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強化規范管理 促進地源熱泵高質量發展
近日，備受業界關注的《建筑節能與可再生能源利用通用規范》國家標準已于2022年4月1日起正式實施。該規范為強制性工程建設規范，全部條文必須嚴格執行，現行工程建設標準相關強制性條文同時廢止。出臺《規范》的現實針對性是什么？這部《規范》的意義和亮點是什么？對于地源熱泵行業將帶來怎樣的影響？近日，有關業內人士就此接受了《中國地熱》記者采訪。
“全文強制性”建設規范，凸顯節能降耗決心
“今年4月1日起執行的《建筑節能與可再生能源利用通用規范》是建筑節能與可再生能源利用領域唯一的一本以技術專業為對象的強制性工程建設規范，與法律、行政法規、部門規章中的技術性規定共同構成“技術法規”體系。”中信建筑設計研究總院建筑科學研究院副總工程師於仲義告訴記者，規范的全部條文強制執行，明顯區別于以往的規范標準中強制性條文和非強制條文共存的形式。
《規范》的出臺旨在更好地執行國家有關節約能源、保護生態環境、應對氣候變化的法律、法規，落實碳達峰、碳中和決策部署，提高能源資源利用效率，推動可再生能源利用，降低建筑碳排放，營造良好的建筑室內環境，滿足經濟社會高質量發展的需要。
相對于各類現行國家標準，於仲義認為《規范》的主要亮點體現以下幾點：一是規范覆蓋面廣。涉及的建筑類型不僅包含民用建筑，也包含工業建筑，新增溫和地區設置供暖空調系統的工業建筑節能設計指標，拓展工業標準適用范圍。二是被動節能措施優先。建筑節能應以保證生活和生產所必需的室內環境參數和使用功能為前提，遵循被動節能措施優先的原則。三是新建建筑節能設計水平進一步提升。四是可再生能源利用要求細化�！兑幏丁分袑μ柲芾�、空氣源熱泵、地源熱泵等可再生能源系統提出了明確指標和技術要求。五是建筑碳排放計算作為強制要求。六是暖通空調系統效率和照明要求全面提升。
值得一提的是，《規范》提高了居住建筑、公共建筑的熱工性能限值要求，與大部分地區現行節能標準不同，平均設計能耗水平在現行節能設計國家標準和行業標準的基礎上分別降低30%和20%。嚴寒和寒冷地區居住建筑平均節能率應為 75%；其他氣候區居住建筑平均節能率應為 65%；公共建筑平均節能率應為72%。對此，業內人士向本刊記者表示，“建筑節能設計水平的進一步提升，實質是對建筑實施過程和運行均提出了要求，對于暖通行業而言，實現過程和結果的雙重節能是適應建筑節能要求的必由之路。”
綜合規范諸多亮點，西安交通大學建筑節能研究中心蔡皖龍博士認為，這是一部具有標志性意義的暖通行業節能設計綱領性規范。“新規范的亮點不僅將可再生建筑能源系統的設計、施工、運行管理等全鏈條環節考慮在內，還將建筑碳排放強度水平作為強制要求，充分體現了碳達峰碳中和遠景目標下暖通空調行業節能降耗的決心。”他認為，該規范的實施必將為建筑節能技術發展和建筑節能設計水平提升奠定堅實基礎，助力雙碳目標實現。
浙江省建筑科學設計研究院有限公司空調研究所所長王建奎認為，《規范》首次將可再生能源利用與建筑節能提到了并列的關系。建筑節能是“節流”，可再生能源利用是“開源”，是一個問題的兩個方面，“開源”和“節流”并重的新思路，體現了在“雙碳”背景下，有效降低建筑碳排放的總體策略和基本技術路徑。
