強化規(guī)范管理 促進地源熱泵高質量發(fā)展
——業(yè)內人士熱議《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》
近日，備受業(yè)界關注的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》國家標準已于2022年4月1日起正式實施。該規(guī)范為強制性工程建設規(guī)范，全部條文必須嚴格執(zhí)行，現(xiàn)行工程建設標準相關強制性條文同時廢止。出臺《規(guī)范》的現(xiàn)實針對性是什么？這部《規(guī)范》的意義和亮點是什么？對于地源熱泵行業(yè)將帶來怎樣的影響？近日，有關業(yè)內人士就此接受了《中國地熱》記者采訪。
“全文強制性”建設規(guī)范，凸顯節(jié)能降耗決心
“今年4月1日起執(zhí)行的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》是建筑節(jié)能與可再生能源利用領域唯一的一本以技術專業(yè)為對象的強制性工程建設規(guī)范，與法律、行政法規(guī)、部門規(guī)章中的技術性規(guī)定共同構成“技術法規(guī)”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(guī)范的全部條文強制執(zhí)行，明顯區(qū)別于以往的規(guī)范標準中強制性條文和非強制條文共存的形式。
《規(guī)范》的出臺旨在更好地執(zhí)行國家有關節(jié)約能源、保護生態(tài)環(huán)境、應對氣候變化的法律、法規(guī)，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(huán)境，滿足經濟社會高質量發(fā)展的需要。
相對于各類現(xiàn)行國家標準，於仲義認為《規(guī)范》的主要亮點體現(xiàn)以下幾點：一是規(guī)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(yè)建筑，新增溫和地區(qū)設置供暖空調系統(tǒng)的工業(yè)建筑節(jié)能設計指標，拓展工業(yè)標準適用范圍。二是被動節(jié)能措施優(yōu)先。建筑節(jié)能應以保證生活和生產所必需的室內環(huán)境參數(shù)和使用功能為前提，遵循被動節(jié)能措施優(yōu)先的原則。三是新建建筑節(jié)能設計水平進一步提升。四是可再生能源利用要求細化?！兑?guī)范》中對太陽能利用、空氣源熱泵、地源熱泵等可再生能源系統(tǒng)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(tǒng)效率和照明要求全面提升。
值得一提的是，《規(guī)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(qū)現(xiàn)行節(jié)能標準不同，平均設計能耗水平在現(xiàn)行節(jié)能設計國家標準和行業(yè)標準的基礎上分別降低30%和20%。嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑平均節(jié)能率應為 75%；其他氣候區(qū)居住建筑平均節(jié)能率應為 65%；公共建筑平均節(jié)能率應為72%。對此，業(yè)內人士向本刊記者表示，“建筑節(jié)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(yè)而言，實現(xiàn)過程和結果的雙重節(jié)能是適應建筑節(jié)能要求的必由之路。”
綜合規(guī)范諸多亮點，西安交通大學建筑節(jié)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(yè)節(jié)能設計綱領性規(guī)范。“新規(guī)范的亮點不僅將可再生建筑能源系統(tǒng)的設計、施工、運行管理等全鏈條環(huán)節(jié)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(xiàn)了碳達峰碳中和遠景目標下暖通空調行業(yè)節(jié)能降耗的決心。”他認為，該規(guī)范的實施必將為建筑節(jié)能技術發(fā)展和建筑節(jié)能設計水平提升奠定堅實基礎，助力雙碳目標實現(xiàn)。
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(guī)范》首次將可再生能源利用與建筑節(jié)能提到了并列的關系。建筑節(jié)能是“節(jié)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(jié)流”并重的新思路，體現(xiàn)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(yè)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(tǒng)能效，助力能源低碳轉型
能源效率提升是當前能源發(fā)展現(xiàn)實條件下實現(xiàn)高質量碳達峰的重要手段，也是未來實現(xiàn)碳中和的重要途徑之一。《規(guī)范》著重提出，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?guī)范》第5章節(jié)將“可再生能源建筑應用系統(tǒng)設計”單列一章，從工程勘察、系統(tǒng)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(tǒng)設計”單列一章，就使得新建建筑在節(jié)能降耗的基礎上能夠進一步結合可再生能源系統(tǒng)，提升可再生能源利用比率和應用效果，實現(xiàn)更加深入的節(jié)能減排。這對建筑領域節(jié)能低碳發(fā)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(huán)節(jié)間缺乏聯(lián)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(guī)》有了明確的規(guī)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(tǒng)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(huán)和全過程的精細化管理，不斷提高系統(tǒng)實際運行效率和節(jié)能減排效果，更好的促進城鄉(xiāng)建設領域節(jié)能低碳轉型與發(fā)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(fā)展具有明顯的時域特征。在新的時代背景下，我國建筑業(yè)邁入高質量發(fā)展新階段。從應用的需求和品質要求方面，《新規(guī)》對可再生能源建筑應用系統(tǒng)設計提出的明確規(guī)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(tǒng)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(jié)能設計標準》，《規(guī)范》提高了對冷水機組、風冷多聯(lián)機等設備和熱泵系統(tǒng)的能效指標要求。這為熱泵廠家?guī)砹藱C遇，同時也提出了挑戰(zhàn)。
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(chuàng)新，有利于廠家向市場提供性能更好、更節(jié)能的設備。作為集中央空調系統(tǒng)設備研發(fā)、制造、銷售及服務為一體的大型企業(yè)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(guī)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(tǒng)的冷熱源設備供應，向系統(tǒng)的解決方案轉變，以科學的管理方法，統(tǒng)籌熱泵系統(tǒng)設計、選型、生產、裝配以及運維，從而實現(xiàn)全流程的高效節(jié)能。
隨著行業(yè)的持續(xù)進步與發(fā)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(yōu)化，向整體性的技術創(chuàng)新，包括壓縮機形式、電機形式、更高效環(huán)保的冷媒及系統(tǒng)形式等。另外，優(yōu)化設備面向不同使用場景的運行控制和調節(jié)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(tǒng)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(jié)策略。
