地源热泵：南方供暖的路径分析

文 | 罗佐县

地源热泵会为争论不休的南方供暖画上休止符么？

进入本世纪以来，南方地区屡现极寒天气，在经济发展水平持续提升的背景下，实施冬季集中供暖呼声日渐高涨。而我国传统的集中供暖分界线以秦岭-淮河为界，这一划界的依据要追溯至建国初期，当时国家决策层面一方面要考虑气候条件差异，另一方面要考虑综合国力较弱，国家缺乏足够的能源供应的国情。

发展到今天，情况出现了积极变化，我国综合国力显著提升，发展集中供热成为可能。这一变化可能产生牵一发而动全身的影响，其中地源热泵产业就是理论上受其影响比较大的行业之一。

地源热泵的供暖基础

集中供暖需要消费能源，产生能源需求增量，而当前我国又正处于大力推进能源革命战略的关键时期，控制能源消费总量是重要目标之一。

2019年我国能源消费总量48.6亿吨，距离2020年50亿吨能源消费总量控制的目标红线已是咫尺之遥。同时我国能源消费长期以来维持以煤为主的格局。近年虽然在各项措施的推动下能源结构得到持续优化，但煤炭在一次能源中占比依旧较高，2019年为58%，较全球28%的平均水平高出30个百分点。

南方地区发展集中供暖若导致煤炭、天然气等化石能源需求增长，一方面会增加国内能源供应压力，另一方面也将导致碳排放增长，这些都不利于我国能源结构调整，也不符合发展绿色低碳经济的大趋势。

在此形势下，地热资源开发利用将自然而然地走向发展前台。较之风力、太阳能等可再生能源，地热能具有资源供应稳定、不受季节变化影响的稳定性优势。从技术层面看，地热可以实现直接供热，无需经过电力转换热力这一环节，供热效率更高。

特别是浅层地热资源基本可以做到就地取材，具有显著的资源优势。地热资源尤其是浅层地热开发利用涉及到的核心技术环节是地源热泵设备使用。大规模集中供热产业一旦发展起来，地源热泵的应用空间自然会得以迅速拓展。

根据现有地热资源划分标准，浅层地热主要指200米以浅土壤、地下水以及地表水中蕴含的热能。国内地质调查专业机构的相关研究成果显示，我国所有省会级以上城市每年地源热泵系统夏季（按5个月计算）换热量约为3万亿千瓦时，折合标准煤约3.83亿吨，可制冷面积为101亿平方米；每年地源热泵系统冬季（按4个月计算）换热量为1.5万亿千瓦时，折合标准煤约1.83亿吨，可供暖面积为119亿平方米。

除土壤热源之外，南方地表水资源丰富，适合发展水源热泵项目。国家统计局数据显示，四川、浙江等9省份年地表水资源量在8000亿立方米规模以上，高于全国平均水平，具有开展水源热泵项目的天然条件。江水的夏季月平均温度为22-25℃，冬季月平均温度为11-16℃，水温日变化幅度不超过0.5℃，是一种具有良好品质的稳定的冷热源。目前水源热泵项目在湖南、湖北、重庆、江苏南京等地有大量应用，这些工程示范效应良好，为后续项目推广奠定了基础。

城市污水也是重要热源。将污水中的热量予以利用是实现资源循环利用，变废为宝的重要探索。目前国内部分城市已建设了一批污水热源利用方面的工程。2018年全国城市污水日处理能力达到1.8亿立方米。

综合考虑人口、经济发展水平以及人均水资源利用等指标，估计南方夏热冬冷地区城市污水量至少占全国总量的1/3以上。未来污水源是夏热冬冷地区水源热泵供热的热源之一。

地源热泵的优劣势

无论是产业规模还是质量，中国的地源热泵都在接近世界先进水平。国内已有多家学术机构建立起土壤源热泵实验平台，主要开展对地下换热器和地面热泵设备长期联合运行的研究。

国内已经形成以克莱门特、美意、麦克维尔以及格瑞德、天加等地源热泵生产品牌，开发利用浅层地热资源具有相应的设备供应和技术保障。数据显示地源热泵在南方地区的使用中主要分布在华东、华中、华南地区。就运行情况看，优劣势皆很明显。

