地源熱泵制冷制熱都不是問(wèn)題

 據(jù)科技網(wǎng)站arstechnica北京時(shí)間8月7日?qǐng)?bào)道，谷歌系初創(chuàng)公司Dandelion近日大力推廣地源熱泵技術(shù)，認(rèn)為該技術(shù)的復(fù)興能夠?yàn)榈吞辑h(huán)保提供便利。同時(shí)，該技術(shù)也具有極大潛力，擁有商業(yè)價(jià)值。以下為報(bào)道詳細(xì)內(nèi)容：

谷歌系初創(chuàng)公司Dandelion和美國(guó)光伏發(fā)電公司SolarCity一樣，都試圖在家庭溫控系統(tǒng)上有所作為，而Dandelion希望普及的則是一項(xiàng)有著幾十年歷史的節(jié)能型制熱與制冷技術(shù)。

這一技術(shù)名為“地源熱泵”或“地?zé)釤岜?rdquo;，在這幾十年里，用于無(wú)數(shù)家庭提高或降低溫度。在油價(jià)昂貴的寒冷地區(qū)，這一技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛。該技術(shù)利用地表淺層相對(duì)穩(wěn)定的溫度，借助填有水/防凍溶液（Dandelian公司采用的是食品級(jí)別的丙二醇），提高或降低房屋內(nèi)部的溫度。雖然“地源熱泵”并非新型技術(shù)，但是Dandelion表示，該技術(shù)在安裝流程、商業(yè)模式方面已取得一定的進(jìn)展，這會(huì)更加吸引用戶(hù)使用內(nèi)置該技術(shù)的系統(tǒng)。

這一點(diǎn)尤為重要。因?yàn)樵谌蛏虡I(yè)環(huán)境中，此類(lèi)系統(tǒng)，不論是升溫還是制冷，仍舊嚴(yán)重依賴(lài)燃燒化石燃料——冬夏運(yùn)行空調(diào)，都十分消耗能源（“地源熱泵”技術(shù)同樣需要電能輔助，下文會(huì)進(jìn)行解釋。）。

“地源熱泵”技術(shù)如何工作？

　　Dandelion家居示意圖

在北半球，地表淺層的土壤的溫度幾乎總是與該區(qū)域全年平均氣溫接近（根據(jù)美國(guó)能源部數(shù)據(jù)，大約為10℃-15℃）。季節(jié)性溫度變化較小。因此，地源熱泵安裝人員可以將填充了溶液的管道水平或垂直放置在地下。

借助熱泵，管道中循環(huán)的溶液，在冬天將熱量從地面?zhèn)鬟f到建筑物內(nèi)，提升溫度；在夏天，溶液可將熱量傳遞出建筑物。根據(jù)美國(guó)2007年的《環(huán)境研究報(bào)告》顯示，地源熱泵的“能源消耗僅為最節(jié)能的常規(guī)替代產(chǎn)品的25％至30％”。

當(dāng)然，該系統(tǒng)也有一定的缺陷。使用恰當(dāng)?shù)牡卦礋岜眉夹g(shù)十分重要——安裝的關(guān)鍵取決于住宅的位置、房屋的大小、土壤組成以及其他相關(guān)條件。由于熱泵需要一定的電力供其運(yùn)行，因此其避免使用溫室氣體的性能，同樣取決于當(dāng)?shù)厥聵I(yè)單位使用可再生能源的多少?！董h(huán)境研究報(bào)告》文章指出，有人擔(dān)心，用于為某些地源熱泵供電的能源，相較于供給于較新的高效率爐，能源消耗更甚。所以并不是每個(gè)家庭都需要立刻采用該技術(shù)。

哪里才是Dandelion發(fā)展的關(guān)鍵？

Dandelion公司表示，其簡(jiǎn)化了家庭使用地源熱泵所需做出的決定。這家初創(chuàng)公司出自谷歌母公司Alphabet的moonshot實(shí)驗(yàn)室，即曾經(jīng)的Google X。這一實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)為許多高級(jí)項(xiàng)目注資，如自駕車(chē)（Waymo）、頭戴式移動(dòng)電腦（Google Glass）和醫(yī)療診斷（Verily）等項(xiàng)目。

筆者與Dandelion的CEO詹姆斯·庫(kù)阿奇（James Quazi）談?wù)摿嗽擁?xiàng)目。庫(kù)阿奇表示，Dandelian現(xiàn)在只安裝兩級(jí)熱泵，這一技術(shù)相較于變頻熱泵而言，并不算新技術(shù)。變頻熱泵可以通過(guò)熱泵壓縮機(jī)調(diào)節(jié)制冷與制熱工作。但是，庫(kù)阿奇認(rèn)為兩級(jí)熱泵技術(shù)是已經(jīng)“經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)”的技術(shù)，而且規(guī)避更為尖端的技術(shù)，也可以為公司降低成本。畢竟，對(duì)于公司而言，展示地源溫控并不奢侈，也是重要的一部分。

具體來(lái)說(shuō)，Dandelion的系統(tǒng)使用了一個(gè)包含溫度交換器的熱泵，與一個(gè)或兩個(gè)400英尺長(zhǎng)的管道相連，這些管道垂直埋在一個(gè)或兩個(gè)四英寸寬的鉆孔中。（“500英尺一般是客戶(hù)采用的最大值，因?yàn)樵偕罹托枰@得采礦許可證了。”，庫(kù)阿奇表示。）

