太原市熱泵技術(shù)的推廣前景

常艷麗

(太原市熱力公司第二供暖分公司，山西太原 030009)

現(xiàn)階段而言，太原市的主要供熱方式為熱電聯(lián)產(chǎn)和大型熱源廠集中供熱，以及部分區(qū)域鍋爐房供熱，以上供熱方式提供熱源主要以燃煤鍋爐為主。煤是不可再生能源，太原市每年煤的消耗量占工業(yè)能源消耗的80%以上，冬季采暖用煤每年消耗在幾百萬噸，如2011年采暖季消耗用煤400萬t，2012年能源結(jié)構(gòu)調(diào)整冬季采暖消耗用煤250萬t，較2011年減少近四成。為進(jìn)一步減少全市煤等不可再生能源的消耗，提高可再生能源利用，在我市供熱系統(tǒng)中推廣熱泵技術(shù)有極其重大的意義。

熱泵技術(shù)是綜合利用能源的一種很有價值的措施?！盁岜谩?heat pump)這一術(shù)語是借鑒“水泵”一詞得來的［1］。熱泵是從自然界的空氣(空氣源熱泵)，水(水源熱泵)或者土壤(地源熱泵)等低溫?zé)嵩?低位熱能)中獲取熱量，加以利用，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)了把能量由低溫物體向高溫物體的傳遞，它以花費一部分高質(zhì)能(電能)為代價，從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費的高質(zhì)能一起向用戶供熱。熱泵技術(shù)的推廣需結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件及相關(guān)環(huán)境的配合，現(xiàn)就太原市的氣候條件、地質(zhì)條件和社會環(huán)境等方面分析熱泵技術(shù)的推廣前景。

1 太原市氣候條件

太原市位于黃河流域，三面環(huán)山，海拔地勢較高，全年早晚溫差較大，夏季負(fù)荷較小，冬季負(fù)荷較大。冬季供暖期共5個月為每年的11月份到來年3月份，供暖期的初末期和嚴(yán)寒期室外氣溫相差也很大，在供暖初期和供暖末期室外氣溫較高，所需的供熱溫度低，嚴(yán)寒期時室外氣溫嚴(yán)寒，所需供暖溫度很高。如我市北城地區(qū)每年11月初和3月末的一次網(wǎng)供熱溫度只需70℃～75℃，而到了嚴(yán)寒期需要的一次網(wǎng)溫度為115℃以上。嚴(yán)寒期日均氣溫很低全天供暖溫度相對穩(wěn)定，而供暖初期和末期室外氣溫較高，日氣溫早晚溫差很大。如2011年11月日最高氣溫15℃，日最低氣溫－5℃，日最大溫差為14℃，日平均溫差為8.8℃;2012年3月日最高氣溫20℃，日最低氣溫－5℃，日最大溫差為19℃，日平均溫差為11.2℃;2012年11月日最高氣溫17℃，日最低氣溫－7℃，日最大溫差為16℃，日平均溫差為11.7℃;2013年3月日最高氣溫25℃，日最低氣溫－8℃，日最大溫差為21℃，日平均溫差為15.5℃。

根據(jù)太原市集中供熱系統(tǒng)歷年來的供暖經(jīng)驗，以太原市熱力公司第二供暖分公司供熱的北城區(qū)范圍為例，此區(qū)域為熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式，在供暖的初末期由于一天中氣溫溫差大，電廠無法及時根據(jù)室外氣溫對熱源溫度進(jìn)行調(diào)整，造成此時期內(nèi)日氣溫較高時，用戶對供暖室溫過高的投訴比例較高，即造成能源浪費，而氣溫較低時供熱溫度又無法滿足要求，用戶對室溫達(dá)不到要求的投訴增高。

利用熱泵技術(shù)可將自然界中的可再生熱能對建筑供暖，還同時具有蓄熱功能。在供暖系統(tǒng)中引用熱泵技術(shù)，在供暖初末期氣溫較高時利用熱泵將余熱蓄存，當(dāng)氣溫降低時，熱泵可將蓄存的熱量釋放，以此可將供暖初末期氣溫較高時的供熱量來補充氣溫較低時供熱量的不足，或?qū)⒐┡跄┢诙嘤嗟臒崃垦a充嚴(yán)寒期的供熱量，以提高整個供暖期供暖系統(tǒng)的供熱效果，同時也提高了能源的利用效率。

