地源热泵:明日沈阳的环保“中央空调”(组图)

发布时间:2020-06-04 08:40    来源:未知

  一场供暖生态变革,正在悄然进行。地源热泵———一种通过提起城市水源及土源中潜藏的能量,从而进行供热与制冷的崭新方式降临沈阳。于是,沈阳决定在自己的地下安装一个巨大的环保型“中央空调”。

  很像我们儿时听到的科幻童话,一座城市可以靠风、靠水,就能够得到生存与发展的能量。流水能够“温暖”整座城市———这个童线年的深秋正式实施———沈阳市被确定为全国地源热泵技术推广试点城市。

  沈阳发展地源热泵,是改变大城市以煤为主的能源消费结构现状的有效途径,为可再生能源的应用拓展了新的空间。也就是说,沈阳的冬天要逐步告别以煤为绝对主体的供暖历史了。

  “老沈阳”们都记得,过去进入冬季供暖期,因为整座城市烟尘排放量巨大,不到一个小时,雪白的口罩就会被染黑。能源紧张和环境污染,曾经是每年拥有近半年采暖期的沈阳感到困扰的两大难题。据调查,国内发达城市的供热和空调能耗,可占到社会总能耗的25%%—30%%。沈阳市的能源结构一直依靠煤炭,煤炭燃烧产生大量二氧化硫等污染物及二氧化碳等气体。

  沈阳市现有供热面积1.58亿平方米,其中公共建筑供热面积为4000多万平方米,其余为民用建筑。沈阳市每年公建和住宅的竣工量都在1000万平方米以上。2006年,沈阳做出规划,在“十一五”末期,沈阳将在7000万平方米的建筑面积中,实现地源热泵供暖。

  如果把沈阳想像成一个生命体,地源热泵是一项什么样的技术,能够搜集水及土壤中如此散碎的热量,使其进入城市整体循环之中呢?准确地说,地源热泵技术开发利用的是地球水体及土壤之中所储藏的太阳能资源。

  地球上的土壤和水体,是一个巨大的太阳能集热器,收集了太阳辐射能量的47%%,是人类每年利用能量总和的500多倍。而地源热泵是一种利用地球表面或浅层水源(如地下水、河流),或者是人工再生水源(工业废水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。从学术角度来说,热泵系统利用低品位的热量,转换为可以利用的高品位热量,比如采暖的热量,从而达到节省部分高品位能源的目的。

  太阳能源是潜力巨大的,更关键的台阶在于,沈阳市已经掌握了足够先进的技术手段,能够从这些介质里面吸取能量。

  “在东北的众多城市之中,沈阳搞地源热泵,有着得天独厚的条件!”10月16日,沈阳恒源公司总工程师玄昌南有些激动地表示。

  横向比较中国众多城市,沈阳的地质条件得天独厚:在东北的长春、吉林等城市,由于地层下面缺乏足够厚度的含水层,尽管其离松花江很近,却无法享受地下水源;大连由于山地面积太广,无法取得足够的热能;上海由于地下构造沙地过多,一旦贸然打井取水,会导致地层的下陷。

  “由于沈阳母亲河———浑河的300万年滋养,使沈阳有了发展地源热泵的充分条件。”曾任职东北煤田地质局的玄昌南,对沈阳地质有过详细的勘察。玄昌南及同事们东起东山咀子,西至铁西广场;北起北陵公园,南至浑河大桥,共施工124个钻孔,进行16636米的钻探,抽水实验37次,采集水样21个,土样31组,岩样15组,基本查清了沈阳市区的工程地质与水文地质条件。更为地源热泵分地域、分种类的利用,提供了水文地质依据。

  沈阳的地下水分布,东北为贫水区,西南为富水区。具体来讲,在沈阳的东部山区,东陵区、大东区一带,其地层多为花岗混合岩体为主的长白山余脉组成,这里虽然不适合直接应用地源热泵,但是如果经过勘探,可打取地下3000米以下的热水,根据每下降100米温度上升3.2度的规律,东部山区的地源热泵水温可达到90多度,是优质的地下水热源。

  沈阳的先天优势,除了地下的热量外,更重要的是浑河水的塑造。那么,浑河如何带给沈阳幸运呢?

