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2019年9月19日，中國城鎮(zhèn)供熱協(xié)會與瑞典區(qū)域供熱&供冷委員會主辦的"清潔供熱國際交流會議暨中國-瑞典區(qū)域供熱供冷技術(shù)交流會"在北京舉辦。清華大學(xué)副教授魏慶芃在會上發(fā)表了關(guān)于《利用同軸套管換熱和熱泵的中深層地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)分析》的主題演講。

魏慶芃副教授分析了中深層地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)實際性能，介紹了利用同軸套管的換熱裝置和熱泵的中深層地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)的背景、模擬研究方法及現(xiàn)場實測結(jié)果，他表示:經(jīng)過實踐和理論的驗證，同軸套管換熱技術(shù)可以很好地去滿足供熱需求，與高效的熱泵結(jié)合可以大幅度的降低實際采暖過程中所消耗的化石能源的量。演講內(nèi)容以及課件內(nèi)容如下：

今天我向大家做一個匯報，演講題目就是利用同軸套管的換熱裝置和熱泵的中深層地?zé)崮芄嵯到y(tǒng)分析。通過把套管換熱機(jī)組和熱泵機(jī)組相結(jié)合，實現(xiàn)一種中深層地?zé)崮茏鳛榈蜏責(zé)嵩磽Q熱，并對其進(jìn)行實際性能的分析。那么我將從以下四個方面來給大家做一個介紹，首先是背景和方法，然后是結(jié)果與討論，最后是結(jié)論。

那么先看一下背景，中國的清潔供熱面臨著非常大的挑戰(zhàn)，一方面是我們需要供熱的面積越來越多，另外一方面實際上也是對于整個節(jié)能減排，包括從局部城市的微氣候和空氣質(zhì)量的改進(jìn)，以及從全球變暖的角度去減少溫室氣體排放，那么從各個方面都要求咱們的整個供熱向著一個清潔化的方向去發(fā)展。那么這個過程當(dāng)中有一個很突出的問題，并不是所有的新建項目都能夠接入到集中供熱的管網(wǎng)中，因為有很多新建的小區(qū)或新的開發(fā)區(qū)，周圍沒有熱網(wǎng)的資源，或者是沒有熱源的資源，這時候就需要我們用多種的方式來去實現(xiàn)清潔供熱，雖然我們都知道集中供熱用熱電聯(lián)產(chǎn)的方式是最好的，但是在很多地方不具備條件的時候我們該怎么去做呢？

在這里面我列了幾種實際的常用的熱泵方式，包括空氣源熱泵、海水源熱泵和地源熱泵，這是三類最主要用的方式，那么在原理上都沒有問題，在工程實踐當(dāng)中去實際運(yùn)行下來的效果怎么樣呢？

淺層地源熱泵該如何進(jìn)一步的發(fā)展呢？在2012年咱們國家實際上是率先的走了這樣的一條路徑，實際上是從地面往下取2到3公里，在這里不是取熱水，不是以打溫泉方式取熱水，而是用一根同軸的套管，一層內(nèi)管和一層外管，形成這樣一根超長的同軸套管換熱器的結(jié)構(gòu)形式。

經(jīng)過這幾年的工作，到目前來看還是得到了比較多的認(rèn)可，特別是得到了工程實踐的認(rèn)可。為什么這么說？我們具體研究方法就是從兩方面開展工作，第一個工作就是實測。

那么另一方面開展了相應(yīng)的模型研究。這個模型大概分成了五大塊，第一塊實際上是建筑的模型，也就是從供熱的需求側(cè)的模型。第二模型實際上是用戶側(cè)的水系統(tǒng)模型，即系統(tǒng)配合調(diào)節(jié)的模型。第三個模型是熱泵機(jī)組的模型，考慮熱泵機(jī)組的效率該如何提升。第四個模型是整個地源換熱系統(tǒng)的水力模型。第五個也是最重要、最特殊的，就是地下深層的換熱模型。根據(jù)運(yùn)行之后將理論和運(yùn)營數(shù)據(jù)結(jié)合產(chǎn)生的一個模型，就是機(jī)組模型。最后就是換熱孔的模型。

這是實測的結(jié)果。即使是在同一個地區(qū)它的實際換熱效果也會有所區(qū)別，原因就是地下情況的隨機(jī)性和復(fù)雜性。但是即使是這樣的一個系統(tǒng)大家可以看到，和傳統(tǒng)的淺層地?zé)崮芟啾?，它的出水溫度要高得多，熱泵機(jī)組的效率還是比較高的。

那么有實測數(shù)據(jù)之后我們又進(jìn)行了模擬分析，把實測的和模擬的結(jié)果進(jìn)行了一個對比，在不同的進(jìn)口溫度和不同流量的情況下，無論是水溫的模擬分析，還是換熱量的模擬分析，還是實測的熱泵機(jī)組的模擬分析，通過實測數(shù)據(jù)驗證了我們的模型還是比較準(zhǔn)確的。有了這個之后就可以用這個模型來做整個系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行優(yōu)化了，這里面我給出了幾個例子。

目前我們對這個系統(tǒng)的設(shè)計提供了相應(yīng)的模擬分析的工具，能夠比較好的預(yù)測，對系統(tǒng)進(jìn)行這樣的一個設(shè)計和相應(yīng)的控制。未來還可以在兩方面進(jìn)行優(yōu)化，第一方面把內(nèi)套管的絕熱做得更好，系統(tǒng)效率會更高。第二是尺寸的變化，尺寸的優(yōu)化也會導(dǎo)致成本的變化。

那么下一頁說的是未來優(yōu)化的一些方向，包括從系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)等等方面，另外整個換熱器還有很大的空間去提升，同時熱泵機(jī)組也有很大的性能提升的空間。

還有最后一個問題就是恢復(fù)問題，通過模擬分析和目前最長的一個在用的項目情況，總體來說這個技術(shù)還是能夠有比較好的低溫恢復(fù)能力。

最后一頁做一個總結(jié)，同軸套管換熱技術(shù)，經(jīng)過實踐和理論的驗證，它可以很好地去滿足供熱需求，與高效的熱泵結(jié)合就可以大幅度的降低實際采暖過程中所消耗的化石能源的量，也是未來的城市清潔供熱一個非常好的補(bǔ)充。好，謝謝大家。