格瑞思总经理刘定国谈地源热泵与再生水集成应用

中国是世界上开发利用地热能资源最早的国家之一，对温泉等地热资源的利用可追溯到先秦时期。21世纪以来，在政策引导和市场需求推动下，地热能资源开发利用得到较快发展，当前，我国地热能产业体系已基本成形，但仍然存在着发展不均衡、不协调等问题，行业仍需持续进化迭代。

近日，《地源热泵》杂志社记者采访了天津市格瑞思机电新技术有限公司总经理刘定国，探讨地源热泵的未来该何去何从。刘定国表示，随着时代的发展，传统的地源热泵开发模式的弊端开始逐渐显露，企业需要不断革故鼎新，用新的技术、新的理念来保持活力，持续为行业输送优质的解决方案。

图为刘定国总经理在地源热泵高层论坛期间举办的地源热泵产品博览会上向参观人员介绍专利技术

政策热市场冷

近年来，我国加强能源体系建设，优化能源消费结构、提高清洁能源比重成为发展要义，地热能受到了国家层面政策的扶持，国家和部分地方政府系列的政策出台为行业发展指明了方向。

《地热能开发利用“十三五”规划》明确提出，“十三五”时期各地区根据地热资源特点和当地用能需要，因地制宜开展浅层地热能、水热型地热能的开发利用，开展干热岩开发利用试验。然而，市场表现却逐年下落，与政策导向呈背道而驰的状态。

对此，刘定国一针见血地指出，市场遇冷主要是因为目前地源热泵开发建设的模式存在问题。

刘定国认为，地源热泵开发建设的单体工程模式是目前制约行业发展的重要桎梏。在单体工程模式下，地源热泵系统中的关键技术即冷/热源一侧的浅层地热能换热系统——地源工程，由单个用户根据其自身所在地点的环境条件、资源条件、水文地质条件、施工条件和建筑物本身的冷/热负荷要求，采用某一种形式的地源热泵系统，单独组织力量进行工程施工，自成体系，独立运行。

在刘定国看来，这种开发模式存在诸多缺陷，从技术维度来说，包含三个层面：首先，单体工程开发模式受资源及施工条件的制约，城区建筑物密集区域无法满足打井埋管面积需求，而地表水地源热泵系统则要求建筑物临近江、河、湖、海等;其次，单体工程往往采用某一种形式的地热能资源，而单一地热能资源的自平衡能力有限，人为调控也很困难，很难做到能量平衡;再次，单体工程采用的单一形式地热能资源往往具有局限性和不稳定性，不能完全保证冷/热源的品质，从而不能保证系统节能效果及持续、稳定的运行。

此外，地源热泵系统是一门多种学科交叉，多种专业结合的综合性技术，尤其地源工程是一个与水文地质、地形地貌、浅层地热能资源、地质勘察、钻井工程等相关的复杂的系统工程。地源热泵系统优劣、成败的关键在地源工程，可以说地源工程影响整个地源热泵行业的发展。单体工程受资源条件、水文地理、施工条件、施工权限等限制，很难满足这种要求。与此同时，施工的不规范及良莠不齐的工程质量，进一步剥离了用户对地源热泵系统的信任，经历了2010年前后的高速发展之后，在政府频繁出台多项扶持、优惠政策的背景下，市场表现反而谨慎、悲观，逐渐萎缩，行业发展进入停滞期。

国内外探索之路

刘定国认为，一个地区的原生态地热能资源，是一个经过漫长的气候、地质变迁，从天空到地表、从地表到地下孕育而成的稳定和谐的能量场，它是一个有机的整体，是一个相互关联、循环再生的系统，对它的开发利用必须秉承科学的态度，严格按照客观规律科学开发、有序建设。

因此，面对单体工程开发模式对地源热泵发展造成的困局，建立一个科学的、高效的、稳定的、先进而实用的、可持续发展的地源热泵系统，是摆在人们面前十分紧迫的任务。这也是国内外专家学者、行业有识之士孜孜以求的探索之路。据刘定国介绍，目前已有至少三种较为典型的国内外解决方案，其共同的探索路径是摒弃单体工程模式，建立一个具有公共冷热源的地源热泵系统。

方案一是同济大学龙惟定教授团队的能源总线方案，它是建立一个总线结构的浅层地热能换热系统，在区域内统一采集地源水，直接向区域内用户的水源热泵机组提供冷热源，用户不再进行地源工程施工。

方案二是一个欧盟发明专利，它是将污水处理厂收集的污水通过公共管网输入到用户的水源热泵机组，作为区域内水源热泵机组的公共冷热源。

方案三也是一个欧盟发明专利，它是将城市自来水管网中的一部分自来水输入到用户的水源热泵机组，作为区域内水源热泵机组的公共冷热源。

刘定国表示，这些方案的设计思路都是要摒弃单体工程模式，建立一个具有公共冷热源的地源热泵系统，国内外专家团队的探索为后来者开阔了思维，一定程度上为更具实操性、合理性的解决方案的提出奠定了基础。

