中國(guó)是世界上開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮苜Y源最早的國(guó)家之一，對(duì)溫泉等地?zé)豳Y源的利用可追溯到先秦時(shí)期。21世紀(jì)以來(lái)，在政策引導(dǎo)和市場(chǎng)需求推動(dòng)下，地?zé)崮苜Y源開(kāi)發(fā)利用得到較快發(fā)展，當(dāng)前，我國(guó)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)體系已基本成形，但仍然存在著發(fā)展不均衡、不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，行業(yè)仍需持續(xù)進(jìn)化迭代。

近日，《地源熱泵》雜志社記者采訪了天津市格瑞思機(jī)電新技術(shù)有限公司總經(jīng)理劉定國(guó)，探討地源熱泵的未來(lái)該何去何從。劉定國(guó)表示，隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的地源熱泵開(kāi)發(fā)模式的弊端開(kāi)始逐漸顯露，企業(yè)需要不斷革故鼎新，用新的技術(shù)、新的理念來(lái)保持活力，持續(xù)為行業(yè)輸送優(yōu)質(zhì)的解決方案。

圖為劉定國(guó)總經(jīng)理在地源熱泵高層論壇期間舉辦的地源熱泵產(chǎn)品博覽會(huì)上向參觀人員介紹專(zhuān)利技術(shù)

政策熱市場(chǎng)冷

近年來(lái)，我國(guó)加強(qiáng)能源體系建設(shè)，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、提高清潔能源比重成為發(fā)展要義，地?zé)崮苁艿搅藝?guó)家層面政策的扶持，國(guó)家和部分地方政府系列的政策出臺(tái)為行業(yè)發(fā)展指明了方向。

《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》明確提出，“十三五”時(shí)期各地區(qū)根據(jù)地?zé)豳Y源特點(diǎn)和當(dāng)?shù)赜媚苄枰虻刂埔碎_(kāi)展淺層地?zé)崮堋⑺疅嵝偷責(zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用，開(kāi)展干熱巖開(kāi)發(fā)利用試驗(yàn)。然而，市場(chǎng)表現(xiàn)卻逐年下落，與政策導(dǎo)向呈背道而馳的狀態(tài)。

對(duì)此，劉定國(guó)一針見(jiàn)血地指出，市場(chǎng)遇冷主要是因?yàn)槟壳暗卦礋岜瞄_(kāi)發(fā)建設(shè)的模式存在問(wèn)題。

劉定國(guó)認(rèn)為，地源熱泵開(kāi)發(fā)建設(shè)的單體工程模式是目前制約行業(yè)發(fā)展的重要桎梏。在單體工程模式下，地源熱泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)即冷/熱源一側(cè)的淺層地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)——地源工程，由單個(gè)用戶(hù)根據(jù)其自身所在地點(diǎn)的環(huán)境條件、資源條件、水文地質(zhì)條件、施工條件和建筑物本身的冷/熱負(fù)荷要求，采用某一種形式的地源熱泵系統(tǒng)，單獨(dú)組織力量進(jìn)行工程施工，自成體系，獨(dú)立運(yùn)行。

在劉定國(guó)看來(lái)，這種開(kāi)發(fā)模式存在諸多缺陷，從技術(shù)維度來(lái)說(shuō)，包含三個(gè)層面：首先，單體工程開(kāi)發(fā)模式受資源及施工條件的制約，城區(qū)建筑物密集區(qū)域無(wú)法滿(mǎn)足打井埋管面積需求，而地表水地源熱泵系統(tǒng)則要求建筑物臨近江、河、湖、海等;其次，單體工程往往采用某一種形式的地?zé)崮苜Y源，而單一地?zé)崮苜Y源的自平衡能力有限，人為調(diào)控也很困難，很難做到能量平衡;再次，單體工程采用的單一形式地?zé)崮苜Y源往往具有局限性和不穩(wěn)定性，不能完全保證冷/熱源的品質(zhì)，從而不能保證系統(tǒng)節(jié)能效果及持續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行。

此外，地源熱泵系統(tǒng)是一門(mén)多種學(xué)科交叉，多種專(zhuān)業(yè)結(jié)合的綜合性技術(shù)，尤其地源工程是一個(gè)與水文地質(zhì)、地形地貌、淺層地?zé)崮苜Y源、地質(zhì)勘察、鉆井工程等相關(guān)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程。地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)劣、成敗的關(guān)鍵在地源工程，可以說(shuō)地源工程影響整個(gè)地源熱泵行業(yè)的發(fā)展。單體工程受資源條件、水文地理、施工條件、施工權(quán)限等限制，很難滿(mǎn)足這種要求。與此同時(shí)，施工的不規(guī)范及良莠不齊的工程質(zhì)量，進(jìn)一步剝離了用戶(hù)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)的信任，經(jīng)歷了2010年前后的高速發(fā)展之后，在政府頻繁出臺(tái)多項(xiàng)扶持、優(yōu)惠政策的背景下，市場(chǎng)表現(xiàn)反而謹(jǐn)慎、悲觀，逐漸萎縮，行業(yè)發(fā)展進(jìn)入停滯期。

