(一)地源热泵供暖技术的基本原理

(一)地源热泵供暖技术的基本原理内容摘要：

至此完成了一个循环过程。 该项目将地热供暖从一级利用扩展到多级利用，充分发掘了地热资源的潜力，回灌水温由传统供热排放温度 40℃ 降为12℃ ，使有限的地热资源最大限度地发挥效用。 （三） 国家对推广应用地源热泵供暖技术的政策支持 16 我国政府一直积极倡导浅层地能等可再生能源的利用，支持地（水）源热泵技术的发展，并在多项国家标准、行业标准及政策文件中明令推广。 中国科技部和美国能源部于 1997 年 11 月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中专门设有有关地源热泵的发展战略。 在 2020 年颁布的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（ JGJ134— 2020， Jll6— 2020） 》中明文规定 :“ 具备有地面水资源（ 如江河、湖水等 ） ，有适合水资源热泵运行温度的废水等水源条件时，居住建筑采暖、空调设备宜采用水源热泵。 具备可供地热源热泵机组埋管用的 土壤面积时，宜采用埋管式地热源热泵。 ” 《建设部建筑节能 “ 十五 ” 计划纲要》中明确指出 ， “ 十五 ”期间建筑节能工作的重点之一是： “ 大力推进太阳能、河水、湖水、海水与地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作。 ” 建设部《民用建筑节能管理规定》中国家鼓励发展的八项建筑节能技术中第五项直接提到利用地热技术。 自党中央提出贯彻落实科学发展观，努力建设资源节约型、环境友好型社会以实现可持续发展的战略思想以来，地源热泵技术受到了更多的关注。 2020 年 1 月 1 日，《中华人民共和国可再生能源法》正式实施。 建设部将地源热泵供暖空调 技术列入了建筑业十项新技术之中，并于 2020 年 11 月 31 日发布国家标准《地源热泵系统工程技术规范》 (GB50366— 2020)，自 2020 年 1 月 1 日起正式实施。 2020 年 8 月 25 日颁布的《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》（建科〔 2020〕 213 号）中明确提出：“ 利用太阳能、浅层地能等可再生能源解决建筑的采暖空调、热水供应、照明等，是可再生能源应用的重要领域，对替代常规能源， 17 促进建筑节能具有重要意义。 „„ 大力推进太阳能、浅层地能等可再生能源在建筑中应用，是解决建筑用能最经济合理的选择。 „„各地建设主管部门要会同有关部门研究在新建、改建政府办公建筑、大型公共建筑及高档住宅小区建设中强制使用可再生能源的可行性，并适时出台相关政策，予以实施。 在组织进行旧城改造、既有建筑节能改造及供热采暖设施改造时，要优先考虑使用可再生能源。 ” 为进一步促进可再生能源的开发利用，根据《中华人民共和国可再生能源法》的要求，中央财政设立了可再生能源发展专项资金。 2020 年 5 月 30 日，财政部发布施行的《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》（财建〔 2020〕 237 号）中，将 “ 建筑物供热、采暖和制冷可再生能源开发利用 ，重点支持太阳能、地热能等在建筑物中的推广应用 ” 列入扶持重点之一。 同 年 ， 财政部与住房和城乡建设部联合成立了此项目主管部门 —— 可再生能源建筑应用项目管理办公室。 2020 年 9 月 4 日，财政部、建设部颁布《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》（财建〔 2020〕 460 号），其中在专项资金重点支持的六个领域中，有四项直接与热泵供暖空调技术相关。 为保证可再生能源建筑应用示范项目的顺利实施，用好、管好可再生能源建筑应用示范项目专项资金，财政部、建设部于 2020年 2月 13日颁布了《关于加强可再生能源建筑应用示范管理的 通知》（财建〔 2020〕 38 号），对示范工程的组织领导、资金补助、监督管理、示范推广等作了详细的规定。 “ 可再生能源建筑示范项目 ” 自实施以来已公示了 4 次，其中2020 年公示了 2 次。 国家对无异议项目给予相应补贴。 实施的补贴 18 力度按照相关规定为工程总金额的 40%。 可再生能源示范项目的选取每次都有侧重点。 2020 年 12 月 10日至 12月 19 日公示的 “2020 年可再生能源建筑示范项目 ” 针对各省、市、区的地热工程进行选取和补贴。 其中大部分为地下水源热泵、污水源热泵、土壤源热泵等。 如北京的 7 项工程全部为地热工程；天津除 2 项太阳能利用工程外，其余都为地热工程；大连、山西、吉林等省市也均为地热工程。 三、哈尔滨市推广应用地源热泵供暖技术的可行性 依据前面的分析和研究，哈尔滨市可以用作地源热泵低温热源的可再生资源品种多样，既有自然界的慷慨赐予，更有大城市、大工业发展带来的废水、余热，数量十分丰富，为哈市大规模推广地源热泵供暖技术提供了坚实的资源基础。 （一）哈市地源热泵供暖技术可利用的可再生资源情况。 对浅层地温能资源最有发言权的莫过于地质和水文地质勘测调查部门。 为此，我们特地邀请了黑龙江省地质调查研究总院的专 家，并登门拜访了黑龙江省九〇四水文地质工程地质勘察院，从中详细了解到哈尔滨市区相关浅层地温能资源的蕴藏情况，简介如下： （ 1）地下水资源。 水源热泵要求采用地下水作为热源载体，哈尔滨市主城区的 地下水源热泵系统的供水层就是第四系 松散层。 主城区的第四系江北最薄， 50 米 左右，向江南变厚，南岗地区最厚，可达 70～ 80 米 深。 含水层颗粒的变化江北最细，主要为中粗砂、中细砂；江南颗粒变粗，主要含水层为砂砾。 在地下水水量方面也是由江北向江南水量增大，由 3000 吨 /d，增大到 5000 吨 /d。 哈尔滨地区浅层地下水抽取到地面后 的温度为 7℃ 左右，以每 19 吨水降 4℃ 计，各行政区 可利用地下水量及 可提供热量初算结果见下表。 由此可知，无论是从取水条件还是回灌条件看，均是以江南的香坊区、南岗区、平房区条件最好，向道里、道外、江北条件逐渐次之。 哈尔滨地区浅层地热靶区可利用地下水量及可提供热量初算结果 靶区 可利用地下水量 可提供热量 ( 108 千卡 /日 ) 折合标准煤 （吨 /日） 行政区 单井涌水量 （吨 /日） 水量（万吨） A 松北区 10001500 小 计 道里区 大于 5000 30005000 10001500 小 计 道外区 大于 5000 10001500 小 计 南岗区 大于 5000 30005000 10001500 小 计 香坊区 大于 5000 30005000 小 计 合 计 B 平房区 大于 5000 小 计 合 计 总 计 注：以上所计算的热量，为天然状态下地下水的储存热能，若开发地下热能资源，原则上在夏季应往地下注入热能，才能达到可持续利用的目的。 （ 2） 哈市 土壤源的热能情况。 根据国内大量工程实验， 10 米以下土壤的自然温度基本恒定，约等于当地的年平均气温加 2℃ ，而 哈尔滨的年平均气温 为 ℃。 因此，地下 10 米 左右土壤的温度 20 应为 5℃ ～ 7℃ ，与我们所测定的地下水的温度接近。 哈尔滨市江南地区地表 10 米 以下土壤基本 属于粘性土，在粉质粘土或粘土地区，埋管施工条件好，打孔造价很低，整个工程造价低，容易被用户接受。 同时地埋管换热器的施工质量容易保证，对于地源热泵空调系统整体性能容易把握。 因此，哈市江南一带适合做土壤源热泵的热转换研究。 （ 3）地表水资源。 哈市濒临松花江，地表水资源十分丰富。 夏季通过水源热泵利用松花江水为沿江建筑尤其是公共建筑提供制冷空调，应是一个十分诱人且亟待开发的领域。 但由于冬季地表水（冰层下）的温度较低（接近 0℃），利用水源热泵为建筑物供暖在技术上尚存在一定困难。 （ 1） 原生污 水 资源。 哈尔滨市城市日排放污水量约为 110 万吨。 其中， 马家沟汇水区日排放量为 40 万吨；何家沟汇水区日排放 29万吨；信义沟汇水区日排放 10 万吨；沿江汇水区日排放 20 万吨；松浦汇水区日排放 10 万吨。 目前 已建成 排水管道总长度近 1500 公里。 若能将这些污水中所含热量利用污水源热泵技术提出 5℃（即使污水温度降低 5℃），则所提热量可供暖面积达 530 万平方米，可节约原煤 78 万吨。 （ 2） 再生水资源。 哈尔滨市城区已建成文昌（ 万立方米）、太平污水处理厂（ 万立方米），日处理污水能力达到 65 万立方米。 目前，正在规 划建设群力（ 15 万立方米）、平房（ 15 万立方米）、信义沟（ 10 万立方米）、松北（ 10 万立方米）、呼兰（ 5 万立方米）污水处理厂及一批企业污水处理厂。 这些经过处理后的再生水基本上都排入松花江及其支流。 无论是已建成的还是规划在建的污水处 21 理厂，其再生水余热利用率都为零，这是一笔巨大的资源浪费。 污水处理厂排出的再生水温度远小于空气温度波动范围（约在 10℃ ～26℃之间），来源一年四季基本稳定，是良好的热泵供暖热源和空调冷源，可有效保证热泵供暖空调系统的高效性和经济性，值得大力推广。 据测算，若这些污水处理厂全部建成并满负 荷运转，日处理能力将达到 120 万立方米，将污水处理厂再生水中的热量通过热泵技术提出 7℃，全部用于供暖空调，则供暖面积可达 815 万平方米，节约原煤 110余万吨。 电厂循环冷却水资源。 热电厂连续运行，循环冷却水温度高、流量大，热效率比其他方式有显著提高。 热泵机组用电可直接采用电厂机组所发电力，不需外供，也等效提高了发电效率。 因此，这是一种非常有前途的热泵供暖方式。 哈尔滨市现有哈三、哈热、哈发、华能、化工等大、中、小型（ 热 ） 电厂和炼油、东安、哈药等企业热电厂共计 16 座，现有装机容量 2446 MW；正在建设 哈热六期、群力、西南等大中型热电厂，在建装机容量 1300MW，合计 3746 MW。 若利用热泵技术将此前为冷却发电机组而通过循环水向大气中白白放掉的热量回收 7℃ ～10℃，则粗算起来即可增加供热面积 8000 万平方米以上， 相当于新建 6～ 7 座两台 30 万千瓦机组（即群力一期规模）的热电厂， 且不增加新的污染，效益极为可观。 目前，这笔巨大的资源还在沉睡，丝毫未被利用。 除以上资源外，我市还有一大批诸如冶金、化工、制药、食品、轻工等在生产过程中产生大量工业废水的企业，电厂、锅炉、窑炉等排出的烟气和炉渣 ，以及洗浴、洗涤、刷车等需大量用水的服务行业，这些行业或企业排出的废水、废气、 22 废渣等都是绝好的低温热源，非常适合采用热泵技术将其回收，既保护了环境，又可为本企业或周边建筑提供供暖、空调服务。 （二）哈市地源热泵供暖技术研发的技术支 撑 哈尔滨市在地源热泵技术的研究和应用方面起步很早，实力雄厚，技术领先，对我市地源热泵技术的推广应用能够提供较强的技术支撑。 哈尔滨工业大学（含原哈建大）从事热泵技术的相关研究起步于 20 世纪 60 年代中期，是全国最早从事热泵技术研究的单位之一。 2020 年， 哈尔滨工 业大学热泵空调技术研究所成立 ， 隶属哈尔滨工业大学市政环境工程学院。 几十年来， 哈工大 始终坚持热泵技术的研究与实践，在国内一直处于领先水平。 研究所目前承担国家及省部级科研项目 10 余项，其中国家 “ 十一五 ”科技支撑计划项目 4 项、国家自然科学基金项目 3 项，获批国家发明专利十余项，完成大型工程咨询、设计项目近百项。 黑龙江省地质调查研究总院是黑龙江省国土资源厅及地勘局的地质勘查技术业务支撑。 主要承担中国地质调查局下达的国土资源大调查项目及部分省矿产资源补偿费项目，从事基础性、公益性、战略性 地质勘查工作。 黑龙江省 九○ 四水文地质工程地质勘察院是由原中国人民解放军基建工程兵 904 团改编而成， 1999 年实行属地化管理 ， 归口黑龙江省地勘局。 该院是一支专业从事水文地质、工程地质、环境地质、灾害地质、地下水资源评价与开发的地质勘察队伍 ， 现具有国土资源部颁发的水工环 境 、液体矿产勘察等甲级资质 ， 地球物化勘查、勘查工程施工乙级，黑龙江省水利厅颁发的凿井甲级资质。 现有职工 180 人 ， 其中高级专业技术人员 24 人 ； 各类设备达 191 台套，并 23 拥有一大批技术成果资料。 以上两个专业地质调查部门能够为哈尔滨市地下水、地表水和浅层土壤资源及可利用情况提供权威性的科学评价，对地源热泵的推广和应用提供强有力的资源支持。 优琪尔热泵研究所 和 第二水泵厂。 哈尔滨优琪尔热泵研究所和哈尔滨第二水泵厂是我市最早从事热泵技术。