格瑞思的破局之道

在广泛借鉴国内外技术团队经验的基础上，刘定国和他的团队提出了基于城市再生水(中水)回用技术和地源热泵技术整合集成的解决方案。该方案是在城市建立一个独立的非饮用水管网，或在城市已有的再生水管网的基础上，将地源热泵技术整合上去，集成为一个新的管网——地源水·再生水管网。

刘定国表示，该系统在区域内建设若干浅层地热能换热系统，采集地源水，将获取的地源水与再生水厂生产的再生水整合一起，通过公共管网向区域内的用户集中供水。在技术路线上，按照先能源后水源的梯级利用原则，先向区域内用户的水源热泵机组提供作为冷/热源的源侧水，制冷制热和生产热水，然后，将通过热力循环提取能量后的出水，再用作传统的非饮用水，从而实现一水两用，一网两用，实现了资源的科学整合和集成，实现了资源的梯级利用、循环利用以及高效利用。

谈到为何将地源热泵与再生水进行整合集成，刘定国认为主要是出于三方面的考虑：其一，再生水本来就是地源热泵的冷热源，它的主要技术参数——水质和温度与从其它形式浅层地热能换热系统采集的地源水完全一致，在技术上没有整合障碍;其二，我国是水资源极度匮乏的国家，再生水是解决水资源短缺的有力途径，能为城市提供一个数量巨大、成本较低、输配方便的第二水源，而再生水的开发利用遭遇了再生水管网缺乏的瓶颈;其三，再生水中蕴含着能量，它是浅层地热能的一种形式，是地源热泵系统的优质冷热源，现在的再生水回用只限于水资源的使用，用于非饮用水领域，将水中的能量白白扔掉了。

因此，地源热泵系统与再生水系统的整合集成在实现资源整合、降低成本及产业整合上具有天然的一致性。管网中的传输介质——源侧水·再生水，既是区域内非饮用水的水源，又是区域内地源热泵的冷/热源，既是水资源，又是一种能源，该方案将两种资源科学地整合集成，实现了资源的梯级利用与科学利用;在管道铺设方面，两网合一、一网两用也大大降低了工程的投资成本及运行成本和管理成本。刘定国表示，该方案提出的地源热泵·再生水产业是一个完全绿色的产业，可以为建设节水城市、低碳城市、生态城市提供有力的技术支撑和产业支撑，可创造巨大的节能、节水、环保、生态、经济、社会效益。

刘定国认为，地源热泵·再生水技术方案可以根据城市地理条件，浅层地热能资源情况，城市的发展规划，对管网的建设进行统一规划，科学规划，最大限度地、最充分地开发利用一个地区的浅层地热能资源，并且还可以整合、集成区域内其它可再生能源、未利用能源、传统能源的余/废热。具有显著的特点，具体表现在以下几个方面：

第一，本方案整合、集成了区域内多种形式的浅层地热能资源，建立了一个公共的能量场，可以为区域内任何一个用户的水源热泵机组提供冷/热源，并且安装使用十分便捷，无需复杂施工，可大大减少初期投资和后期管理费用;

第二，该方案集成了区域内多种形式的地热能资源，可以在一个广大的区域内，对各种地热能资源进行统一调控与优势互补、优化调配，从而实现能量的基本平衡和提供高品质的冷/热源;

第三，该方案建立的区域公共供水管网，是城市的基础设施，在工程建设上，可以集中集中多方面的资金，严格工程管理，做到认真勘察，科学规划，精心设计，规范施工，有序开发，工程质量容易得到保障，并且可以让地源系统的日常运行、维修可以得到专业化的管理，从而保证地源热泵系统稳定，长久，高效地运行;

第四，该方案打破了地源热泵和中水回用两个领域、两个系统的界限，实现了跨技术领域，跨行业领域，跨工程领域的科学结合，将两网合二为一，实现一水两用，一网两用。

值得一提的是，《区域地源热泵系统源侧水·中水公共供水管系网系统》目前已相继获得中国、美国、日本、欧盟发明专利授权，攻克了单体工程开发模式对地源热泵发展的桎梏难题，成为刘定国及其技术团队贡献给行业的专业力量，赢得了业界的普遍认可。

察行业之势，驭创变之锋。基于系统的认知思维与创新求变的企业基因，相信刘定国与格瑞思将在时代的浪潮中领航而行，以持续奔跑的姿态、海纳百川的胸怀和专注蓬勃的力量，再创新的奇迹，为行业贡献更多的思考与智慧。

(注：原文刊登于2019年11月《地源热泵》，更多精彩内容请阅读《地源热泵》杂志)