第11章 地源熱泵技術(shù)及其應(yīng)用

地源熱泵技術(shù)及其應(yīng)用主要內(nèi)容政策及需求技術(shù)介紹發(fā)展歷程科研與工程案例政策及需求國家政策國家提出“十一五”節(jié)能減排指標(biāo)：到2010年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗降低20％左右、主要污染物排放總量減少10％；建筑節(jié)能是其中重要內(nèi)容。2005年11月29日國家發(fā)改委發(fā)布《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》，明確列出了地源熱泵技術(shù)作為具備規(guī)?；瘧?yīng)用的項(xiàng)目。2006年1月1日實(shí)施的“中華人民共和國可再生能源法”，將可再生能源的開發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域，設(shè)立可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金，用于支持可再生能源的發(fā)展。2006年1月1日實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》，將地源熱泵技術(shù)列為建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)之一。財(cái)政部和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布《可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)資金管理暫行辦法》，每年投入上億元的專項(xiàng)資金用于可再生能源在建筑領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用，地源熱泵技術(shù)應(yīng)用作為專項(xiàng)資金的支持的重點(diǎn)領(lǐng)域。地方政策(1)北京市：2006年5月31日由市發(fā)改委、規(guī)劃委等9家單位聯(lián)合制定了《關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》，各類政府投資建筑優(yōu)先使用地源熱泵系統(tǒng)，其它各類項(xiàng)目供熱制冷系統(tǒng)選用地源熱泵系統(tǒng)的給予一次性補(bǔ)貼，標(biāo)準(zhǔn)為：地下（表）水源熱泵35元/m2，埋管式地源熱泵50元/m2。沈陽市：2006年陸續(xù)出臺(tái)了《沈陽市“十一五”時(shí)期地源熱泵技術(shù)應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃》、《沈陽市地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用管理辦法》、《關(guān)于全面推進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用工作的實(shí)施意見》，計(jì)劃到2010年全市地源熱泵技術(shù)應(yīng)用面積達(dá)6500萬m2，占供熱面積的32.5％。武漢市：2006年出臺(tái)了《武漢市冬暖夏涼工程規(guī)劃》、《熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃》，明確采用地下水源熱泵必須采用回灌。地方政策(2)寧波市：出臺(tái)《寧波市節(jié)能與清潔生產(chǎn)專項(xiàng)資金使用管理暫行辦法》，對利用地源熱泵技術(shù)的項(xiàng)目按實(shí)際投資給予20％以內(nèi)的補(bǔ)貼。其它城市：大連市實(shí)施推廣海水源熱泵系統(tǒng)、青島市以奧帆基地為示范，開始推廣海水源熱泵系統(tǒng)、重慶市重點(diǎn)推廣以江水為主的地源熱泵系統(tǒng)、烏魯木齊市開始推廣埋管式地源熱泵系統(tǒng)、廣西開始重點(diǎn)推廣地源熱泵系統(tǒng)。。。。。一些雜志社、學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的介入、參與、和推動(dòng)。如：《工程建設(shè)與設(shè)計(jì)》編輯部，中國城市經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)，中國可再生能源學(xué)會(huì)，中國能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)，《地源熱泵》編輯部?？照{(diào)、采暖、熱水能耗已成為建筑能耗大戶：40％～60％建筑建設(shè)規(guī)模：2001－18.2億m2，2002－19.7億m2，2003－20.3億m2建筑能耗比例：1996：24.1％－2005：27.6％，空調(diào)用能導(dǎo)致夏季用電高峰：2003：61.8臺(tái)/百戶（廣州：120臺(tái)/百戶）、錯(cuò)峰用電、拉閘限電、用電紅色警報(bào)信號。采暖、熱水取消燃煤鍋爐，采用燃油（氣）鍋爐費(fèi)用劇增，很多消費(fèi)者都大呼用不起城市的熱島效應(yīng)、大氣環(huán)境的污染是中國大城市普遍存在的兩大問題尋求解決途徑增建電廠及電網(wǎng)