業內人士告訴記者，在當前“雙碳”愿景下，以太陽能、地源熱泵等為代表的可再生能源建筑供能技術毫無疑問將成為未來新建建筑不可或缺的組成部分。
提升可再生能源系統能效，助力能源低碳轉型
能源效率提升是當前能源發展現實條件下實現高質量碳達峰的重要手段，也是未來實現碳中和的重要途徑之一�！兑幏丁分靥岢�，提高能源資源利用效率，推動可再生能源利用，降低建筑碳排放�！兑幏丁返�5章節將“可再生能源建筑應用系統設計”單列一章，從工程勘察、系統設計、產品能效、安全保障等方面對可再生能源利用作了細則要求。
清華大學建筑學院博士后鄧杰文表示，將“可再生能源建筑應用系統設計”單列一章，就使得新建建筑在節能降耗的基礎上能夠進一步結合可再生能源系統，提升可再生能源利用比率和應用效果，實現更加深入的節能減排。這對建筑領域節能低碳發展，助力國家“雙碳“目標提供了更好的支撐與工具。
目前，我國建筑領域缺乏從設計、施工、調試到運行的全過程精細化管理，導致各個環節間缺乏聯動，設計意圖難以全部有效落實，最終導致實際運行效果不佳。鄧杰文認為，《新規》有了明確的規定后，能夠促使新建項目更加嚴格把控工程建設質量，嚴格進行設備和系統的調試與驗收，并為相關工作的開展提供了方法、目標和支撐。從而形成良好的閉環和全過程的精細化管理，不斷提高系統實際運行效率和節能減排效果，更好的促進城鄉建設領域節能低碳轉型與發展。
於仲義說，我國可再生能源建筑應用從單個項目示范到城市級示范、集中連片示范，其應用發展具有明顯的時域特征。在新的時代背景下，我國建筑業邁入高質量發展新階段。從應用的需求和品質要求方面，《新規》對可再生能源建筑應用系統設計提出的明確規定，特別是以實際運行能耗、能效和碳排放為直接考核目標，進一步促進可再生能源系統在應用質量方面的提升與促進。
建筑能效的提升，離不開建筑設備技術改造和產品升級。對標GB50189-2015《公共建筑節能設計標準》，《規范》提高了對冷水機組、風冷多聯機等設備和熱泵系統的能效指標要求。這為熱泵廠家帶來了機遇，同時也提出了挑戰。
山東格瑞德集團有限公司相關負責人表示，機組效率要求全面提升，對熱泵廠家性能設計、制作工藝等提出了更高的要求，推動廠家技術能力提升和創新，有利于廠家向市場提供性能更好、更節能的設備。作為集中央空調系統設備研發、制造、銷售及服務為一體的大型企業集團，昆山臺佳機電有限公司負責人向本刊記者表示，為適應新《規范》的要求，熱泵廠家需要順應要求進化升級：一是通過技術的更新迭代，以及地源熱泵等可再生能源的利用，提升效率。二是需要轉換思維，從傳統的冷熱源設備供應，向系統的解決方案轉變，以科學的管理方法，統籌熱泵系統設計、選型、生產、裝配以及運維，從而實現全流程的高效節能。
隨著行業的持續進步與發展，單純提升設備部件的效率已遇到了瓶頸，投入大但提升效果有限。對此，鄧杰文表示在這種情況下就需要設備廠家積極轉換思路，從局部部件的優化，向整體性的技術創新，包括壓縮機形式、電機形式、更高效環保的冷媒及系統形式等。另外，優化設備面向不同使用場景的運行控制和調節能力，特別是針對運行過程中變化的冷熱供應需求、設備運行工況，從傳統的尖峰工況夠不夠的跳高思路向長期運行、變工況運行能效好不好的跳遠思路轉變，給出更有針對性、更加智慧高效的調節策略。
蔡皖龍表示，在提高設備和系統額定工況效能指標的基礎上更加注重變負荷工況的性能優化，才能真正實現建筑全生命周期內的持續高效節能運行，從而使得產品具有獨特競爭力，最終占領市場。“通過與科研院校和研究機構合作，開展產學研用一體化研究和應用工作，是未來設備廠家提升自身競爭力，加速企業發展的必要手段，未來將成為行業內主流發展模式。”蔡皖龍說。
