地源熱泵：南方供暖的路徑分析

文 | 羅佐縣

地源熱泵會為爭論不休的南方供暖畫上休止符么？

進入本世紀以來，南方地區屢現極寒天氣，在經濟發展水平持續提升的背景下，實施冬季集中供暖呼聲日漸高漲。而我國傳統的集中供暖分界線以秦嶺-淮河為界，這一劃界的依據要追溯至建國初期，當時國家決策層面一方面要考慮氣候條件差異，另一方面要考慮綜合國力較弱，國家缺乏足夠的能源供應的國情。

發展到今天，情況出現了積極變化，我國綜合國力顯著提升，發展集中供熱成為可能。這一變化可能產生牽一發而動全身的影響，其中地源熱泵產業就是理論上受其影響比較大的行業之一。

地源熱泵的供暖基礎

集中供暖需要消費能源，產生能源需求增量，而當前我國又正處于大力推進能源革命戰略的關鍵時期，控制能源消費總量是重要目標之一。

2019年我國能源消費總量48.6億噸，距離2020年50億噸能源消費總量控制的目標紅線已是咫尺之遙。同時我國能源消費長期以來維持以煤為主的格局。近年雖然在各項措施的推動下能源結構得到持續優化，但煤炭在一次能源中占比依舊較高，2019年為58%，較全球28%的平均水平高出30個百分點。

南方地區發展集中供暖若導致煤炭、天然氣等化石能源需求增長，一方面會增加國內能源供應壓力，另一方面也將導致碳排放增長，這些都不利于我國能源結構調整，也不符合發展綠色低碳經濟的大趨勢。

在此形勢下，地熱資源開發利用將自然而然地走向發展前臺。較之風力、太陽能等可再生能源，地熱能具有資源供應穩定、不受季節變化影響的穩定性優勢。從技術層面看，地熱可以實現直接供熱，無需經過電力轉換熱力這一環節，供熱效率更高。

特別是淺層地熱資源基本可以做到就地取材，具有顯著的資源優勢。地熱資源尤其是淺層地熱開發利用涉及到的核心技術環節是地源熱泵設備使用。大規模集中供熱產業一旦發展起來，地源熱泵的應用空間自然會得以迅速拓展。

根據現有地熱資源劃分標準，淺層地熱主要指200米以淺土壤、地下水以及地表水中蘊含的熱能。國內地質調查專業機構的相關研究成果顯示，我國所有省會級以上城市每年地源熱泵系統夏季（按5個月計算）換熱量約為3萬億千瓦時，折合標準煤約3.83億噸，可制冷面積為101億平方米；每年地源熱泵系統冬季（按4個月計算）換熱量為1.5萬億千瓦時，折合標準煤約1.83億噸，可供暖面積為119億平方米。

除土壤熱源之外，南方地表水資源豐富，適合發展水源熱泵項目。國家統計局數據顯示，四川、浙江等9省份年地表水資源量在8000億立方米規模以上，高于全國平均水平，具有開展水源熱泵項目的天然條件。江水的夏季月平均溫度為22-25℃，冬季月平均溫度為11-16℃，水溫日變化幅度不超過0.5℃，是一種具有良好品質的穩定的冷熱源。目前水源熱泵項目在湖南、湖北、重慶、江蘇南京等地有大量應用，這些工程示范效應良好，為后續項目推廣奠定了基礎。

城市污水也是重要熱源。將污水中的熱量予以利用是實現資源循環利用，變廢為寶的重要探索。目前國內部分城市已建設了一批污水熱源利用方面的工程。2018年全國城市污水日處理能力達到1.8億立方米。

綜合考慮人口、經濟發展水平以及人均水資源利用等指標，估計南方夏熱冬冷地區城市污水量至少占全國總量的1/3以上。未來污水源是夏熱冬冷地區水源熱泵供熱的熱源之一。

地源熱泵的優劣勢

無論是產業規模還是質量，中國的地源熱泵都在接近世界先進水平。國內已有多家學術機構建立起土壤源熱泵實驗平臺，主要開展對地下換熱器和地面熱泵設備長期聯合運行的研究。

國內已經形成以克萊門特、美意、麥克維爾以及格瑞德、天加等地源熱泵生產品牌，開發利用淺層地熱資源具有相應的設備供應和技術保障。數據顯示地源熱泵在南方地區的使用中主要分布在華東、華中、華南地區。就運行情況看，優劣勢皆很明顯。

