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碳中和下地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用拓展與能效提升

發(fā)布時間：

2021-08-06 09:51

來源：

凌天科技是《國家地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、《湖南公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》編委單位，是《長沙市地源熱泵技術(shù)實施規(guī)范》主編單位；公司注重產(chǎn)學(xué)研合作，與清華大學(xué)、中南大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、湖南大學(xué)、湘潭大學(xué)、湖南科技大學(xué)等高校結(jié)成戰(zhàn)略聯(lián)盟，企業(yè)技術(shù)中心被湖南省科技廳認(rèn)定為省級企業(yè)技術(shù)中心。公司已取得專利51項，其中發(fā)明專利5項。

碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略的提出將對能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。改變能源結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)碳中和最為直接與可靠的方式?；茉慈紵欧诺亩趸际钱?dāng)前碳中和 “碳”的主要目標(biāo)。二氧化碳中的80%是由化石能源產(chǎn)生?；茉从形廴尽⒉豢稍偕?，能源轉(zhuǎn)型中其總量需要控制，逐步消減。大力發(fā)展可再生能源，提升可再生能源利用比例和能源效率，是實現(xiàn)碳中和的有效路徑?；诘卦礋岜玫牡?zé)崮芸稍偕茉蠢眉夹g(shù)在碳中和目標(biāo)下大有可為，將迎來更廣闊的發(fā)展空間。

降低用能強度，控制能源消費總量

建筑部門是能源消費的三大領(lǐng)域之一。2020年底中國建筑節(jié)能協(xié)會發(fā)布的中國建筑能耗研究報告顯示，2018年建筑全過程能耗總量占全國能源消費總量的46.5%，其中建筑運行階段能耗占21.7%。改善居住條件，滿足人們對美好生活的向往，離不開建筑體量和能源消耗量的增加，這將對控制能源消費總量產(chǎn)生巨大壓力。節(jié)能減排是減緩這一壓力的主要措施，也是實現(xiàn)碳中和的基本路徑。強化節(jié)能，提高能效，降低用能強度，確保合理用能、限制過度用能；秉持綠色發(fā)展理念，營造資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)方式和消費模式，才能夠支撐經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展。

節(jié)能減排是一個系統(tǒng)工程，需要用工程系統(tǒng)的方法解決。通過節(jié)能實現(xiàn)減排通常分為兩種方式：一種是提高能源使用效率，開發(fā)與利用高效節(jié)能設(shè)備，設(shè)計與運維高效節(jié)能建筑設(shè)備系統(tǒng)；另一種是通過減少終端產(chǎn)品的需求、減少建筑建設(shè)與使用過程中對能源的需求。深入踐行綠色建筑理念，不斷提高建筑本體保溫隔熱性能，增大建筑利用自然采光、自然通風(fēng)等天然資源功能；通過宣傳教育與運行管理機(jī)制，樹立科學(xué)的健康理念，提高人們行為節(jié)能的積極性和自覺性，降低用戶用能需求。實現(xiàn)按需供能、用能，最大限度的節(jié)能。

拓展地源熱泵技術(shù)應(yīng)用范圍

大力發(fā)展與推廣低碳和非碳能源的可再生能源利用范圍，部分取代高碳能源，降低高碳能源尤其是煤炭在總能源消費中的比重，有效減少二氧化碳的排放。拓展地源熱泵技術(shù)應(yīng)用范圍，提升地?zé)崮艿瓤稍偕茉蠢帽壤?，是建筑領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)近零排放的重要途徑。

