土壤源热泵技术对温室气体GHG减排的贡献

土壤源热泵技术对温室气体(GHG)减排的贡献

李　永,王侃宏,侯立泉,谷铁柱

(河北工程大学城建学院,河北邯郸　056038)

摘要:提出了热泵耗煤当量的概念。以邯郸地区为例,分析了电力驱动热泵供热技术(以土壤源热泵为例)替代锅炉房供热后,供暖季单位住宅建筑面积锅炉房的耗煤量与土壤源热泵耗煤当量的差别。计算出供暖季单位住宅建筑面积温室气体CO2排放的减少量。分析了影响温室气体减排量的几个因素。

关键词:土壤源热泵;温室气体;减排;耗煤当量中图分类号:TU833.3　　　　　　　　文献标识码:A　　为了应对全球气候变暖的趋势,国际社会先后制定了《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》,规定了对CO2、CH4、N2O、HCFS(氢氟碳化物)、PFCS(全氟碳化物)和SF6(六氟化硫)六种温室气体排放的限制。其目的在于“将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。”我国的温室气体排放量居世界第二位,时刻面临着来自国际和国内的重大压力。因此,应该在科学发展观的指导下,积极发展和推广利用环境友好的新技术,开发利用新能源和可再生能源。

热泵技术可以把不能直接利用的低品位热能(如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等)转化为可利用的高品位能,从而达到节约部分高位能(煤、石油、天然气、电能等)、减少温室气体排放的目的。有研究表明,与区域锅炉房的能耗相比,相同

)作为低容量的热泵站的能耗,用河水(5～6.6℃

位热源时,年节煤率为12.68～14.08%;用海水(12

)作为低位热源时,年节煤率为21.59～～13.6℃

)作为低位热源时,39.98%;用工业废水(18～20℃

年节煤率为39～39.98%[1]。因此,热泵技术对温室气体CO2的减排作出了很大的贡献,是一种绿色空调供热新技术。

只对以土壤为低温热源的电力驱动热泵系统进行减排潜力分析,其它热源形式的热泵系统可以参照此分析方法,其不同之处就在于系统COP的差异。电力驱动土壤源热泵是以消耗电能为代价,将不可直接利用的低温土壤热能转化为高品位热能。衡量其性能的一个重要参数是土壤源热泵系统的COP,它是热泵机组供热量与热泵系统所消耗的电能的比值,此值不同于热泵机组的COP。有研究表明,系统平均制热系数为3.17[2]。

目前,我国北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15～18%。并且,我国正处在城市化高速发展的过程中,为适应城镇人口飞速增长的需求和继续改善人民生活水平的需要,在2020年前我国每年城镇新建建筑的总量将持续保持在1.0×109m2/a左右,到2020年新增城镇民用建筑面积将为(1.0-1.5)×1010m2。由于人民生活水平的提高,供暖需求线不断南移,新建建筑中将有7.0×109m2以上需要供暖[3]。可见,供暖是一个耗能大户,直接以煤为能源的供暖方式会产生大量的温室气体及有害气体。

本文以邯郸地区为例,说明应用电力土壤源热泵系统所产生的温室气体减排量的计算方法。设供暖日期为150d,热泵机组连续运行,考虑到其大部分时间是在部分负荷下运行的,为了计算方便,折合成其每天满负荷连续运行16h。不同地区及不同的供热方式,热泵系统所消耗的电量是不相同的,应区别对待。邯郸地区住宅建筑冬季供热面积热指标可取为60W/m2[4],则整个供暖季单位面积建筑需要提供热量为144kWh/m2,再由COP的定义

1土壤源热泵技术减排潜力分析

如上所述,热泵的分类根据低温热源形式的不同,可以有很多种,不同形式热源的热泵其运行性能系数(COP)是不同的。限于篇幅的要求,本文

收稿日期:2006-05-22

基金项目:河北省科学技术研究与发展计划项目(06276903D-2)

