到問題”時表示：如果將目前北京全市農(nóng)村農(nóng)戶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，其市場容量大約是620億元。

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