法國地源熱泵發(fā)展調(diào)查
Florence Jaudin1，Johan Ransquin2
1法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局, 3 Avenue C. Guillemin, 45060 ORLEANS Cedex 2, 法國
2法國環(huán)境與能源管理署, 500 route des Lucioles, 06560 VALBONNE, 法國
摘要：20世紀80年代初，地下水源熱泵運用到個人住宅和小型建筑群中。能源價格的下跌和對熱泵的誤解，是造成其失敗的主要原因。誤解形成的原因是過快的發(fā)展建立在能源價格以及設(shè)備和安裝人員質(zhì)量差的基礎(chǔ)上，從而導(dǎo)致很多故障和供暖質(zhì)量差。
由于減少溫室氣體的現(xiàn)行目標以及化石燃料的不確定性，使法國熱泵市場再次興起。
自1997年以來，在由法國環(huán)境與能源管理署（ADEME）和法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局（BRGM）支持的法國電力公司（EDF）的推動下，熱泵業(yè)有了新的開始。
自2005年以來市場迅速增長；由于需求很大，，有時現(xiàn)有從業(yè)者難以滿足市場需求，因此吸引了新的投資者。
在此背景下，我們的目的是以質(zhì)量為基礎(chǔ)得到一個可控的市場發(fā)展。
在此背景下，我們的目的是以質(zhì)量為基礎(chǔ)得到一個可控的市場發(fā)展。
本文介紹法國推廣、扶持和保護地源熱泵市場的做法：熱泵行業(yè)的組織、質(zhì)量政策的實施、技術(shù)支持、財政支持、交流和信息以及研究活動。
關(guān)鍵詞：地熱熱泵，地源熱泵，市場壁壘，質(zhì)量
1 概述
歷史上，在20世紀80年代石油危機的背景下，法國首次嘗試發(fā)展地源熱泵。為了發(fā)展熱泵及減少石油消耗，這個時期興起的項目在一個很有希望的開始后，最后出現(xiàn)重大挫折，使人們對采用熱泵這種方案缺乏興趣和信心。導(dǎo)致該失敗的主要原因為：
——市場開發(fā)太快，只以能源成本為基礎(chǔ)。后來當石油價格下降時，很多人重新考慮這種方案的適宜性，生態(tài)意識尚不流行……
——熱泵從業(yè)者沒有很好的準備。與機器及其安裝有關(guān)的質(zhì)量問題和缺乏有資質(zhì)的專業(yè)維修人員，導(dǎo)致很多故障和供暖質(zhì)量差。這造成人們對熱泵解決方案的差評。
——熱泵與現(xiàn)有住宅的鍋爐相結(jié)合的目標，在技術(shù)上很復(fù)雜。熱泵行業(yè)者沒有準備好解決這個問題。
在首次嘗試之后，在約10年間法國每年安裝的熱泵只有幾百臺。
自1997年以來，在由法國環(huán)境與能源管理署和法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局支持的法國電力公司的最初推動下，地源熱泵市場正在恢復(fù)。汲取過去的教訓(xùn)，對于新建建筑，關(guān)注點放在了質(zhì)量和較容易實現(xiàn)的技術(shù)方案上。這個新起點確實源于能源價格的上漲和生態(tài)意識的加強，但是它主要還是10年來克服發(fā)展的壁壘、延續(xù)市場的行動和措施的結(jié)果。法國保護市場的主要行動如下：
——熱泵行業(yè)的組織
——質(zhì)量政策的實施
——技術(shù)支持
——財政支持
——交流與信息
——研究
2 熱泵行業(yè)的組織
通過協(xié)助熱泵普及工作、為示范工程，研發(fā)項目以及公眾教育籌措資金，法國環(huán)境與能源管理署、法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和法國電力公司幫助組織了市場。
2.1 增長的市場
自2005年以來，市場大幅增長（圖2）。這種增長主要受烴類燃料價格增長、法國政府給予的稅收優(yōu)惠和正在增長的生態(tài)意識的影響。與2007年鍋爐估計銷售70萬臺相比，供暖（和制冷）熱泵市場增長快但還是小，；這表明市場潛力仍然很大。
地熱熱泵（GHP）也稱為地源熱泵（GSHP），圖1給出了法國發(fā)展的不同種類的地下熱開采系統(tǒng)。
所售的地源熱泵主要安裝在新建住宅中，逾90%為5~20kW的個人所用的機組。
由于現(xiàn)有住房的需求，空氣-水型熱泵的銷售正在不斷增長（圖2）。在現(xiàn)有住房中安裝空氣源熱泵比地源熱泵更為簡單，并且資金投入較低。