優勢集中在環保、能效與壽命領域。首先，地源熱泵屬于可再生能源利用技術范疇，利用的是地球表面以及淺層熱源，這些熱源具有低密度特征。通過地源熱泵對土壤、河流、湖泊吸收的太陽能進行高質量高密度利用，相當于為使用者安裝了依靠可再生能源的地熱空調。從理論上看，地源熱泵具有比較優勢，符合人類能源消費方式優化的方向。

其次是地源熱泵具有較高的能效和使用壽命。淺層地熱能一年四季供應穩定，冬季溫度高于大氣溫度，夏季低于大氣溫度，可以實現長周期對其熱源利用從而有效提高整體系統效率。一般情況下，地源熱泵比傳統空調效率高出50%，運行費用節省40%，屬于名副其實的高效節能技術系列。同時地源熱泵機械部件少，所有部件埋在地下或安裝在室內，可以避免風吹日曬，從而使得設備使用壽命延長。

劣勢主要表現在工程與環境影響方面。首先是地源熱泵施工需要一定的施工空間。熱泵換熱是在地下進行，空間不夠就會影響換熱效果。實踐中發現地源熱泵對于施工區域的容積率有一定的要求。容積率高于0.6，地源熱泵施工質量就不能得到保障。其次是初投資高，地源熱泵初投資巨大，高出傳統冷熱源工程投資至少50%以上。再次是地下水回灌有一定難度，部分地區200米以淺有熱水資源，對其抽采可以實現供熱，但回灌往往有一定難度，不是所有地區都具備可實施回灌的地質條件。近期河北、山東等地嚴格關停一批地熱井就與這些地熱井長期不回灌造成環境污染和地面沉降有關。四是容易出現土壤熱不平衡問題。各地區的供熱周期和制冷周期不完全均等，南方地區高冷周期長于供熱，北方恰恰相反，這些冷熱需求周期差異容易導致熱平衡問題出現。除了周期性因素之外，實踐中還發現地源熱泵系統的使用對操作者有較高的專業素質要求，設備使用的便捷程度不夠，不是所有人都可輕易上手，從而制約了其推廣。

地源熱泵的新路徑

從實施路徑看，南方集中供暖不會完全等同于以大規模城市熱網為基礎的北方集中供熱模式，而是朝著以小區或局部地區為單元的，依靠管網輸送熱量的新型集中供熱方向發展。

只要是通過管網及水介質實現熱源向一定數量的用戶和人群供熱的模式皆可視為集中供熱。地源熱泵目前在南方地區的應用符合這一特征。

從應用領域看，地源熱泵應用主要集中于車站、醫院、商場、機場、學校等公共場所，普通住宅應用的相對較少。本著地熱惠及民生、熱到民間的思路，未來地源熱泵在南方地區的發展將演繹出新的路徑。

一是擴大在城市新區公用建筑領域推廣實施地源熱泵工程，穩定和鞏固既有的發展路線。公用建筑區域地源熱泵項目基本不受工程施工空間要求限制，且公用建筑作為公共產品其投資運行成本由政府支付，項目運營方一般具有相應的設備安裝費用支付能力，資金有保障，不會受到經濟能力欠缺因素的制約。

二是向普通民用住宅領域滲透拓展。對于具備施工條件的普通住宅小區，無論是位于城市新區還是老區，均可嘗試推廣，此路徑的實施需要政策方面予以強力跟進，必要時須重視中深層地埋管技術的應用，以克服施工面積不足“瓶頸”。地源熱泵項目若僅僅局限于公用建筑和別墅、高檔小區應用，其利用推廣效果會打折扣。要盡可能拓展其應用領域，實現地熱資源惠及大眾、熱到民間的目標。