作者简介:李永(1981-),男,河北深泽人,硕士研究生,从事暖通空调研究。

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

第4期李永等:土壤源热泵技术对温室气体(GHG)减排的贡献49

可以得出整个供暖季单位建筑面积由土壤源热泵系统来承担时所消耗的电量为45.4kWh/m2。

由中国电网结构可知,邯郸地区所在的电网为河北南部电网,河北南部电网和京津唐电网之间有很大的电力调入调出,根据已批准的用于计算可再生能源并网发电项目方法学上减排量计算的基准线的要求,不能把河北南部电网作为计算减排量的项目电网,河北南部电网的上一级电网为华北电网,并且和它相邻的东北电网及华中电网之间的调入调出很少,可以满足作为项目电网的要求[5]。2005年整个华北电网的装机容量基本上是以火电为主,并且大部分是以煤为燃料的,煤炭燃烧所产生的温室气体是CO2。小水电和风电等温室气体零排放的可再生能源发电所占的比例很小,因此可以忽略它们的影响,只考虑那些温室气体排放量非常大的燃煤火电厂。据有关官方统计资料表明,2005年整个华北电网的年均发电标煤耗量为345g/kWh。此数值说明,华北电网每产生1kWh的电量,所消耗的标煤量为345g。因此,将整个供暖季单位建筑面积土壤源热泵系统的耗电量转换为标煤耗量为15.7kg/m2,此数值称为土壤源热泵系统的耗煤当量。

为了计算土壤源热泵系统的减排量,必须找到一个合适的比较基准,即相对于此基准产生的减排量。这个基准在《联合国气候变化框架公约》下的CDM执行理事会批准的方法学中称为基准线。这里选择以燃煤的区域锅炉房供热作为比较的基准线。同样是提供144Wh/m2的热量,如果由燃煤区域锅炉房来承担的话,其耗煤量的计算就涉及到锅炉的效率和燃料的热值问题。由文献[6]可知,区域锅炉房中使用燃煤锅炉的热效率能达到80%以上。考虑到热量在输送过程中的损失,假设燃煤区域锅炉房的平均供热效率为65%,查2000-2002能源统计年鉴得知,河北地区燃料的热值为29.330kJ/g标煤[7]。由此计算出,当热源形式为锅炉房时,供暖季单位建筑面积标煤耗量为27.2kg/m2。可以看出,供暖季单位建筑面积锅炉房的耗煤量比热泵机组的耗煤当量高11.5kg,即大概是热泵机组耗煤当量的1.7倍,可见,热泵系统节能效果是非常明显的。

有关减排量的计算方程式如下:

(1)ER=COEFi×Fi式中ER—单位供暖面积的减排量(gCO2/m2);

Fi—锅炉房标准煤耗量和热泵供热时标准煤耗量的差值(g标煤/m2),由以上计算得出;COEFi—燃料i在不同装置中燃烧时的CO2排放系数(gCO2/g

标煤),为简化计算,这里对任意装置都取为同样的值。

(2)COEFi=NCVi×EFCO2×OXIDi式中NCVi—燃料i的净热值,29.330kJ/g标煤;

EFCO2—燃料i的单位能量CO2排放因子,这里取

IPCC国家默认值95.26gCO2/MJ;OXIDi—燃料i

在不同装置中燃烧的氧化率,为简化计算,这里对

(IPCC1996范例修正指南)。任意装置都取100%。

将已知数据代入(2)式,计算得出标煤的COEF为2.79gCO2/g标煤,将此数据代入(1)式,根据前面已经算出的耗煤量的差值,可以得出供暖季单位建筑面积的CO2减排量为32kgCO2/m2。

2减排量的影响因素分析在以上的减排量计算中,选择的基准为锅炉房供热,由于中国的生产力发展不平衡,各地经济水平相差很大,有的城市的供热方式是以热电联产为主的,它的效率要高于锅炉房,因此温室气体的排放量会小于锅炉房供热。在这种情景下,由上述方法计算出的排放量是偏大的。另一方面,由于中国的地域非常广阔,各处的煤质量是不一样的,其热值也会有所区别。再有,各个燃烧设备的燃烧方式不同,其燃烧的氧化率是不同的。随着《可再生能源法》于2006年1月1日生效,国家要求在发电行业中,可再生能源发电要达到一定的配额,并给予了一些优惠和激励政策。当可再生能源发电达到一定的容量时,就不能再忽视其对减排量的影响。这时,单位发电量的耗煤量会减少,使热泵的当量耗煤量相应的减少,减排效果更显著。减排量还会随着供热方式的不同而有所不同,不同供热方式的供热时间是不一样的。