國(guó)內(nèi)外探索之路

劉定國(guó)認(rèn)為，一個(gè)地區(qū)的原生態(tài)地?zé)崮苜Y源，是一個(gè)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的氣候、地質(zhì)變遷，從天空到地表、從地表到地下孕育而成的穩(wěn)定和諧的能量場(chǎng)，它是一個(gè)有機(jī)的整體，是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、循環(huán)再生的系統(tǒng)，對(duì)它的開(kāi)發(fā)利用必須秉承科學(xué)的態(tài)度，嚴(yán)格按照客觀規(guī)律科學(xué)開(kāi)發(fā)、有序建設(shè)。

因此，面對(duì)單體工程開(kāi)發(fā)模式對(duì)地源熱泵發(fā)展造成的困局，建立一個(gè)科學(xué)的、高效的、穩(wěn)定的、先進(jìn)而實(shí)用的、可持續(xù)發(fā)展的地源熱泵系統(tǒng)，是擺在人們面前十分緊迫的任務(wù)。這也是國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者、行業(yè)有識(shí)之士孜孜以求的探索之路。據(jù)劉定國(guó)介紹，目前已有至少三種較為典型的國(guó)內(nèi)外解決方案，其共同的探索路徑是摒棄單體工程模式，建立一個(gè)具有公共冷熱源的地源熱泵系統(tǒng)。

方案一是同濟(jì)大學(xué)龍惟定教授團(tuán)隊(duì)的能源總線(xiàn)方案，它是建立一個(gè)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的淺層地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)，在區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一采集地源水，直接向區(qū)域內(nèi)用戶(hù)的水源熱泵機(jī)組提供冷熱源，用戶(hù)不再進(jìn)行地源工程施工。

方案二是一個(gè)歐盟發(fā)明專(zhuān)利，它是將污水處理廠收集的污水通過(guò)公共管網(wǎng)輸入到用戶(hù)的水源熱泵機(jī)組，作為區(qū)域內(nèi)水源熱泵機(jī)組的公共冷熱源。

方案三也是一個(gè)歐盟發(fā)明專(zhuān)利，它是將城市自來(lái)水管網(wǎng)中的一部分自來(lái)水輸入到用戶(hù)的水源熱泵機(jī)組，作為區(qū)域內(nèi)水源熱泵機(jī)組的公共冷熱源。

劉定國(guó)表示，這些方案的設(shè)計(jì)思路都是要摒棄單體工程模式，建立一個(gè)具有公共冷熱源的地源熱泵系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)的探索為后來(lái)者開(kāi)闊了思維，一定程度上為更具實(shí)操性、合理性的解決方案的提出奠定了基礎(chǔ)。

格瑞思的破局之道

在廣泛借鑒國(guó)內(nèi)外技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，劉定國(guó)和他的團(tuán)隊(duì)提出了基于城市再生水(中水)回用技術(shù)和地源熱泵技術(shù)整合集成的解決方案。該方案是在城市建立一個(gè)獨(dú)立的非飲用水管網(wǎng)，或在城市已有的再生水管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將地源熱泵技術(shù)整合上去，集成為一個(gè)新的管網(wǎng)——地源水·再生水管網(wǎng)。

劉定國(guó)表示，該系統(tǒng)在區(qū)域內(nèi)建設(shè)若干淺層地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)，采集地源水，將獲取的地源水與再生水廠生產(chǎn)的再生水整合一起，通過(guò)公共管網(wǎng)向區(qū)域內(nèi)的用戶(hù)集中供水。在技術(shù)路線(xiàn)上，按照先能源后水源的梯級(jí)利用原則，先向區(qū)域內(nèi)用戶(hù)的水源熱泵機(jī)組提供作為冷/熱源的源側(cè)水，制冷制熱和生產(chǎn)熱水，然后，將通過(guò)熱力循環(huán)提取能量后的出水，再用作傳統(tǒng)的非飲用水，從而實(shí)現(xiàn)一水兩用，一網(wǎng)兩用，實(shí)現(xiàn)了資源的科學(xué)整合和集成，實(shí)現(xiàn)了資源的梯級(jí)利用、循環(huán)利用以及高效利用。

談到為何將地源熱泵與再生水進(jìn)行整合集成，劉定國(guó)認(rèn)為主要是出于三方面的考慮：其一，再生水本來(lái)就是地源熱泵的冷熱源，它的主要技術(shù)參數(shù)——水質(zhì)和溫度與從其它形式淺層地?zé)崮軗Q熱系統(tǒng)采集的地源水完全一致，在技術(shù)上沒(méi)有整合障礙;其二，我國(guó)是水資源極度匱乏的國(guó)家，再生水是解決水資源短缺的有力途徑，能為城市提供一個(gè)數(shù)量巨大、成本較低、輸配方便的第二水源，而再生水的開(kāi)發(fā)利用遭遇了再生水管網(wǎng)缺乏的瓶頸;其三，再生水中蘊(yùn)含著能量，它是淺層地?zé)崮艿囊环N形式，是地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)冷熱源，現(xiàn)在的再生水回用只限于水資源的使用，用于非飲用水領(lǐng)域，將水中的能量白白扔掉了。

