供暖季來臨，西安將進入一年中空氣污染最嚴重的幾個月。事實上，霧霾儼然成為西安人生活、城市發展的「心肺」之患。供暖燒煤產生的排放物是顆粒污染物的重要來源，但不燒煤或者少燒煤又如何保證同等強度的供暖？當下，我們需要找到一種新的清潔能源，可以既保護環境，又能穩定輸出熱能。
上周末，我們的線下知識分享活動「貞觀TALK」順利舉辦，這次我們請到了西安交通大學建築節能研究中心主任王灃浩教授，他在現場為我們帶來關於陝西清潔能源的新選擇——中深層地熱能無干擾清潔供熱作為供熱源，這種新技術可能是未來陝西清潔能源的發展方向。
以下是王灃浩教授講座的內容實錄。（有刪節）。
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今天是個非常好的日子，感謝主辦方邀請我參加這樣一個分享沙龍，今天我們主要探討的內容是關於清潔供熱的發展和展望。
先來看一下我國建築供暖的背景：我國目前建築面積的總量大概是六百多億平方米，分為城市公共建築、住宅建築和農村建築，全年建築能耗相當於標煤大概九億噸。
北方集中供熱的三北地區，也就是秦嶺淮河以北的東北、西北和華北，又稱為嚴寒寒冷地區，自然條件決定這些地區需要供暖。現在經濟發達了，淮河以南的長江區域雖然不是傳統供暖區域，但老百姓生活水平提高，也有一定的供暖需求。
所以現在來看需要採暖的建築面積還是蠻多的，大概有兩百多億平方米，這還只算了北方集中供暖區域。
感謝灃西能源對本次活動的支持
我們為啥要發展清潔能源
目前，建築能耗占到能耗總體的不到三分之一。我國是個產煤大國，能源結構以煤為主，占到百分之六十左右。西方已開發國家比如瑞典就能源結構來說，化石能源僅占到百分之二十左右，並且計劃通過大力發展生物能、地熱能等可再生能源在未來逐步將化石能源消耗量減為零。
我國雖然化石能源儲備特別豐富，但煤的燃燒帶來大氣污染問題近年來特別突出，從長期發展戰略角度來看，需要提升可再生能源比例。國務院於2018年6月印發了《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》，提出了2020年的空氣品質改善目標，煤改清潔能源供熱提上了日程。
西安市是汾渭平原上清潔供熱的試點城市，西安市供熱最早以燃煤鍋爐為主，現在已經逐步改為以燃氣鍋爐為主。城市近年來發展很快、城市規模快速擴大，需要供熱公司提供更多能源。早在好幾年前，各熱力公司已經向發改委提出供熱容量不夠，但是燃煤鍋爐不能批建，政府說原則上也不增加燃氣鍋爐的容量建設。
現實的情況是現有的供熱容量已經不能滿足社會的供熱需求，滿足不了需求怎麼辦，那就只有考慮其他的辦法。比如採用分布式能源不依靠市政，小區開發商自主解決。
最近西安市提出，新建項目能夠採用地熱能供熱的，公共建築大於兩萬平米建築面積且有供熱製冷需求的，原則上使用地熱能供熱。我們希望通過努力，能夠完成北方地區2019年清潔採暖率達到百分之五十，替代七千四百萬噸燃煤的任務要求。
大家一到冬天就會關注霧霾，也總提到清潔能源的應用，事實上清潔能源是一個蠻大的概念，實現低排放低能耗的技術都可以認為是清潔能源。建築供熱採用什麼樣的清潔能源是今天我們要探討的話題。
熱泵技術到底好在哪
先來談談熱泵技術，熱泵和生活離得有點遠，那麼什麼是熱泵？和水泵類似，水泵是消耗電把水從低位泵到高位。熱量也有高品位和低品位之分，如果不依靠外力，一定是高溫物體自動往低溫物體散失熱量。熱泵是通過消耗電能，把熱量從低溫物體抽取出來送到高溫物體的設備，與自然界的方向是相反的。
熱泵已經有一百多年的歷史了，我們一直在說熱泵是一個節能技術，是和直接電加熱相比較的。直接電加熱的裝置非常多，比如電熱毯裡邊就是有電阻絲一通電就發熱。如果設備功率一千瓦，通上電熱毯以後能取得多少熱量呢，也是最大到一千瓦。