由于需求很大，有時現(xiàn)有市場參與者難以滿足，市場吸引了新的投資者。
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圖1 法國主要的地下?lián)Q熱系統(tǒng)
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圖2 2002~2008年間熱泵的銷量
2.2 熱泵協(xié)會
2002年成立了法國熱泵協(xié)會（AFPAC）。該協(xié)會一直致力于召集所有熱泵行業(yè)的參與者，從制造商到安裝人員。其目的是促進熱泵供暖和制冷的應(yīng)用，著重關(guān)注質(zhì)量。
法國熱泵協(xié)會的成立是法國推廣該技術(shù)的有力手段。它提供了一個討論熱泵、制定符合所有業(yè)內(nèi)成員的推廣政策的“平臺”。法國熱泵協(xié)會是熱泵的專職“代言人”，特別是與政府溝通時。例如，它在爭取熱泵減稅的過程中發(fā)揮了作用。
法國熱泵協(xié)會是歐洲熱泵協(xié)會的成員。
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圖3 AFPAC的質(zhì)量策略
3 質(zhì)量政策的實施
質(zhì)量推廣的目的很明顯是為了避免過去的錯誤再次發(fā)生，并且可以通過保持公眾對熱泵的信心來發(fā)展持久的市場。實施這個質(zhì)量途徑的重點在于它必須通過熱泵行業(yè)自身的引導(dǎo)，而達到可持續(xù)的發(fā)展。這就是為什么法國環(huán)境與能源管理署、法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和法國電力公司一直盡量嘗試著去暗示和鼓勵專業(yè)人員試行質(zhì)量政策。因此，每一次活動會與法國熱泵協(xié)會商定、與所有熱泵從業(yè)者分享。自1997年以來，已經(jīng)發(fā)展出了不同的質(zhì)量工具：
——機器的質(zhì)量標簽：NF PAC
——安裝人員的質(zhì)量許可證：QualiPAC
——鉆井質(zhì)量許可證：QualiForage
——規(guī)范與標準
3.1機器的質(zhì)量標簽：NF PAC
NF PAC是一個非強制性的質(zhì)量認證，其目的是證明機器符合歐洲標準確定的承諾和特定的參考體系。在參考體系中，加入了額外的技術(shù)參數(shù)，如其他運行點的性能測試、EN 14511（直接膨脹式機組）中沒有包含的機器測試條件和最小性能系數(shù)。
對于用戶來說，NF PAC是一個質(zhì)量標志。它由法國質(zhì)量保證協(xié)會（AFAQ）頒發(fā)。
NF PAC是看齊歐洲標準認證的第一步（NF PAC標準未包括直接膨脹式熱泵）?；诖嗽?，它被設(shè)計為“與歐洲標準相容”，與其他標簽如DACH或Eurovent的一致性已通過認證。
通過實驗室測試和工廠的審核，NF PAC標簽?zāi)軌蜃C明：
——性能系數(shù)
——熱功率
——聲功率
所以此標簽可用于比較機器的性能。
3.2安裝人員的質(zhì)量許可證：“QualiPAC”
頒發(fā)該許可證是由于系統(tǒng)成功的關(guān)鍵之一在于熱泵的安裝。測試經(jīng)驗說明了這點。再者，在法國，要成為一名熱泵安裝人員，除了至少要對所需處理的流體進行登記外，無需強制性的技術(shù)能力。這會導(dǎo)致人們受市場膨脹的影響，在沒有意識到需要高技術(shù)能力的情況下即開始從事這一行業(yè)。消費者無法區(qū)分專業(yè)人士或投機分子，一些致命的缺陷可能破壞對熱泵的看法。
基于這些原因，法國熱泵協(xié)會自2002年起，為想要成為能夠保證質(zhì)量的專業(yè)安裝人員制定許可證。該許可證由業(yè)內(nèi)所有成員合作詳細制定，在2007年上半年開始頒發(fā)。該許可證為一個完整的質(zhì)量體系，包括：
——對于用戶，安裝人員有10條承諾，包括進行建筑物的實際熱負荷研究以評估其需求的必要性。
——許可證明確給出了允許加入和退出的條件，如最低技能水平和服從現(xiàn)場安裝控制的義務(wù)。
——培訓(xùn)課程。根據(jù)安裝人員的經(jīng)驗，該培訓(xùn)課程由3種不同水平組成。安裝人員申請許可證必須通過測試證明其技術(shù)能力好，或必須通過培訓(xùn)課程。