  早在晚第三系(300万年前)开始,浑河的古河道,开始沿着现在的东陵区、东北陶瓷城再向西北方向流过,在漫长的时光之中,浑河古河道逐渐向南推移,变迁为今天的形状。因此,今天的沈河区、和平区、铁西区、于洪区,都曾经做过浑河的古河道,在几百万年的岁月里,这里形成了面积广泛、厚度较大、透水性强、含水丰富、地下水补给条件好的,以卵石、圆砾、砾砂等为主的松散孔隙含水层冲积平原。

  与其他城市相比,沈阳地下水的补给条件是非常优秀的。除了直接接受大气降水的补给外,沈阳的母亲河———浑河从天柱山庄至西南的沈大铁路桥10多公里的浑河河段,其地下与两岸都是透水性能好的卵石、砂砾石层,这对于沈阳的地下水补给,是一个天然渗透漏斗。

  2006年,对于沈阳发展更为有利的消息是,沈阳的“四大发展空间”中,70%%以上的地区适宜推广地源热泵技术。

  2006年9月29日,沈阳市被正式列为全国地源热泵技术推广试点城市。省委常委、沈阳市市委书记陈政高表示:“全面推广地源热泵系统建设和应用,是一项开创性的工作和具有历史性意义的新事业。在沈阳三环以内455平方公里的核心区范围内,对符合应用地源热泵技术的409平方公里范围内的建筑物,原则上都要采用地源热泵技术。”

  “据不完全统计,沈阳目前已有500多万平方米的地面使用了地源热泵技术。”原中国环保工业协会沈阳分会副会长张崇德表示,“地源热泵在沈阳的推广很快,从苏家屯的长城金色佳园小区,到‘世博园’的玫瑰园,地源热泵成为2006年沈阳最火的一项新技术。”

  “这种‘纯绿色的冷热空调’应用以后,每万平方米可节省50万元的投资。”辽宁金诺热能工程有限公司经理李德绪表示。地源热泵技术可用于工厂、小区、宾馆、办公楼等多种建筑物,而且它的结构非常简单,运行费用还可大大降低。因为没有燃煤消耗,可以省去废渣、废气等排污费用。

  在地源热泵的技术方面,作为重工业基地的沈阳,起步非常迅速,出现了沈阳第一冷冻机有限公司、沈阳金诺热能工程有限公司等一批优秀企业,地源热泵的“沈阳制造”正在成为一个品牌。特别是沈阳第一冷冻机有限公司,已经展开了与挪威三合公司、哈萨克斯坦相关公司的合作。

  沈阳,作为中国北方引人注目的“环保模范城市”,在发展地源热泵过程中,更有特色的是“污水源热泵供暖”。

  菲律宾华侨徐芳泉先生经过实地调查发现,沈阳冬季污水处理厂污水水温为11℃左右,高出气温20℃左右;夏季污水水温为21℃左右,比气温低10℃左右。如果这些污水处理厂所产生的污水热能被完全利用,每年将节省燃煤近3亿公斤。

  污水源热泵,是城市再生能源利用的一个经典案例———热能进行了多级使用。它在技术和经济性上更具优势,可以有效地节约矿物燃料、水等稀缺资源。一个可喜的消息是,预计到2010年,沈阳污水源供热面积将达到3500万平方米。

  沈阳“能源童线日,辽宁金诺热能工程有限公司与沈阳恒源地下热能开发工程有限公司,签订了合作协议。恒源公司具有勘探打井的技术优势,而金诺公司则具有制造、安装、售后服务的优势。地源热泵虽然理论上简单,却有着钻井技术与寻址钻井两大核心技术。两家公司强强联合的合作,标志着沈阳地源热泵的产业链开始形成。

  “在何处打井,打多少口井可以满足需求,打几口井进行水的回灌,从而保持沈阳地下水的水平线,这是寻址钻井的难度所在。”10月16日,沈阳大学谢世龙教授表示。他的话也印证了地源热泵产业链的形成,必须依仗两大核心技术的合作。

