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碳中和下地源热泵技术的应用拓展与能效提升

日期:2021-08-05    来源:地热加

国际新能源网

2021
08/05
14:47
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关键词: 碳中和 地源热泵技术 地热能源

碳达峰、碳中和战略的提出将对能源结构的调整产生深远影响。改变能源结构是实现碳中和最为直接与可靠的方式。化石能源燃烧排放的二氧化碳是当前碳中和 “碳”的主要目标。二氧化碳中的80%是由化石能源产生。化石能源有污染、不可再生,能源转型中其总量需要控制,逐步消减。大力发展可再生能源,提升可再生能源利用比例和能源效率,是实现碳中和的有效路径。基于地源热泵的地热能可再生能源利用技术在碳中和目标下大有可为,将迎来更广阔的发展空间。

姚海清  山东中瑞新能源科技有限公司总经理

降低用能强度,控制能源消费总量

建筑部门是能源消费的三大领域之一。2020年底中国建筑节能协会发布的中国建筑能耗研究报告显示,2018年建筑全过程能耗总量占全国能源消费总量的46.5%,其中建筑运行阶段能耗占21.7%。改善居住条件,满足人们对美好生活的向往,离不开建筑体量和能源消耗量的增加,这将对控制能源消费总量产生巨大压力。节能减排是减缓这一压力的主要措施,也是实现碳中和的基本路径。强化节能,提高能效,降低用能强度,确保合理用能、限制过度用能;秉持绿色发展理念,营造资源节约、环境友好的生产方式和消费模式,才能够支撑经济社会持续健康发展。

节能减排是一个系统工程,需要用工程系统的方法解决。通过节能实现减排通常分为两种方式:一种是提高能源使用效率,开发与利用高效节能设备,设计与运维高效节能建筑设备系统;另一种是通过减少终端产品的需求、减少建筑建设与使用过程中对能源的需求。深入践行绿色建筑理念,不断提高建筑本体保温隔热性能,增大建筑利用自然采光、自然通风等天然资源功能;通过宣传教育与运行管理机制,树立科学的健康理念,提高人们行为节能的积极性和自觉性,降低用户用能需求。实现按需供能、用能,最大限度的节能。

拓展地源热泵技术应用范围

大力发展与推广低碳和非碳能源的可再生能源利用范围,部分取代高碳能源,降低高碳能源尤其是煤炭在总能源消费中的比重,有效减少二氧化碳的排放。拓展地源热泵技术应用范围,提升地热能等可再生能源利用比例,是建筑领域实现近零排放的重要途径。

我国二十年来的地源热泵技术的推广应用,大大提高了全社会和普通百姓对该项技术的认知度和认可度。地源热泵技术在应用范围、应用领域、应用功能等方面得到了快速发展与拓宽。供暖区域南扩,为地源热泵技术应用提供了广阔空间。温和区域采用地源热泵供暖空调是首选适宜方案;基于地源热泵技术的浅层地热能利用拓展到中深层地热能利用,扩大了地源热泵供暖在北方的适用范围。绿色节能建筑的推广普及,大大降低了建筑单位面积耗热量,为地源热泵技术应用奠定了先决条件。地源热泵与空气源热泵、太阳能、风力发电等能源利用方式复合,进一步扩大了其应用范围。既有和新建的集约化农、牧、畜、鱼等种植、养殖厂供热制冷系统,通常采用传统能源方式,能效低,碳排放量大,在碳达峰碳中和目标下,这一传统模式将逐步受到限制或取代,为地源热泵技术在该领域或行业的应用拓展了广阔空间。在非民用建筑中,工业厂区、海岛军营、地下空间等供热制冷的解决方案以及太阳能、工业余热跨季蓄热等功能需求方面,地源热泵技术也有着得天独厚的适用条件。这些场合对供热制冷蓄热的需求,为地源热泵技术的应用提供了新的天地。

提升地源热泵技术能效水平

通过节能实现减排是最经济、最直接的路径。地源热泵空调系统主要由建筑物空调末端(需求侧)、地源热泵机组(供应侧)和地埋管换热器(地源侧)组成。建筑物空调末端节能是通过减少建筑建设与使用过程中对能源的需求实现的。使用过程中的能耗强度一是取决于建筑本体设计、建造、运营接近于超低能耗绿色建筑的程度;二是用能系统,尤其是建筑供热制冷系统的能效高低。因此拓展地源热泵可再生能源利用技术应用范围的同时,更重要的应不断提升该系统应用中的能效水平,做到用对用好地源热泵技术。

地源热泵系统的建筑物空调末端与地源热泵机组两部分与传统空调系统差别不大,地埋管换热器是该系统与传统系统的主要不同。一般说来:地埋管地源热泵系统能否应用和应用好坏的主要制约因素是:全年地埋管群释放热量与提取热量是否基本平衡、地埋管空间是否够大、地埋管投资是否适度可控。我国地域广阔,地温变化大。北方建筑供暖负荷远大于空调负荷,地下提取热量远大于释放热量。地下冷热负荷不平衡,业已成为北方建筑尤其是住宅建筑应用地源热泵的技术瓶颈和能效低下的主要原因。因此北方地区应充分考虑适宜的热量回补措施,以提升地源热泵供热能效。如加大蓄热体及其体形系数、基于地埋管的太阳能跨季补热以及空气源与地源复合的热泵供热补热系统。

应该指出的是:低品位热能利用中需要耗用高品位能量。如几十公里的长距离输送,多环节间接换热、提升热媒温度的利用余热的地源热泵系统,其能效常常低于常规能源系统。热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够高,应尽量采用不需要或者很少需要投入常规能源的可再生能源利用方式,提高整个系统的能源利用效率是节能减碳的关键。

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