但熱泵是個節能設備，根據能源守恆定律，要滿足釋放到高溫環境里的熱量等於從低溫物體抽取的熱量加上電能。我們來看看熱泵的效益，我們投入的是電能，收益是它和抽取熱量的和，二者之比就是熱泵的效率，是大於1的。
因此和電熱毯之類的電熱設備相比，熱泵設備是節能的。舉個例子，拿灃西能源公司的中深層地熱能無干擾清潔供熱的項目來說，設備能效我們取一個常見的性能係數6，就是通過一份的電能供了六份的熱量，與電鍋爐相比較，效率是電鍋爐的六倍。
很多同志們想不明白，你提供了1份電拿了6份熱，多出來的5份熱是哪裡來的，中深層供熱項目來講就是從地熱里來的。
目前我國推行的綠色建築標準中有一條，是要看看一個公共建築有沒有用直接式電熱設備作為採暖設備，如果有，那麼這個建築就不是綠色建築。現如今電鍋爐的發展更多作用在調峰，就是夜間電力負荷低的時候，可以用鍋爐來調峰蓄熱。
所以我們說熱泵是非常好的節能技術，熱泵的種類包括空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵。
空氣源熱泵顧名思義就是吸收的熱量是從從低溫空氣環境里來的，這個技術其實比較貼近生活的應用就是空調。這幾年空氣源熱泵發展很快，技術上來講適合比較小的系統，比如別墅或者室外溫度不是特別低的情況。存在主要的問題就是受室外溫度不穩定的影響，供熱可能不太穩定。
再來看水源熱泵，低品位熱源從水裡來，比如海水、河水、地表水還有工業餘熱的廢水。最早的水源熱泵是東北地區大規模應用的，瀋陽市專門成立了水源熱泵推廣辦公室。瀋陽地下水非常豐富，具體方案是打個一兩百米的抽水井，把水抽上來提取了熱能再灌回去，而且瀋陽也具有不錯的回灌條件。
深井水取熱大規模推廣應用以後發現，水溫會逐年降低，水溫降低以後熱泵效率就變低了。因為在實際操作上，水源熱泵從十幾攝氏度提取熱量比二十幾度要更難。
包括後來在西安也應用了不少項目，我們碰到的主要問題是抽上來容易回灌難，就是水灌不進去，最後發展到一口井抽，兩口井三口井四口井回灌都做不到百分之百。
近幾年污水源熱泵做得很好，原來從財政來講污水處理廠是入不敷出的，要拿政府補貼生存，但是後來市場開始願意自主發展污水處理廠，其中一個重要的原因是意識到它可以作為能源站，產能供周邊區域使用。因為污水一年水溫比較恆定，是很好的熱源，現在對西安地區來講水源熱泵非常重要的來源就是污水。
還有一個方面是地源熱泵，其實地源熱泵是國外在70年代以後才發展起來，因為上個世紀七十年底出現了能源危機，從那以後各個國家非常重視節能工作。
我國最初的地源熱泵，就是在淺層一兩百米的地方打地埋孔，通過換熱管從淺層岩土體中進行換熱。我們國家是九幾年開始研究，零零年以後才有一些試點，2013年在建的工程規模達到峰值。
到現在為止，我們在這個方面的設備製造、施工工藝、建成項目的運營管理，已經達到世界一流水平。因為我們是工程牽著技術走。國外的項目規模最多幾千平方，我國是幾萬平方起到幾十萬單體建築。碰到了很多西方國家沒有碰到的問題，對技術的發展起到了促進的作用。
現在這個技術最大的問題是地下一兩百米只有一二十度，這樣的溫度如果冬天採暖只是取熱，很容易就出現基礎地溫逐年下降問題，使得供暖效果變差。解決問題的方法是地源熱泵技術需要冬天採暖夏天供冷兩個季節同時使用，基礎地溫才能保持平衡。高新區的都市之門用的就是地源熱泵供冷供熱。
現在大家基本達到共識，淺層岩土體不是一個熱源而是一個蓄熱體，應用時候要做到存取平衡。當時最初學術界是沒有達到這樣一個共識，甚至說一個城市基礎地溫下降一度相當於開採多少頓燃煤。現在這個錯誤觀點基本已經糾正了過來。
我們說地源熱泵技術絕對是一個好的技術，即使有不成功的案例，只能說明它擁有更大的改進空間，或者可能是哪個環節出了問題，但絕不能否認說技術不行。
無干擾地熱供熱是怎麼實現的
現在我簡單地來介紹下今天的主題，中深層地熱能無干擾清潔供熱技術。