由粗放型向精細化轉變，地源熱泵再啟“藍海”
目前我國地源熱泵系統在設計施工、運行等階段存在的問題，受訪業內人士大多指出，“不少工程項目設計未進行全年動態負荷及吸、排熱量計算”“地埋管打井存在不規范，回填未按規范進行”“部分系統未做熱物性實驗或后期沒有地溫監測系統”。業內人士表示，對于地源熱泵系統施工而言，這些“隱蔽工程”是項目施工質量的“生命線”。新時代新使命中，踐行能源革命，推動地源熱泵等可再生能源應用高質量發展，實現由粗放型發展向精細化發展轉型勢在必行。
傳統地源熱泵工程項目大多設計、施工、運行管理“三權分立”，由于不熟悉設計細節和實際施工情況，第三方運維人員在項目日常維護和運行管理過程中可能會忽略對系統性能和地溫變化開展持續監測評估，不能根據工程運行情況及時調整運行策略，無法最大限度發揮地源熱泵技術優勢，有時甚至出現工程能效過低、項目運行成本高昂等情況。
鑒于目前地源熱泵系統在實際工程應用中存在精細化管理不足的問題，鄧杰文建議，在設計階段要明確項目未來實際運行的需求和特點，進行針對性的設計，一方面避免過大的裝機選型，不僅帶來了投資冗余，還不利于未來的變工況運行。另一方面需要關注冷熱供應需求的動態變化，也就是要進行逐時的負荷計算，這一點能夠更好的指導設備的選型和運行控制策略的制定。特別是對于地源熱泵系統，給出全年累積的冷熱供應需求，就能夠充分考慮全年取熱與排熱的平衡，來指導系統設計。
受訪業內人士指出，精細化設計更重要的一點是在設計階段定量的給出未來運行的目標，包括供冷供熱量的目標、能耗能效和碳排放的目標，從而作為指導依據貫穿整個建設和未來運行過程，嚴格把控工程建設質量，嚴格進行設備和系統的調試與驗收。
山東建筑大學熱能工程學院副院長崔萍告訴本刊記者，單一地源熱泵系統在南方或北方建筑應用均會出現地下冷熱不平衡問題，同時大集群埋管，換熱器輸送能耗較高，這些均會導致地源熱泵系統綜合能效比低。“針對這個問題，現在越來越多的大型項目多采用多能互補的復合地源熱泵系統。對于復合地源熱泵系統，現有的設計多采用工程經驗或靜態設計方法，也容易導致冷熱不平衡、容量不匹配、多能協同利用差等問題；同時復合系統在運行管理方面也缺乏科學精準的控制策略。”崔萍說。
針對我國現階段地源熱泵施工存在的上述問題，《規范》明確提出“當淺層地埋管地源熱泵系統的應用建筑面積大于或等于5000m²時，應進行現場巖土熱響應試驗”，同時還強制性要求，淺層地埋管換熱系統設計應進行所負擔建筑物全年動態負荷及吸、排熱量計算，最小計算周期不應小于1年。建筑面積50000m²以上大規模地埋管地源熱泵系統，應進行10年以上地源側熱平衡計算。
蔡皖龍表示，《規范》的出臺明確了對大型地源熱泵系統必須開展動態負荷分析和生命周期巖土平衡計算的要求，這將有力規范相關工程項目的設計流程，確保項目方案設計合理性。同時，這無疑將倒逼地源熱泵產業鏈在實際項目應用中建立健全覆蓋項目全生命周期設計-施工-運行管理各階段的一體化產業聯動體系。他認為，具有自主設計、施工和后期運行維護能力的地源熱泵行業綜合服務聚合商將成為未來地源熱泵產業發展的中堅力量。