因此，地源熱泵系統(tǒng)與再生水系統(tǒng)的整合集成在實(shí)現(xiàn)資源整合、降低成本及產(chǎn)業(yè)整合上具有天然的一致性。管網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)——源側(cè)水·再生水，既是區(qū)域內(nèi)非飲用水的水源，又是區(qū)域內(nèi)地源熱泵的冷/熱源，既是水資源，又是一種能源，該方案將兩種資源科學(xué)地整合集成，實(shí)現(xiàn)了資源的梯級(jí)利用與科學(xué)利用;在管道鋪設(shè)方面，兩網(wǎng)合一、一網(wǎng)兩用也大大降低了工程的投資成本及運(yùn)行成本和管理成本。劉定國(guó)表示，該方案提出的地源熱泵·再生水產(chǎn)業(yè)是一個(gè)完全綠色的產(chǎn)業(yè)，可以為建設(shè)節(jié)水城市、低碳城市、生態(tài)城市提供有力的技術(shù)支撐和產(chǎn)業(yè)支撐，可創(chuàng)造巨大的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

劉定國(guó)認(rèn)為，地源熱泵·再生水技術(shù)方案可以根據(jù)城市地理?xiàng)l件，淺層地?zé)崮苜Y源情況，城市的發(fā)展規(guī)劃，對(duì)管網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，科學(xué)規(guī)劃，最大限度地、最充分地開(kāi)發(fā)利用一個(gè)地區(qū)的淺層地?zé)崮苜Y源，并且還可以整合、集成區(qū)域內(nèi)其它可再生能源、未利用能源、傳統(tǒng)能源的余/廢熱。具有顯著的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，本方案整合、集成了區(qū)域內(nèi)多種形式的淺層地?zé)崮苜Y源，建立了一個(gè)公共的能量場(chǎng)，可以為區(qū)域內(nèi)任何一個(gè)用戶(hù)的水源熱泵機(jī)組提供冷/熱源，并且安裝使用十分便捷，無(wú)需復(fù)雜施工，可大大減少初期投資和后期管理費(fèi)用;

第二，該方案集成了區(qū)域內(nèi)多種形式的地?zé)崮苜Y源，可以在一個(gè)廣大的區(qū)域內(nèi)，對(duì)各種地?zé)崮苜Y源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)控與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、優(yōu)化調(diào)配，從而實(shí)現(xiàn)能量的基本平衡和提供高品質(zhì)的冷/熱源;

第三，該方案建立的區(qū)域公共供水管網(wǎng)，是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，在工程建設(shè)上，可以集中集中多方面的資金，嚴(yán)格工程管理，做到認(rèn)真勘察，科學(xué)規(guī)劃，精心設(shè)計(jì)，規(guī)范施工，有序開(kāi)發(fā)，工程質(zhì)量容易得到保障，并且可以讓地源系統(tǒng)的日常運(yùn)行、維修可以得到專(zhuān)業(yè)化的管理，從而保證地源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定，長(zhǎng)久，高效地運(yùn)行;

第四，該方案打破了地源熱泵和中水回用兩個(gè)領(lǐng)域、兩個(gè)系統(tǒng)的界限，實(shí)現(xiàn)了跨技術(shù)領(lǐng)域，跨行業(yè)領(lǐng)域，跨工程領(lǐng)域的科學(xué)結(jié)合，將兩網(wǎng)合二為一，實(shí)現(xiàn)一水兩用，一網(wǎng)兩用。

值得一提的是，《區(qū)域地源熱泵系統(tǒng)源側(cè)水·中水公共供水管系網(wǎng)系統(tǒng)》目前已相繼獲得中國(guó)、美國(guó)、日本、歐盟發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)，攻克了單體工程開(kāi)發(fā)模式對(duì)地源熱泵發(fā)展的桎梏難題，成為劉定國(guó)及其技術(shù)團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)給行業(yè)的專(zhuān)業(yè)力量，贏得了業(yè)界的普遍認(rèn)可。

察行業(yè)之勢(shì)，馭創(chuàng)變之鋒。基于系統(tǒng)的認(rèn)知思維與創(chuàng)新求變的企業(yè)基因，相信劉定國(guó)與格瑞思將在時(shí)代的浪潮中領(lǐng)航而行，以持續(xù)奔跑的姿態(tài)、海納百川的胸懷和專(zhuān)注蓬勃的力量，再創(chuàng)新的奇跡，為行業(yè)貢獻(xiàn)更多的思考與智慧。

(注：原文刊登于2019年11月《地源熱泵》，更多精彩內(nèi)容請(qǐng)閱讀《地源熱泵》雜志)