2 太原市水文地質(zhì)條件

熱泵技術(shù)的應(yīng)用對當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件有一定的要求，如水源熱泵對于地下水源的選擇，需水量充足，水文適當(dāng)，水質(zhì)良好，供水穩(wěn)定，還需考慮后續(xù)的地下水源回灌問題對地質(zhì)條件的要求等。熱泵技術(shù)主要利用的是淺層地?zé)崮茉?，熱泵利用蘊藏在地表以下一定深度(一般小于200 m)范圍內(nèi)的巖土體，地下水或地表水中的潛在熱能，冬季將其引至地上為建筑物供熱，而夏季將熱能從建筑物內(nèi)排至地下為建筑物供冷。近年來隨著人們對能源節(jié)約意識的日益加深，太原市各界為降低煤、石油等不可再生能源的消耗，大力推廣可再生能源的開發(fā)利用。據(jù)了解，為推廣熱泵技術(shù)，太原市有關(guān)部門對主要城市區(qū)域內(nèi)淺層地質(zhì)進(jìn)行了勘察，結(jié)果顯示，太原市范圍內(nèi)地下水源(水源熱泵)的適宜區(qū)面積約78 km2，鋪設(shè)地埋管(地源熱泵)的適宜區(qū)面積約531 km2。這些淺層地?zé)崮芏究晒┡娣e約4 000多萬平方米，夏季可制冷面積約7 000多萬平方米，相當(dāng)于燃燒908萬t的標(biāo)準(zhǔn)煤所提供的熱能［2］。由此可見，熱泵技術(shù)是對地表淺層潛在的可再生的熱能進(jìn)行循環(huán)利用，是一種可再生能源技術(shù)，在降低煤等不可再生資源消耗的同時，也降低了這些能源燃燒過程釋放的有害物質(zhì)對環(huán)境的污染，實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)的綠色化。因此，熱泵技術(shù)的推廣無論是在能源的節(jié)約方面還是降低環(huán)境污染方面都有重要的意義。

3 社會環(huán)境因素

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對于城市環(huán)境和生活品質(zhì)的要求越來越高。太原市的主要能源消耗是煤炭，煤炭是不可再生能源，用一點少一點，同時煤炭在燃燒過程中還會產(chǎn)生很多二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳及煙塵等有害物質(zhì)，會對市區(qū)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。在太原市的供熱歷史中，由于區(qū)域鍋爐房的遍布，城市空氣遭到嚴(yán)重的污染一度成為全國污染最嚴(yán)重的城市，近年來集中供熱系統(tǒng)的投入，大量減少了區(qū)域鍋爐房的數(shù)量，降低了煤炭的消耗和浪費，大幅度提升了城市空氣品質(zhì)，但每年冬季尤其是進(jìn)入供暖期后，太原市的空氣中煙塵含量還是很高，對人們的出行和生活都造成嚴(yán)重影響。若將熱泵技術(shù)引入供熱系統(tǒng)中，可進(jìn)一步節(jié)約煤炭等不可再生能源的消耗，改善城市空氣品質(zhì)，同時還可以改善供熱系統(tǒng)的供熱效果。熱泵技術(shù)的推廣除了在供暖系統(tǒng)中應(yīng)用，在其他領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用，如人們對生活熱水的要求逐年增加，空氣源熱水器近年來很受人們歡迎，在家庭、學(xué)校、醫(yī)院、賓館等地方都可使用。它通過吸收空氣中的熱量來供應(yīng)熱水，利用的是可再生能源，但其用電量僅為電熱水器的1/4～1/5，節(jié)能達(dá)60%～75%［3］。由此可見，熱泵技術(shù)的應(yīng)用會大量減少煤、石油、天然氣等能源的消耗，同時也減少了這些燃料燃燒后產(chǎn)生的有害物質(zhì)的排放，進(jìn)一步提高了人們的生活品質(zhì)。由此，綜合各方面條件分析，熱泵技術(shù)作為一種新能源技術(shù)，對城市的能源節(jié)約、空氣品質(zhì)提高和環(huán)境保護方面都將起到極大的推動作用。太原市作為我國能源消耗大、城區(qū)污染嚴(yán)重的主要城市，推廣熱泵技術(shù)有很積極的意義。近年來，熱泵技術(shù)在國內(nèi)外都得到了大力發(fā)展，許多發(fā)達(dá)國家的熱泵技術(shù)已經(jīng)日益成熟，我國作為最大的發(fā)展中國家，越來越注重綠色能源的發(fā)展，對于熱泵技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用各地政府已相繼出臺了一系列的相關(guān)政策予以鼓勵，我國一些大城市熱泵技術(shù)的發(fā)展已取得很好的成效。現(xiàn)如今，太原市正努力爭創(chuàng)全國文明城市，相信熱泵技術(shù)的推廣將會為這一過程增添助力。

［1］張 旭.熱泵技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］太原市將逐步推廣發(fā)展地源熱泵技術(shù)［J/OL］.制冷快報，2012:12.

［3］吳 昊，付百林.空氣源熱泵應(yīng)用原理及發(fā)展趨勢［Z］.武漢:China Academic Journal Electronic Publishing House，2007:6.