崔萍認為，《規范》中對淺層地埋管地源熱泵系統的設計及施工安裝做了強制要求，對地源熱泵工程設備性能、安裝與驗收有了更為嚴格的規范要求。她相信《規范》的實施，將加快地源熱泵市場由粗放模式向精細模式轉型，助力地源熱泵相關產業健康快速發展。
於仲義向記者表示，此次國家將可再生能源納入到新建建筑及建筑群的總體規劃之中，推動可再生能源建筑用能升級，這對于太陽能、地源熱泵行業而言可謂是再啟“藍海”，迎來新的發展機遇和契機。
守牢發展底線，以高標準要求推動高質量發展
近年來，全國多地發生了因地熱回灌問題而引發的地熱封井事件，引發社會關注。地熱回灌涉及地熱資源的可持續利用和環境保護問題，是地熱開發中不可回避的一個重要課題。作為強制性條文，《規范》明確提出，“地下水換熱系統應根據水文地質勘察資料進行設計。必須采取可靠回灌措施，確保置換冷量或熱量后的地下水全部回灌到同一含水層，不得對地下水資源造成浪費及污染。”
熱源井抽水和回灌試驗，是保障工程低位熱源供應穩定的前提�！兑幏丁窂娬{，地下水源熱泵的熱源井應進行抽水試驗和回灌試驗，并應單獨驗收，其持續出水量和回灌量應穩定，且應對照圖紙核查；抽水試驗結束前應在抽水設備的出口處采集水樣進行水質和含砂量測定，水質和含砂量應滿足系統設備的使用要求。
目前一些地源熱泵工程因粗放開發，地下施工的監督管理未有效進行，質量控制存在缺失環節，導致部分項目失敗或節能效果欠佳。受訪者表示，《規范》從工程系統全生命周期考慮，對施工調試驗收與運行管理等強制要求，對地源熱泵整個系統的應用能力進行提升，這就要求相關產業鏈進行技術升級做好配套服務。“相信《規范》的實施對整個地源熱泵產業鏈技術是一個大的提升，地源熱泵應用品質也將會得到大浮提升。”
鄧杰文表示，項目在未來長期運行過程中，要不斷的對標目標設定值，對實際運行性能進行持續監測、評估、診斷與優化，并且充分利用運行數據對系統設計和相應目標值的設定進行反饋與優化，從而形成良好的閉環和全過程的精細化管理，實現地源熱泵系統工程應用質量不斷提升，實際運行效率和節能減排效果的不斷提升，更好的促進地源熱泵行業的發展。
“打鐵還需自身硬，要對可再生能源利用工程中存在的問題，查找不足，不斷優化，凝練技術，及早發現，及早解決，才能真正發揮可再生能源的作用。”於仲義表示，無論南北市場，還是縱深融合發展，地源熱泵的利用都需要綜合考慮時間、空間、氣候環境、資源條件等因素，做到因地制宜，才能保障地源熱泵等可再生建筑應用趨于向良性可持續發展。
面向新的發展機遇和挑戰，鄧杰文建言：可再生能源系統一定要對自身提出更高的要求，不斷修煉“內功”，從更加合理的設計方法，更加因地制宜、特別是多能耦合的系統形式，加強施工質量監管、嚴格開展調試驗收，結合大數據與人工智能技術、打造智慧化綜合能源管控系統，實現節能降耗減排運行等方面不斷提升工程質量，強化節能減排效果，以更積極主動的態度、更先進的技術、更高質量的工程賦能地源熱泵行業持續高質量發展。
王建奎認為，《規范》的頒布為行業吹響了前進的號角，同時也給從業者敲響了責任的警鐘，為了保障地源熱泵等可再生能源建筑應用的健康發展，《規范》明確了規劃、設計、施工、運行的強制要求，構筑了行業發展的底線。“大量的工程案例說明，盲目的大干快上、急功近利會毀了我們的事業。行業從業者必須時刻保持清醒的頭腦，以《規范》作為我們行動的準則，守牢底線，不碰紅線，以優異的技術、優質的工程作為我們對社會的答卷，不忘初衷，才能使我們的事業行穩致遠。”王建奎說。