3结论

1)土壤源热泵减少了对常规能源的消耗及其

它有害粉尘和颗粒的排放,符合《京都议定书》中提出的要求。

2)以锅炉房供热为比较基准,热泵机组的耗煤当量比锅炉房低11.5kg,节能效果非常显著。

3)供暖季单位建筑面积的CO2减排量为32kgCO2/m2。

4)热泵低温热源形式不同,其COP值会有所

差别。不同供热方式的运行时间不同,所产生的减排量也会有一定的差异。

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

50河　北　建　筑　科　技　学　院　学　报2006年

参考文献:

[1]徐邦裕,陆亚俊.热泵[M].北京:中国建筑工业出版

[4]陆耀庆.供暖通风设计手册[M].北京:中国建筑工业

社,2003.

[2]王景刚.自然工质热泵循环和地源热泵运行特性研究

[D].天津:天津大学,2002.

[3]江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通

空调,35(5):30-40.

出版社,1987.

[5]联合国清洁发展机制执行理事会.已批准的集合方法

学ACM0002[EB].http://cdm.unfccc.int/methodolgies/PAmethodolgies/approved.html.2006.

[6]贺平,孙刚.供热工程[M].北京:中国建筑工业出版

社,1993.

[7]国家统计局.中国能源统计年鉴2000-2002[M].北京:

中国能源出版社,2003.

Thecontributionofgeothermalheatpumptechnologytothereductionof

GreenHouseGas(GHG)

LIYong,WANGKan2hong,HOULi2quan,GUTie2zhu(CollegeofUrbanConstruction,HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China)

Abstract:Theconceptofheatpumpcoalconsumptionequalquantitywasbroughtforwardtoanalyzingthedifference

ofcoalconsumptionbetweenheatingboilerandheatpump2takegeothermalheatpumpforexample2ofperheatingunitsoftheresidentbuildinginHandanclimate.Whentheheatingboilerwassubstitutedforheatpump,theemissionre2ductionofGreenHouseGasCO2ofperheatingunitsoftheresidentbuildingwascalculatedandseveralfactorsthatinfluencetheemissionreductionofGHGwassimplyanalyzed.

Keywords:ground2sourceheatpump;GreenhouseGas;emissionreduction;coalconsumptionequalquantity

(责任编辑　闫纯有)

(上接第34页)

巧妙的空间布局和序列组织可以让人在充满

戏剧性的空间中充分享受参观带来的舒适和体验。这样的展示环境才是文物的空间和艺术的空间,文物、艺术和情感自然而然融为一体。

无限丰富的意蕴—“情有所感”,实现设计者与参

观者之间在心灵上的共鸣,达到情景共融、教育大众的效果,从而把博物馆的内涵和作用推向新的境界。参考文献:

[1]潘杰.展览艺术[M].哈尔滨:黑龙江美术出版社.1992.[2]文化部文物局.中国博物馆学概论[M].北京:文物出

3结语

情感融入是博物馆室内设计的生命活力所在,把握其空间的生命性和戏剧性,构筑无形的情感空间,就能与人们丰富的内心世界相连结,让人在参观陈列内容的同时,在有限的空间中感受到

版社,1985.

[3]梁玖.艺术概论[M].重庆:西南师范大学出版社,1995.[4]王鸿.真情的交融-博物馆陈列形式中的情感艺术

[J].中原文物,2004,(4):86-88.

Museumspaceemotionexpression

JIANing,HUWei

(ChinaUniversityofMiningandtechnology,XuzhouofJiangsuprovince221008,China)

Abstract:Theemotionintrojectionsofinteriordesignofmuseumwerediscussedinordertosearchforthebondingpointsbetweenphysicalspaceandemotionalspace.Thefreshvitalitywillbeinfusedintotheinteriordesignofmuse2umbyconstructionofemotionspaceandemotionalexpression.Keywords:Interiordesignofmuseum,Space,Emotion

(责任编辑　刘存英)

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net