优势集中在环保、能效与寿命领域。首先，地源热泵属于可再生能源利用技术范畴，利用的是地球表面以及浅层热源，这些热源具有低密度特征。通过地源热泵对土壤、河流、湖泊吸收的太阳能进行高质量高密度利用，相当于为使用者安装了依靠可再生能源的地热空调。从理论上看，地源热泵具有比较优势，符合人类能源消费方式优化的方向。

其次是地源热泵具有较高的能效和使用寿命。浅层地热能一年四季供应稳定，冬季温度高于大气温度，夏季低于大气温度，可以实现长周期对其热源利用从而有效提高整体系统效率。一般情况下，地源热泵比传统空调效率高出50%，运行费用节省40%，属于名副其实的高效节能技术系列。同时地源热泵机械部件少，所有部件埋在地下或安装在室内，可以避免风吹日晒，从而使得设备使用寿命延长。

劣势主要表现在工程与环境影响方面。首先是地源热泵施工需要一定的施工空间。热泵换热是在地下进行，空间不够就会影响换热效果。实践中发现地源热泵对于施工区域的容积率有一定的要求。容积率高于0.6，地源热泵施工质量就不能得到保障。其次是初投资高，地源热泵初投资巨大，高出传统冷热源工程投资至少50%以上。再次是地下水回灌有一定难度，部分地区200米以浅有热水资源，对其抽采可以实现供热，但回灌往往有一定难度，不是所有地区都具备可实施回灌的地质条件。近期河北、山东等地严格关停一批地热井就与这些地热井长期不回灌造成环境污染和地面沉降有关。四是容易出现土壤热不平衡问题。各地区的供热周期和制冷周期不完全均等，南方地区高冷周期长于供热，北方恰恰相反，这些冷热需求周期差异容易导致热平衡问题出现。除了周期性因素之外，实践中还发现地源热泵系统的使用对操作者有较高的专业素质要求，设备使用的便捷程度不够，不是所有人都可轻易上手，从而制约了其推广。

地源热泵的新路径

从实施路径看，南方集中供暖不会完全等同于以大规模城市热网为基础的北方集中供热模式，而是朝着以小区或局部地区为单元的，依靠管网输送热量的新型集中供热方向发展。

只要是通过管网及水介质实现热源向一定数量的用户和人群供热的模式皆可视为集中供热。地源热泵目前在南方地区的应用符合这一特征。

从应用领域看，地源热泵应用主要集中于车站、医院、商场、机场、学校等公共场所，普通住宅应用的相对较少。本着地热惠及民生、热到民间的思路，未来地源热泵在南方地区的发展将演绎出新的路径。

一是扩大在城市新区公用建筑领域推广实施地源热泵工程，稳定和巩固既有的发展路线。公用建筑区域地源热泵项目基本不受工程施工空间要求限制，且公用建筑作为公共产品其投资运行成本由政府支付，项目运营方一般具有相应的设备安装费用支付能力，资金有保障，不会受到经济能力欠缺因素的制约。

二是向普通民用住宅领域渗透拓展。对于具备施工条件的普通住宅小区，无论是位于城市新区还是老区，均可尝试推广，此路径的实施需要政策方面予以强力跟进，必要时须重视中深层地埋管技术的应用，以克服施工面积不足“瓶颈”。地源热泵项目若仅仅局限于公用建筑和别墅、高档小区应用，其利用推广效果会打折扣。要尽可能拓展其应用领域，实现地热资源惠及大众、热到民间的目标。