——工具如測算軟件的提供，，以及確定熱泵系統(tǒng)設(shè)計和安裝規(guī)則的技術(shù)指導(dǎo)。
——質(zhì)檢體系，包括現(xiàn)場隨機選取控制點。
——交流計劃。以傳單、網(wǎng)站、新聞發(fā)布會等形式，把信息傳遞給公眾和專業(yè)人員。
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圖4 QualiPAC所確定的安裝人員10項承諾中的5項
3.3鉆井質(zhì)量許可證：QualiForage
該舉措的最初目的在于監(jiān)督豎直埋管（套管）地源熱泵市場，實施途徑為:
——利用根據(jù)行業(yè)規(guī)則進行換熱器施工的參考規(guī)范，執(zhí)行“質(zhì)量標準”
——推廣豎直埋管換熱器的最佳品牌形象
這個許可證的目的在于還可以使公眾識別參與質(zhì)量管理的鉆井。鉆井必須遵守許可證中確定的一些規(guī)定。
這些條例為：
——技術(shù)上：如何恰當?shù)卦O(shè)計和施工地埋管換熱器？考慮安全章程和環(huán)境，如何安排施工現(xiàn)場？
——行政上：項目中不同個人的職責是什么？有關(guān)客戶的承諾有哪些？
——司法上：需要遵守的法律框架是什么？
——簽署一個關(guān)于地熱換熱器的10年保證協(xié)議。
鉆井公司簽署一份承諾，以遵守許可證中規(guī)定的規(guī)則。他們必須接受工作并服從管理。
作為報答，他們從法國環(huán)境與能源管理署、法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和法國電力公司的交流活動中受益，公眾清楚地認識到他們是質(zhì)量有保證的鉆井人員。在法國環(huán)境與能源管理署和法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局關(guān)于地熱的公開網(wǎng)站（www.geothermie-perspectives.fr/）和法國電力公司網(wǎng)站（www.afpac.org）上可以查閱擁有許可證的鉆井人員名單。
QualiForage由一系列關(guān)于地埋管換熱器的技術(shù)性文件支持（圖5）。技術(shù)性文件中包含的主要資料和支持有：
規(guī)章框架+技術(shù)支持
10年的保證協(xié)議
鉆井人員的培訓(xùn)
準備行政審批所需的文件
現(xiàn)場的控制點
好的地埋管換熱器安裝影響這個供暖系統(tǒng)的性能。QualiForage保證遵守行業(yè)規(guī)章：
換熱器的規(guī)格，根據(jù)地下巖土的性質(zhì)和有無地下水，精確地滿足供暖（或制冷）的需求。
遵守兩個換熱器之間的最小間距，防止地下凍結(jié)。
實現(xiàn)施工的技術(shù)條件（鉆井、下管和回填所采用的技術(shù)）。
換熱器水密性和氣密性的現(xiàn)場測試。
這個鉆井人員的質(zhì)量許可證的實施目的是：
——加強質(zhì)量標準
——使得該領(lǐng)域與歐盟目標相一致
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圖5 QualiForage技術(shù)文件
3.4標準與規(guī)范
法國地熱規(guī)范的發(fā)展必須考慮地源熱泵的快速發(fā)展。目前，一般來說沒有明確地為地埋管換熱器（BHE）和地源熱泵（GSHP）制定專門的法律條文。甚至沒有在法律框架中提及水平換熱器（通常<1.5m深）。
不過，情況正在好轉(zhuǎn)，2007年已經(jīng)編制了地下水和地熱井的兩項標準：
——Norme AFNOR FD X10-999
——Norme AFNOR NF X10-980
再者，準備為垂直換熱器編制一個新的標準。它的第一個目的是給出一個技術(shù)性和科普性的文本，便于用戶、安裝人員或鉆井人員等閱讀。它闡明了服務(wù)的范圍以及操作人員之間的責任傳遞（熱泵安裝人員、鉆井人員、承包人……）。
該標準的第二和更多的技術(shù)目的是說明鉆孔回填需要達到的質(zhì)量。在法國，出于環(huán)境和地下水保護的目的，垂直換熱器在鉆孔的所有深度上都必須回填。
4 技術(shù)支持
4.1 免費使用現(xiàn)有的地質(zhì)資料