我國二十年來的地源熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用，大大提高了全社會和普通百姓對該項技術(shù)的認(rèn)知度和認(rèn)可度。地源熱泵技術(shù)在應(yīng)用范圍、應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用功能等方面得到了快速發(fā)展與拓寬。供暖區(qū)域南擴(kuò)，為地源熱泵技術(shù)應(yīng)用提供了廣闊空間。溫和區(qū)域采用地源熱泵供暖空調(diào)是首選適宜方案；基于地源熱泵技術(shù)的淺層地?zé)崮芾猛卣沟街猩顚拥責(zé)崮芾茫瑪U(kuò)大了地源熱泵供暖在北方的適用范圍。綠色節(jié)能建筑的推廣普及，大大降低了建筑單位面積耗熱量，為地源熱泵技術(shù)應(yīng)用奠定了先決條件。地源熱泵與空氣源熱泵、太陽能、風(fēng)力發(fā)電等能源利用方式復(fù)合，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。既有和新建的集約化農(nóng)、牧、畜、魚等種植、養(yǎng)殖廠供熱制冷系統(tǒng)，通常采用傳統(tǒng)能源方式，能效低，碳排放量大，在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下，這一傳統(tǒng)模式將逐步受到限制或取代，為地源熱泵技術(shù)在該領(lǐng)域或行業(yè)的應(yīng)用拓展了廣闊空間。在非民用建筑中，工業(yè)廠區(qū)、海島軍營、地下空間等供熱制冷的解決方案以及太陽能、工業(yè)余熱跨季蓄熱等功能需求方面，地源熱泵技術(shù)也有著得天獨厚的適用條件。這些場合對供熱制冷蓄熱的需求，為地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用提供了新的天地。

提升地源熱泵技術(shù)能效水平

通過節(jié)能實現(xiàn)減排是最經(jīng)濟(jì)、最直接的路徑。地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由建筑物空調(diào)末端（需求側(cè)）、地源熱泵機(jī)組（供應(yīng)側(cè)）和地埋管換熱器（地源側(cè)）組成。建筑物空調(diào)末端節(jié)能是通過減少建筑建設(shè)與使用過程中對能源的需求實現(xiàn)的。使用過程中的能耗強度一是取決于建筑本體設(shè)計、建造、運營接近于超低能耗綠色建筑的程度；二是用能系統(tǒng)，尤其是建筑供熱制冷系統(tǒng)的能效高低。因此拓展地源熱泵可再生能源利用技術(shù)應(yīng)用范圍的同時，更重要的應(yīng)不斷提升該系統(tǒng)應(yīng)用中的能效水平，做到用對用好地源熱泵技術(shù)。

地源熱泵系統(tǒng)的建筑物空調(diào)末端與地源熱泵機(jī)組兩部分與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)差別不大，地埋管換熱器是該系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的主要不同。一般說來：地埋管地源熱泵系統(tǒng)能否應(yīng)用和應(yīng)用好壞的主要制約因素是：全年地埋管群釋放熱量與提取熱量是否基本平衡、地埋管空間是否夠大、地埋管投資是否適度可控。我國地域廣闊，地溫變化大。北方建筑供暖負(fù)荷遠(yuǎn)大于空調(diào)負(fù)荷，地下提取熱量遠(yuǎn)大于釋放熱量。地下冷熱負(fù)荷不平衡，業(yè)已成為北方建筑尤其是住宅建筑應(yīng)用地源熱泵的技術(shù)瓶頸和能效低下的主要原因。因此北方地區(qū)應(yīng)充分考慮適宜的熱量回補措施，以提升地源熱泵供熱能效。如加大蓄熱體及其體形系數(shù)、基于地埋管的太陽能跨季補熱以及空氣源與地源復(fù)合的熱泵供熱補熱系統(tǒng)。

應(yīng)該指出的是：低品位熱能利用中需要耗用高品位能量。如幾十公里的長距離輸送，多環(huán)節(jié)間接換熱、提升熱媒溫度的利用余熱的地源熱泵系統(tǒng)，其能效常常低于常規(guī)能源系統(tǒng)。熱泵方式是否算可再生能源利用方式不重要，重要的是它的能源利用效率是否夠高，應(yīng)盡量采用不需要或者很少需要投入常規(guī)能源的可再生能源利用方式，提高整個系統(tǒng)的能源利用效率是節(jié)能減碳的關(guān)鍵。