土壤源热泵用于北方城镇住宅采暖的可行性分析

温志梅

[摘要]燃煤供暖问题是造成北方雾霾的主要因素之一，目前全球环境的恶化给地球人敲响警钟，只有进行科学的供热方式选择减少温室气体排放，才能够提高环境质量，改善全球气候。基于此，本文主要分析土壤源热泵用于北方城镇住宅采暖的可行性，并探讨其应用的价值分析具体应用的方式，以提高北方城市住宅采暖的环保性能。

[关键词]土壤源热泵;北方城镇住宅;采暖可行性

[中图分类号]TU832

[文献标识码]A

国家环保部门2018年12月份报告显示，截至2018年12月底，我国北方城市二氧化碳排放量已经超过16万吨。相较于五年前提高24%，在全国碳排放总量当中占比超过60%。住宅采暖是造成北方城镇二氧化碳排放量较大的重要因素之一，尤其是锅炉采暖，每年排放烟尘超过350万吨，二氧化硫排放量超过800万吨，土壤源热泵属于一种绿色环保的采暖方式，具有广阔的市场应用前景。

1 土壤源热泵用于北方城鎮住宅采暖的价值

相较于传统的燃煤锅炉，土壤源热泵性能大大提升，可以应用双螺旋杆压缩机，提升传热效率，改善传热系数。相对于传统的采暖方式来说，土壤源热泵的传热系数可以达到4.3，将90%以上的地源热能转换为供热热能。土壤源热泵使用可以同时满足采暖和制冷两项功能，相对于传统的采暖方式增加制冷功能，并为用户提供生活热水。供热设备的使用率从原本的40%提升到90%以上，节能效果提升70%，一套设备就可以替代原有的锅炉加空调，用户的使用成本降低80%以上。从这个角度来看，土壤源热泵是替代北方城镇住宅采暖方式的最佳路径：

第一，可以大幅度提高城镇住宅供暖的经济价值和环保效应，具有广阔的发展前景。目前供暖成本是北方城镇住宅年花费的主要成本，土壤源热泵的使用可以减少居民的采暖费用，还可以缩减政府在供暖方面的财政支出，属于绿色环保的供热方式，大范围推广可以在不降低居民生活质量的同时，提高城镇居民的可分配收入。

第二，土壤源热泵是一种绿色清洁能源，可以大幅度减少化石能源的燃烧，减少城镇供暖造成的环境破坏。改善城镇冬季的环境，降低雾霾天气出现的频率。为城镇居民提供更高质量的居住空间，减少雾霾天气造成的肺部疾病，保护城镇居民的身体健康。

第三，土壤源热泵的使用还可以缓解全球的气候变暖现象，降低供暖燃烧化石能源造成的温室气体排放问题。一些城市供暖使用的煤炭硫含量比较高，供暖还会造成不同程度的光化学烟雾问题，通过土壤源热泵的使用，该种环境问题可以得到有效的缓解。

2 土壤源热泵应用于北方城镇住宅采暖的可行性及具体应用策略

2.1 可行性分析

2.1.1 技术可行性

土壤源热泵这个概念最早起源于瑞士，于1912年提出，瑞士日内瓦某研究所申请专利技术，并逐渐推广在英美两地。通过土壤换热器，对土壤当中的热能资源进行转换，土埋管技术是当时主要的市场推广方式。截至目前，土壤源热泵技术的总容量和产热量已经超过10000mw和53000tj，在各地推广安装的土壤源热泵数量已经超过80万套，主要安装的国家有美国、奥地利、德国、加拿大、瑞典和瑞士等等。以美国为例，目前土壤源热泵的安装容量已经达到3798mw，安装套数超过50万套，年产热量为3790TJ，目前的技术发展已经较为成熟，可以通过第三代土壤换热器对资源进行有效利用，安装土壤源热泵还可以进一步提升热能转换效率。

随着技术的升级，土壤源热泵的生产、安装、后期维修技术都已经比较成熟，我国已经可以独立完成新型号土壤源热泵的研发与后期维修工作。同时，随着大数据技术以及信息化技术的发展，我国对于土壤源热泵运行数据的收集也进入到了成熟阶段，可以通过PLC自动化控制技术，调整土壤源热泵的供热效能，对机组运行进行自动化监控，减少设备出现故障的概率，促进土壤源热泵运行效率提升。

2.1.2 政策可行性

我国相对于奥地利、德国、美国等先进国家，在土壤源热泵研究方面起步较晚，但是进入新时代以来发展速度较快，紧跟世界潮流并应用智能化技术协调城市供暖，达到世界先进水平。在北京、廊坊、大连等技术先进地区，我国目前的土壤源热泵技术已经超过世界先进水平。为促进土壤源热泵技术的广泛推广，我国完善绿色技术的立法标准，2006年1月1日，建设部正式批准发布《国家标准土壤源热泵系统工程技术规范》，2017年和2019年分别对该技术规范增补条例约定具体细节进行执行标准的细化管理，截至2018年12月份，我国各城市安装土壤源热泵的总面积已经超过9000万平方米，年增长速度超过25%，并以京津冀地区和渤海湾地区发展速度最快。

天津市和北京市在土壤源热泵的推广方面走在了前列，2020年2月开始，北京市和天津市在土壤源热泵使用的技术管理方面推出了标准化政策，这对于技术的发展具有明显的促进作用。在未来，随着技术推广范围的扩大，政策将进一步成熟。政府在新技术升级方面发挥着重要的作用，不断完善市场服务职能，促进管理范围扩大。

2.1.3 经济可行性

经济可行性是技术可行性的支撑，只有满足经济要求降低应用成本，才能够提高土壤源热泵技术应用的可持续水平。在建筑改造的过程当中，应用土壤源热泵需要大量的资金投入，前期投入越小，则技术应用的经济性越好，后期使用的成本也会越低。目前土壤源热泵应用的性能系数cop可以达到4.2，这是国际通用的评价指标之一，我国目前的生产系统已经可以达到这一指标要求。在单位供热的情况之下，消耗的能源较少，拥有更好的技术水平，这也就提升了可再生能源在建筑中应用的价值。在未来研究的过程当中，可以充分对土壤源热泵利用系统进行改造，进一步降低前期投入，建设小体积多功能循环与水系统联合的土壤源热泵，从而进一步改善热泵的性能系数，提高发展潜能。

2.2 土壤源热泵在北方城镇住宅采暖中的具体应用