所有可用的公共地學(xué)資料（地質(zhì)、水文地質(zhì)和環(huán)境資料等）可以通過InfoTerre入口獲得和查詢，該入口提供廣泛的在線服務(wù)，可訪問由法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和其他單位制作的地質(zhì)相關(guān)資料。
地質(zhì)圖、測井和剖面，
包含鉆孔記錄的鉆孔數(shù)據(jù)庫，
地下水和礦物資料，
等等。
所有數(shù)據(jù)在交互操作式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上（http://infoterre.brgm.fr）以數(shù)字格式獲得。
4.2 安裝地下水熱泵的決策工具
在法國一些區(qū)域，地理信息系統(tǒng)（GIS）適用于決策者；他們可以評估地源熱泵在當?shù)氐目尚行?，決定他們是否投資這個項目。
地質(zhì)地理信息系統(tǒng)給所有參與者提供當?shù)氐叵滤牡責釢摿?shù)據(jù)。它提供了關(guān)于區(qū)域表層水文地質(zhì)的客觀技術(shù)資料，以及行政、經(jīng)濟和技術(shù)方面的用戶指南。
它們主要用于服務(wù)業(yè)建筑物（辦公區(qū)、醫(yī)院、購物中心、賓館等）的中等及大型的地源熱泵。
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圖6 利用CD-ROM或網(wǎng)頁地理信息系統(tǒng)進行區(qū)域地下水地熱資源研究的實例
圖7 利用地理信息系統(tǒng)進行區(qū)域地下水地熱資源研究的項目
（取自www.geothermieperspectives.fr）
5 財政支持
為了加速市場的發(fā)展，法國在國家層面及一些地方層面創(chuàng)立了一些財政激勵措施。
5.1 減少所得稅
通過與AFPAC的討論，2005年法國當局對熱泵減稅50%。原則是減少把熱泵作為主要供暖系統(tǒng)的納稅人的所得稅。如果它由專業(yè)人員安裝，并且性能系數(shù)大于3.3，該值為機器價格的40%（減去勞動力成本后）。它適用于所有的熱泵類型（除空氣源外），即使有人收入不必交稅，與減稅額相同的錢會作為補助金。
該項措施對于熱泵市場十分重要，因為它降低了熱泵系統(tǒng)的投資回收期，通常熱泵系統(tǒng)的投資回收期比更為廣泛的化石燃料供暖系統(tǒng)要長。
該項措施促進了市場增長，也改變了市場。通常，熱泵銷售適于新建建筑物（大約占熱泵銷售額的96%）。所得稅的減少以及燃料能源價格的上漲，激活了現(xiàn)有住房市場。該改變主要有利于水源和空氣源熱泵，因為它們比其他技術(shù)對住房周圍景觀造成的干擾少。
5.2 AQUAPAC——對地源熱泵的地質(zhì)風(fēng)險保險
AQUAPAC是對地質(zhì)風(fēng)險的一個保障，當?shù)叵滤糜谀茉茨康臅r，其鉆井結(jié)果具不確定性。該保險系統(tǒng)針對中到大型地源熱泵項目（>30kW）。該系統(tǒng)在20世紀80年代由法國環(huán)境與能源管理署、法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和法國電力公司設(shè)立，在21世紀初重新啟動。它專門用于利用井深淺于100m的地下水熱泵。其原則是對用戶提出雙重的保險，涵蓋兩個風(fēng)險：
——“尋水保險”涵蓋鉆井失敗的風(fēng)險，如含水層中無水或流量不足；
——“持久性的保險”涵蓋10年內(nèi)在井的使用過程出現(xiàn)干涸或硬件事故的風(fēng)險。
其目的是使用戶以小花費獲得保障，從而促使其愿意選擇這種熱泵。
AQUAPAC是基于由法國環(huán)境與能源管理署、法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和法國電力公司撥出的擔?；?。用戶必須按系統(tǒng)費用的一定比例付保證金，但是就傳統(tǒng)的保險而言這個費用少。
也許可以從區(qū)域或地方委員會獲得當?shù)氐闹С郑寒斠恍┑胤轿瘑T會想促進地源熱泵時，會對地埋管換熱器提供額外支持。
圖8 AQUAPAC技術(shù)文件
6 公眾信息
在法國阻礙熱泵發(fā)展的因素之一是人們沒有普遍認識到它是一個供暖和制冷的解決方案，特別是普通公眾。其導(dǎo)致兩種結(jié)果：
——第一，當人們選擇供暖和制冷系統(tǒng)時沒有考慮到這種解決方案。
——第二，人們對熱泵有錯誤的認識，所以銷售商向人們保證熱泵性能時他們?nèi)圆幌嘈拧?/span>