三是與新農村建設相結合，在農村普及推廣地源熱泵項目。農村發展地源熱泵項目最大的優勢是農村住宅區基本具備充足的施工面積。未來隨著鄉村振興戰略的實施，農村建設按照《鄉村振興戰略（2018-2022）》中提出的集聚提升、融入城鎮、搬遷撤并思路推進，可能出現集中和連片建設的發展新格局。農村高層建筑比較少，一般不存在容積率的限制，應該非常有利于實施地源熱泵工程。目前華東和華中地區農村人口接近2.5億，是非常大的市場份額。

四是堅持因地制宜思路，齊頭并進發展土壤源、水源和污水源熱泵項目。如前所述，夏熱冬冷地區淺層地熱資源豐富，地表水資源也充足，城市地區具有充足的污水源資源，完全可按照“宜土則土，宜水則水”“水土結合”的原則在各類地區推廣水地源熱泵工程項目。

地源熱泵產業發展的對策建議

首先，明確南方地區集中供暖發展導向，將會給市場傳遞積極信號，為地源熱泵產業發展提供源動力。

夏熱冬冷地區除合肥、揚州等少數城市開展集中供暖試點外，多數地區尚處在觀望狀態。不少城市雖有針對地源熱泵的鼓勵措施，但沒有相關的集中供熱規劃和指導性意見，導致政策銜接不順暢。

因此對城市局部地區建設熱網以及以小區為單元的新型集中供暖從政策導向方面應予以積極肯定，并做好相關推動工作。只要政策導向明確，相信以地源熱泵為關鍵核心技術的地熱供暖會迅速發展起來。

其次，地熱開發利用還需要建立領導機制有力、政策法規完善、技術標準規范的開發利用管理體系。

建立強有力對口領導機制非常重要。可考慮由住建部門牽頭，向市場發布明確的地熱供暖需求導向。必要時在建筑圖紙設計階段就預先考慮地源熱泵的安裝要求。完善涵蓋技術研發、監測管理、測評驗收，成果擴散等各個環節的配套法規政策。此外建設主管、技術監督、科研、施工、設計、生產、檢測部門應共同參與，全方位多層次制定完善相關技術規范和標準。目前在熱泵項目運行較為成功的地區基本上都存在類似的管理機制。

第三，地源熱泵項目需要信貸和財稅政策支持。

夏熱冬冷地區114個城市中有近80個城市出臺了針對地源熱泵項目的補貼政策。建議持續加大扶持力度，重視政策落實，充分發揮城市群地熱開發規模效應。農村居民受收入水平限制，對地源熱泵項目接納程度有限。

不妨借鑒河北等地在農村推廣地源熱泵項目的經驗，由政府對安裝地源熱泵住戶進行相應的設備補貼，住戶僅負擔少部分費用的做法。夏熱冬冷地區經濟發展水平普遍較高，地方財政、人均收入在全國位居前列。在全國系統深入推進藍天保衛戰行動計劃形勢下，隨著新農村建設及鄉村振興戰略實施，在農村推廣地源熱泵項目應該可行。

第四，為施工企業和地源熱泵設備制造商攜手降低成本創造條件。

充分發揮住建管理部門、供熱協會、熱泵聯盟的作用，為地源熱泵設備生產企業與施工企業協作搭橋牽線，幫助產業參與方推動技術和管理創新，共同降低設備制造和施工成本。在地源熱泵項目推廣和應用初期，政府給予設備供應和施工方一定的補貼是必要的。

但是地源熱泵行業若想在市場中站穩腳跟，強化自身發展內力是根本之策。近年地源熱泵在南方的市場銷售有下滑跡象，需要引起行業警惕。產業鏈各環節參與者為此需要緊密協作，通過管理與技術創新持續降低成本，不斷提升競爭力。

后疫情時期拉動內需，創建國內、國際雙循環發展格局成為經濟發展趨勢，南方集中供暖與長江經濟帶創建綠色廊道的發展目標契合，相關工程建設很有可能成為新基建的重要組成部分。

地熱資源開發利用能在南方集中供暖中作用的發揮很大程度取決于地源熱泵技術的發展。當前地源熱泵在南方地區供暖市場中有一定的市場份額基礎。未來的發展面臨著難得的機遇，也面臨嚴峻的挑戰。政府、行業需要共同協作努力，持續培育地源熱泵行業的內生發展能力。