傳統的地熱供熱方式是把地熱水從地底下取出來再灌回去，但是這個水灌不回去就成為一個污染源，因為它含有礦物質，直接排到下水道是有問題的。如果抽了水不給它補回去，又會產生地裂縫造成地質災害。後來國家提出地熱水適宜在經濟效益好的行業里使用，比如老百姓喜聞樂見的足療、洗浴之類等。
我們這個技術叫無干擾，主要就是區別於傳統取熱又取水的採暖方式。和其他的地源熱泵技術比較，它沒有冷熱平衡的需求，本身就是個熱源。中深層地下的熱量是很高的，通過換熱孔四周的熱量補充，深層地核的持續產熱，這種中深層地熱能可以說是取之不盡的。
它首要的優點也是無干擾，這種地熱換熱系統是採用封閉的換熱管進行換熱，管內的的水和周圍岩土體間接進行熱交換，相當於只提取了熱。
這種技術還有一個很關鍵的設備是地面的熱泵，靠熱泵的二次加熱給建築供熱，這就是無干擾地熱供熱的技術原理。
第二個呢就是它沒有大量的占地需求，一個換熱孔能夠帶一萬五以上的住宅面積。我國現在要執行一項新的嚴寒寒冷居住建築節能標準，和之前的建築比現在的建築熱耗能要減少百分之三十。今後一個換熱孔帶的面積會更大，一點八到兩萬都是有可能的。所以和淺層地埋管相比，它幾乎沒有占地面積，對城市的發展很合適。
第三個是取熱不取水，不會破壞地下水資源也不存在污水回灌，得到政府和行業的廣泛關注。
從2012年也就是這項技術的誕生元年，到現在在建的和已經建成的已經超過了一千萬建築面積。西咸新區灃西新城的西安交通大學創新港校區159萬建築面積，全部採用這種新型的地熱供熱技術。
2015年同德佳苑作為首個試點的小區，也是中深層地熱能無干擾清潔供熱的PPP項目，取得了很好的示範效果。我們課題組和清華大學課題組對很多已經建成的項目進行了監測，統計了五個住宅，統計以後我們發現這個系統平均能做到4.5到6.0，是更加節能的，也是長期的監測情況顯示的。
接下來我們進行一個穩定性的分析，其實無論是地產商還是政府領導再到住戶，都在擔心這種新型供熱項目能不能保證長期安全可靠的運行，能不能保證和建築同壽命。
從已經建成的示範工程來說，2012年第一個建成的工程到現在已經七年，可以認為是很好地運行了。我們進行了一個理論推演，結果是這樣的，換熱器的出水在第十年達到30.32℃，第一年的這個數據是31.45℃，有微弱的逐年衰減，其中前三年衰減較快，到了第十年基本沒有變化，從理論模擬研究的結果也可以看出這種技術還是能作為穩定可靠的供熱熱源的。
作為一個新技術，全行業都比較關注，目前在北方地區各個省都在建，冬奧會頒獎典禮的會場也採用了這個技術。未來幾年，或者說一段時間，這個技術會有更廣闊的市場，業內也希望制定相應的規範保證技術的良好應用。我們也編訂了西咸新區的技術導則，不久後省里和國家的標準也會面世。
這個技術有沒有什麼限制發展的因素呢？有，那就是前期投資高的問題。對此我們也給省政府提出了一些建議，政府會提供一些補貼。我們相信這個技術也會給清潔供熱領域帶來更好的影響。
現場互動問題精選
1
Q:我們用戶其實最關注的問題，還是採暖費會不會變高?
A:我們收取的都是當地政府規定的採暖費用，比如咸陽是五塊四每平米每月，西安是五塊八。隨著成本下降，我們相信未來也會給到業主相應的優惠。
2
Q:在實際使用中在試點小區有沒有出現不夠熱或是不穩定的情況?
A:目前是沒有的，因為我們的機房直接在小區地下室，所以避免了二次傳輸造成的不穩定狀況。
3
Q:為什麼這個技術在陝西的應用是全國範圍內效果比較好的，是因為有什麼優勢嗎?
A:西咸新區誕生之初的定位就是創新城市發展方式，進行了創新方面的許多探索，所以這樣一來是很有優勢的，並且我們陝西地熱資源也十分豐富。這項技術能夠在陝西成功應用，也是理論和實踐互相推動的成果。
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