法國環(huán)境與能源管理署與法國熱泵協(xié)會和法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局已合作開發(fā)一些信息工具用于公眾宣稱：
——關(guān)于熱泵系統(tǒng)的傳單。
——現(xiàn)場展示可再生能源實體模型。
——法國范圍內(nèi)大約350個能源顧問正在向大眾提供能效建議。
——組織信息課程幫助他們有效地推廣熱泵。
——把熱泵的信息提供給在26個農(nóng)村辦公室工作的法國環(huán)境與能源管理署的能源工程師。通過他們與當?shù)卣慕涣魍茝V熱泵。
——還可以通過網(wǎng)頁提供熱泵信息：www.ademe.fr；www.afpac.org；www.geothermie-perpectives.fr。
——技術(shù)文件和培訓(xùn)課程。
由于在熱泵行業(yè)工作不需要官方認可的技術(shù)能力，那么有必要盡可能多地傳播設(shè)計和安裝熱泵系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)則。目的是使已經(jīng)在熱泵行業(yè)工作的專業(yè)人員以及剛開始從事這行的新人可以分享和使用它們。
為此，開發(fā)或更新了一些技術(shù)指南，并由法國熱泵協(xié)會或其他專業(yè)組織分發(fā)。還開發(fā)了熱泵安裝人員的培訓(xùn)課程。有QualiPAC執(zhí)照的安裝人員可以獲得培訓(xùn)，不需要獲得許可證的人也能參與培訓(xùn)。
7 研究
法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局和中心區(qū)域的委員會聯(lián)合出資，建立了測試地源熱泵地埋管換熱器的試驗場所。2007年和2008年建立了這個試驗平臺的主要構(gòu)件，2008年末安裝了模擬供暖或制冷需求的熱力系統(tǒng)。
平臺的目的為：
——描述換熱器的功能，結(jié)合它們更好地對系統(tǒng)進行說明，以及更好地涵蓋其所涉及的范圍（能源、環(huán)境和經(jīng)濟優(yōu)化）。描述地質(zhì)參數(shù)對性能的影響，
——調(diào)查當周圍地表凍結(jié)時其作用的條件，便于我們更好地了解如何保持地埋管的長期性能，
——研究地埋管換熱器對環(huán)境的影響：溫度（埋管之間的干擾）、穩(wěn)定性和平衡，化學(xué)、細菌學(xué)方面問題，
——研究年供暖和/或制冷循環(huán)條件下的蓄熱問題，
——與系統(tǒng)所有的因素（基底、熱泵、建筑物、天氣預(yù)報等）結(jié)合，評估年平均性能系數(shù)，
——安裝認證的前景，
——開發(fā)換熱器新概念，如較小的地埋管換熱器，以及降低投資，
——驗證概念，核實和優(yōu)化其性能，確定應(yīng)用市場（氣候、規(guī)模、城市環(huán)境等），
——利用平臺作為測試和示范的工具；這個場所將給員工提供培訓(xùn)和宣傳專業(yè)活動的機會。
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圖9 試驗平臺—概念
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圖10 試驗平臺—木質(zhì)建筑外觀
8 結(jié)論
目前，通過促進質(zhì)量和行業(yè)管理等各項活動，地源熱泵在法國發(fā)展順利。現(xiàn)在的目的是保持增長、制定不同的質(zhì)量工具，通過強制性的規(guī)定實施或是必須的，如果能夠很好地實行，地源熱泵從業(yè)者就必須遵循。
為了帶動法國地熱業(yè)的發(fā)展，法國環(huán)境與能源管理署和法國地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查局正在聯(lián)合努力。地熱可成為達到《京都議定書》目標的重要貢獻者之一，這一點是十分重要的。
譯自”Investigations into GSHP development in France”, Proceedings World Geothermal Congress 2010, No.2915, pp8, Bali, Indonesia, 25-29 April 2010. 孫燕冬譯，鄭克棪校
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