  2006年,沈阳市开始了一个能源再次利用的“童话”。不过,要想使这个美丽的“能源童话”接近我们,使其成为一次成功的能源革命,还需要我们制定与颁布系统的规章制度,搭建起市场化建设地源热泵产业链的平台。这样,人们才能真实地生活在“能源童话”的美丽中。发达城市的

  能源“乾坤大挪移”将蕴藏在土壤里、水中的太阳能提取出来,进入到城市的能源系统之中,这很像一座城市的“乾坤大挪移”功夫。1972年罗马俱乐部发表《增长的极限》以后,世界各国便掀开了一场生态工业革命,在合理利用能源的方式上,展开一种比拼。

  地源热泵是水源热泵和土源热泵的统称。水源热泵又包括海水潜热热泵、污水源热泵等分支。土源热泵在目前的世界上,最引人注目的私宅,应当是美国总统布什在他得克萨斯州克劳福德农场中的庄园。在这个追求舒适与环保的私人牧场和度假之地,庄园主人安装了土源热泵空调系统。土源热泵,是指在冬季,把地能中的热量“取”出来,提高温度后,供给室内采暖;夏季,把室内的热量取出来,释放到地能中去。在家用的供热装置中,土源热泵所占比例,瑞士竟高达96%%。

  海水潜热热泵日本清水港水族馆已经开始使用这种新型热泵,利用海水的潜热作为热泵系统的热源,满足室内温度和相对湿度的要求。该系统利用非峰值时间的电能对海水进行冷却。在夜间,热泵运行,收集海水热量,然后储存在蓄冰箱中。

  空气源热泵是用电来实现热量从低温向高温的转化。空气源热泵空调就是采用热泵技术,利用空气中所蕴藏的趋于无限的能量,夏天将室内的热量流向温度更高的室外使房间凉爽;冬季利用室外空气中的热量供热使房间温暖。当室外温度为7℃时,热泵空调消耗1度电可产生普通空调耗电约3度的热量,效率为其3倍,高于直接燃煤或燃气传统采暖方式的效率。

  工业废特源热泵丹麦的卡伦堡市,其工业共生体系通过互相连接的管道,相互供应能量。电厂向炼油厂和制药厂供应发电过程中产生的蒸汽,通过地下管道向卡伦堡全镇居民供热,由此关闭了镇上3500座燃烧油渣的炉子,减少了大量的烟尘排放。世界地源热泵的

  第二次浪潮地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文献中。“开放式地下水热泵系统”在20世纪30年代被成功应用。20世纪50年代,欧洲和美国掀起了研究地源热泵的第一次高潮,美国爱迪生电子学院最早研究闭式环路热泵系统,印地安纳州的印地安纳波利斯是最早安装闭式环路地源热泵系统的城市。

  20世纪70年代,世界石油危机使得人们关注节能、高效用能,地源热泵的研究进入了第二次高潮。美国、日本、德国等发达国家纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究,甚至采用热泵技术回收家庭生活污水淋浴水、洗碟机和洗衣机排水等余热。挪威奥斯陆1980年开始建设利用城市污水干管的污水作为低温热源的热泵站,第一台热泵机组已在1983年投入使用,目前,奥斯陆区域供热系统中使用可再生能源的比例提升到50%%—70%%。此外,一些国家纷纷出台相关鼓励政策,例如加拿大政府表示:热泵空调系统的公共建筑享受25%%工程款的政府补贴。

  但是同时,地源热泵在实际使用过程中也存在着一些客观上不利于推广的因素,如:对开发商来说,一次性投入成本较大,回收周期又远远拖后于售房周期;水源热泵打井费用本身居高,而且五年期左右,由于水中搀杂砂石等成分,需要清洗水井,清洗费用与打井相仿;长期抽取地下水之后,若未及时回灌,容易在水井周围形成漏斗,进而导致地壳下陷;地下水经过取热、用电等程序后回灌,是否对地下水系统产生污染,尚未形成定论等等。本版照片由图片中心记者李春山摄

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