管道內(nèi)充滿著水和丙二醇的混合溶液，捕獲周?chē)寥赖南鄬?duì)溫度。然后將該混合溶液，借助熱泵，傳送到熱交換器。通過(guò)壓縮機(jī)工作，溶液可達(dá)到56℃，這一溫度可以為房屋提供溫暖。

Dandelion公司如何鉆孔，這一點(diǎn)值得一提。庫(kù)阿奇表示：“一般來(lái)說(shuō)，鉆孔人員會(huì)采用現(xiàn)有的設(shè)備。”這意味著，Dandelion公司經(jīng)常會(huì)使用采礦用的鉆頭在地面鉆孔，寬度為6英寸。然后安裝人員卻只插入兩根1.25英寸寬的管道，底部由U型管道連接。但實(shí)際上，6英寸對(duì)比2.5英寸，可謂大材小用。現(xiàn)在，Dandelion正在改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備，只需鉆孔寬約4英寸，這就意味著鉆孔的后期清理過(guò)程更加高效，鉆孔過(guò)程更加經(jīng)濟(jì)。

此外，該公司表示，公司已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了一些定制鉆機(jī)，將在紐約州北部進(jìn)行鉆孔修改（這也是Dandelion公司首次安裝其設(shè)備）。在這個(gè)地區(qū)，在處理巖石之前，會(huì)遇到一些如庫(kù)阿奇所說(shuō)的“松散的土壤”。在傳統(tǒng)的地源熱泵安裝中，該區(qū)域的土壤需要被稱(chēng)為套管的鋼管加固。

然而，安裝套管使得垂直式地源熱泵的價(jià)格差異很大。因?yàn)殂@孔人員無(wú)法在項(xiàng)目進(jìn)行之前確定每個(gè)項(xiàng)目需要多少費(fèi)用。這也讓公司與客戶(hù)在報(bào)價(jià)過(guò)程中，困難重重。與此不同的是，庫(kù)阿奇表示，Dandelion將使用共振聲波鉆頭在鉆孔中液化土壤。這將允許鉆孔人員在“大約10分鐘內(nèi)”安裝長(zhǎng)達(dá)60英尺的套管。

在美國(guó)本土努力前進(jìn)

　　Dandelion細(xì)節(jié)展示

庫(kù)阿奇表示，他的許多團(tuán)隊(duì)成員曾經(jīng)為SolarCity工作，所以他們?cè)噲D采用類(lèi)似的商業(yè)模式，幫助該公司在地源熱泵領(lǐng)域取得成功。簡(jiǎn)而言之，即瞄準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保市場(chǎng)，并從中擴(kuò)大。

對(duì)于地源熱泵而言，這個(gè)市場(chǎng)目前就在紐約州。在那里，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)極端天氣，許多房屋依靠昂貴的燃油或丙烷來(lái)取暖。蒲公英將針對(duì)一定住宅面積的家庭（“大型豪宅不是我們的目標(biāo)市場(chǎng)”，庫(kù)阿奇說(shuō)）進(jìn)行安裝。公司傾向于那些采用加壓空氣系統(tǒng)進(jìn)行加熱和冷卻的房屋，因?yàn)檫@與其系統(tǒng)兼容。

此外，紐約有大量的核能和可再生水力發(fā)電機(jī)用于其電網(wǎng)，更加節(jié)能。使用電力為地源熱泵供電并不一定會(huì)在當(dāng)?shù)卦斐山o更多的化石燃料消化。庫(kù)阿奇坦白表示，Dandelion系統(tǒng)不會(huì)為所有家庭提供補(bǔ)助——他表示，如果用天然氣為地源熱泵供能，由于天然氣價(jià)格低廉，使用該系統(tǒng)也并不會(huì)獲得補(bǔ)貼。但是，如果客戶(hù)符合標(biāo)準(zhǔn)，庫(kù)阿奇表示，Dandelion公司已經(jīng)將安裝流程標(biāo)準(zhǔn)化，安裝一個(gè)系統(tǒng)大約需要2萬(wàn)美元，也可以每月分期支付150美元，提前進(jìn)行安裝。

與現(xiàn)在的所有軟件一樣，該系統(tǒng)也自帶軟件客戶(hù)端，以便公司能夠確定維護(hù)的時(shí)間與地點(diǎn)?？蛻?hù)端的數(shù)據(jù)分析同樣會(huì)向客戶(hù)展示其所節(jié)約的費(fèi)用。庫(kù)阿奇表示，通過(guò)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，公司可以進(jìn)行預(yù)測(cè)性的故障檢測(cè)。

目前，該公司正在努力為幾十位符合要求的客戶(hù)進(jìn)行設(shè)備安裝，這些客戶(hù)將從這樣一個(gè)系統(tǒng)中獲益良多。安裝在9月下旬會(huì)正式開(kāi)始。在這些安裝之后，公司計(jì)劃在2017年底/2018年初短暫休息，重新組合并重新關(guān)注銷(xiāo)售和營(yíng)銷(xiāo)事宜，然后在晚些時(shí)候再次開(kāi)始為新客戶(hù)安裝設(shè)備。

根據(jù)Navigant Research為高級(jí)能源經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)編寫(xiě)的報(bào)告顯示，美國(guó)地?zé)釤岜玫匿N(xiāo)售和安裝市場(chǎng)在過(guò)去六年穩(wěn)步增長(zhǎng)，“從2011年的9360萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2016年的1.543億美元，相較于2015年（1.451億美元），其增速為6%。” Dandelion希望這些增長(zhǎng)在2017年更加壯大。