三是与新农村建设相结合，在农村普及推广地源热泵项目。农村发展地源热泵项目最大的优势是农村住宅区基本具备充足的施工面积。未来随着乡村振兴战略的实施，农村建设按照《乡村振兴战略（2018-2022）》中提出的集聚提升、融入城镇、搬迁撤并思路推进，可能出现集中和连片建设的发展新格局。农村高层建筑比较少，一般不存在容积率的限制，应该非常有利于实施地源热泵工程。目前华东和华中地区农村人口接近2.5亿，是非常大的市场份额。

四是坚持因地制宜思路，齐头并进发展土壤源、水源和污水源热泵项目。如前所述，夏热冬冷地区浅层地热资源丰富，地表水资源也充足，城市地区具有充足的污水源资源，完全可按照“宜土则土，宜水则水”“水土结合”的原则在各类地区推广水地源热泵工程项目。

地源热泵产业发展的对策建议

首先，明确南方地区集中供暖发展导向，将会给市场传递积极信号，为地源热泵产业发展提供源动力。

夏热冬冷地区除合肥、扬州等少数城市开展集中供暖试点外，多数地区尚处在观望状态。不少城市虽有针对地源热泵的鼓励措施，但没有相关的集中供热规划和指导性意见，导致政策衔接不顺畅。

因此对城市局部地区建设热网以及以小区为单元的新型集中供暖从政策导向方面应予以积极肯定，并做好相关推动工作。只要政策导向明确，相信以地源热泵为关键核心技术的地热供暖会迅速发展起来。

其次，地热开发利用还需要建立领导机制有力、政策法规完善、技术标准规范的开发利用管理体系。

建立强有力对口领导机制非常重要。可考虑由住建部门牵头，向市场发布明确的地热供暖需求导向。必要时在建筑图纸设计阶段就预先考虑地源热泵的安装要求。完善涵盖技术研发、监测管理、测评验收，成果扩散等各个环节的配套法规政策。此外建设主管、技术监督、科研、施工、设计、生产、检测部门应共同参与，全方位多层次制定完善相关技术规范和标准。目前在热泵项目运行较为成功的地区基本上都存在类似的管理机制。

第三，地源热泵项目需要信贷和财税政策支持。

夏热冬冷地区114个城市中有近80个城市出台了针对地源热泵项目的补贴政策。建议持续加大扶持力度，重视政策落实，充分发挥城市群地热开发规模效应。农村居民受收入水平限制，对地源热泵项目接纳程度有限。

不妨借鉴河北等地在农村推广地源热泵项目的经验，由政府对安装地源热泵住户进行相应的设备补贴，住户仅负担少部分费用的做法。夏热冬冷地区经济发展水平普遍较高，地方财政、人均收入在全国位居前列。在全国系统深入推进蓝天保卫战行动计划形势下，随着新农村建设及乡村振兴战略实施，在农村推广地源热泵项目应该可行。

第四，为施工企业和地源热泵设备制造商携手降低成本创造条件。

充分发挥住建管理部门、供热协会、热泵联盟的作用，为地源热泵设备生产企业与施工企业协作搭桥牵线，帮助产业参与方推动技术和管理创新，共同降低设备制造和施工成本。在地源热泵项目推广和应用初期，政府给予设备供应和施工方一定的补贴是必要的。

但是地源热泵行业若想在市场中站稳脚跟，强化自身发展内力是根本之策。近年地源热泵在南方的市场销售有下滑迹象，需要引起行业警惕。产业链各环节参与者为此需要紧密协作，通过管理与技术创新持续降低成本，不断提升竞争力。

后疫情时期拉动内需，创建国内、国际双循环发展格局成为经济发展趋势，南方集中供暖与长江经济带创建绿色廊道的发展目标契合，相关工程建设很有可能成为新基建的重要组成部分。

地热资源开发利用能在南方集中供暖中作用的发挥很大程度取决于地源热泵技术的发展。当前地源热泵在南方地区供暖市场中有一定的市场份额基础。未来的发展面临着难得的机遇，也面临严峻的挑战。政府、行业需要共同协作努力，持续培育地源热泵行业的内生发展能力。