蔡皖龍表示，在提高設備和系統(tǒng)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(yōu)化，才能真正實現(xiàn)建筑全生命周期內的持續(xù)高效節(jié)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(yè)發(fā)展的必要手段，未來將成為行業(yè)內主流發(fā)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(tǒng)在設計施工、運行等階段存在的問題，受訪業(yè)內人士大多指出，“不少工程項目設計未進行全年動態(tài)負荷及吸、排熱量計算”“地埋管打井存在不規(guī)范，回填未按規(guī)范進行”“部分系統(tǒng)未做熱物性實驗或后期沒有地溫監(jiān)測系統(tǒng)”。業(yè)內人士表示，對于地源熱泵系統(tǒng)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(fā)展，實現(xiàn)由粗放型發(fā)展向精細化發(fā)展轉型勢在必行。
傳統(tǒng)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(jié)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(tǒng)性能和地溫變化開展持續(xù)監(jiān)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(fā)揮地源熱泵技術優(yōu)勢，有時甚至出現(xiàn)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(tǒng)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(tài)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(tǒng)，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(tǒng)設計。
受訪業(yè)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(tǒng)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(tǒng)在南方或北方建筑應用均會出現(xiàn)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(tǒng)綜合能效比低。“針對這個問題，現(xiàn)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(tǒng)。對于復合地源熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)有的設計多采用工程經驗或靜態(tài)設計方法，也容易導致冷熱不平衡、容量不匹配、多能協(xié)同利用差等問題；同時復合系統(tǒng)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(xiàn)階段地源熱泵施工存在的上述問題，《規(guī)范》明確提出“當淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應用建筑面積大于或等于5000m²時，應進行現(xiàn)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(tǒng)設計應進行所負擔建筑物全年動態(tài)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(guī)模地埋管地源熱泵系統(tǒng)，應進行10年以上地源側熱平衡計算。
蔡皖龍表示，《規(guī)范》的出臺明確了對大型地源熱泵系統(tǒng)必須開展動態(tài)負荷分析和生命周期巖土平衡計算的要求，這將有力規(guī)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(yè)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(yè)聯(lián)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(yè)綜合服務聚合商將成為未來地源熱泵產業(yè)發(fā)展的中堅力量。
崔萍認為，《規(guī)范》中對淺層地埋管地源熱泵系統(tǒng)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(guī)范要求。她相信《規(guī)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(yè)健康快速發(fā)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(guī)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(yè)而言可謂是再啟“藍海”，迎來新的發(fā)展機遇和契機。
守牢發(fā)展底線，以高標準要求推動高質量發(fā)展
近年來，全國多地發(fā)生了因地熱回灌問題而引發(fā)的地熱封井事件，引發(fā)社會關注。地熱回灌涉及地熱資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護問題，是地熱開發(fā)中不可回避的一個重要課題。作為強制性條文，《規(guī)范》明確提出，“地下水換熱系統(tǒng)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(wěn)定的前提?！兑?guī)范》強調，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(xù)出水量和回灌量應穩(wěn)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(tǒng)設備的使用要求。
目前一些地源熱泵工程因粗放開發(fā)，地下施工的監(jiān)督管理未有效進行，質量控制存在缺失環(huán)節(jié)，導致部分項目失敗或節(jié)能效果欠佳。受訪者表示，《規(guī)范》從工程系統(tǒng)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(tǒng)的應用能力進行提升，這就要求相關產業(yè)鏈進行技術升級做好配套服務。“相信《規(guī)范》的實施對整個地源熱泵產業(yè)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(xù)監(jiān)測、評估、診斷與優(yōu)化，并且充分利用運行數(shù)據對系統(tǒng)設計和相應目標值的設定進行反饋與優(yōu)化，從而形成良好的閉環(huán)和全過程的精細化管理，實現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)工程應用質量不斷提升，實際運行效率和節(jié)能減排效果的不斷提升，更好的促進地源熱泵行業(yè)的發(fā)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(yōu)化，凝練技術，及早發(fā)現(xiàn)，及早解決，才能真正發(fā)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(fā)展，地源熱泵的利用都需要綜合考慮時間、空間、氣候環(huán)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(xù)發(fā)展。
面向新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，鄧杰文建言：可再生能源系統(tǒng)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(tǒng)形式，加強施工質量監(jiān)管、嚴格開展調試驗收，結合大數(shù)據與人工智能技術、打造智慧化綜合能源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能降耗減排運行等方面不斷提升工程質量，強化節(jié)能減排效果，以更積極主動的態(tài)度、更先進的技術、更高質量的工程賦能地源熱泵行業(yè)持續(xù)高質量發(fā)展。
王建奎認為，《規(guī)范》的頒布為行業(yè)吹響了前進的號角，同時也給從業(yè)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(fā)展，《規(guī)范》明確了規(guī)劃、設計、施工、運行的強制要求，構筑了行業(yè)發(fā)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(yè)。行業(yè)從業(yè)者必須時刻保持清醒的頭腦，以《規(guī)范》作為我們行動的準則，守牢底線，不碰紅線，以優(yōu)異的技術、優(yōu)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(yè)行穩(wěn)致遠。”王建奎說。（文/戴海雷）
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