把空調(diào)溫度提高1度：可以為廣州省下30萬千瓦，但這僅減少了2.5％的電力。采暖、熱水如何解決？用電最費(fèi)，燒油、燒氣也很貴，環(huán)境又會(huì)被破壞。因此，需要尋求一種最佳的模式：地源熱泵冷熱聯(lián)供系統(tǒng)市場需求北方市場：供暖、熱水市場，同時(shí)兼顧空調(diào)。這類市場的地域可以從北京一直向北到東北三省，適用于住宅和辦公建筑。長江流域市場：采暖、空調(diào)、熱水三聯(lián)供市場，這類市場的區(qū)域主要集中在北京到長江流域的夏熱冬冷地區(qū)，特別適合于賓館酒店和高檔公寓等一些場所。南方市場：空調(diào)、熱水聯(lián)供市場，同時(shí)兼顧采暖。這類市場主要集中在華南地區(qū)的夏熱冬暖地區(qū)。2005年地源熱泵中央空調(diào)市場規(guī)模為6億元，占國內(nèi)整個(gè)商用中央空調(diào)市場的3％。預(yù)計(jì)到2010年，地源熱泵中央空調(diào)市場規(guī)模將達(dá)到25億元，占整個(gè)商用中央空調(diào)市場的11％。技術(shù)介紹熱泵種類與應(yīng)用熱泵技術(shù)空氣源熱泵地源熱泵地下水源熱泵地表水源熱泵（包括污水/海水源）地埋管地源熱泵基本概念地源熱泵的概念地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱為地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空調(diào)又可采暖和提供熱水的高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），以地源能作為熱泵夏季制冷的冷卻源、冬季采暖供熱的低溫?zé)嵩矗瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)建筑采暖、空調(diào)和生活熱水的三聯(lián)供。地源熱泵系統(tǒng)的組成室外地能換熱系統(tǒng)地源熱泵機(jī)組建筑物采暖、空調(diào)或熱水末端水循環(huán)水或空氣循環(huán)地源熱泵制冷采暖熱水三合一動(dòng)態(tài)演示分離式水源熱泵機(jī)組

過去，人們只重視對深層地?zé)崮艿拈_采，而忽略了淺表層蘊(yùn)藏的豐富低溫地?zé)崮埽卦礋岜眉夹g(shù)有效地利用低溫地?zé)崴?、地下水、地表水等地?zé)崮?，通過熱泵循環(huán)，向建筑物提供空調(diào)、采暖和生活熱水。

淺層地?zé)崮艿卦礋岜眉訜嵊斡境卦蕉B(yǎng)殖采暖、空調(diào)、生活熱水1kW的電力3kW的熱量來自于淺層地?zé)崮?kW的熱量供應(yīng)給用戶比空氣源熱泵節(jié)能30%比燃油鍋爐采暖節(jié)能50％比電采暖節(jié)能70%可再生能源：利用淺層地?zé)崮茏鳛槔錈嵩?，?shí)現(xiàn)冷熱聯(lián)供節(jié)能：性能系數(shù)高，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用30～50％；環(huán)保：取消鍋爐，減少熱污染；一機(jī)多用：一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三種用途，節(jié)省建筑空間性能穩(wěn)定：溫度波動(dòng)小，不受環(huán)境影響美觀：無室外機(jī)，不影響建筑外觀

地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)勢地源熱泵系統(tǒng)限制因素初投資較高（打井、鉆孔、埋管等）需要有一定的空間埋設(shè)埋管系統(tǒng)施工要求較高，需要專業(yè)施工隊(duì)伍和設(shè)備冷熱負(fù)荷平衡的問題經(jīng)濟(jì)分析初投資比較機(jī)組初投資比冷水機(jī)組增加10%～30%增加打井費(fèi)用無冷卻水塔和冷卻水系統(tǒng)無鍋爐和鍋爐房無入網(wǎng)費(fèi)（天燃?xì)?、城市熱力網(wǎng)）無儲(chǔ)油罐安全費(fèi)運(yùn)行費(fèi)用比較夏季制冷：節(jié)約費(fèi)用＞20%夏季采用熱回收，可免費(fèi)提供生活熱水冬季制熱時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用相當(dāng)于燃?xì)?、燃油鍋爐的50%左右全年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約40％左右地源熱泵與傳統(tǒng)方式的比較地源熱泵中央空調(diào)＋鍋爐初投資北方：200～250元/m2南方：300～350元/m2北方：150～200元/m2南方：200～250元/m2運(yùn)行費(fèi)用北方：35～40元/m2南方：50～55元/m2北方：60～65元/m2南方：80～85元/m2回收期北方：2～3年南方：3～4年地源熱泵與其他系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)對比分析發(fā)展歷程世界地源熱泵高速發(fā)展總裝機(jī)2000年5275MWt，比1995累進(jìn)年增長23.3%2005年15723MWt，比2000累進(jìn)年增長24.4%利用能量2000年6465GWh，比1995累進(jìn)年增長9.7%2005年24076GWh，比2000累進(jìn)年增長30%1.地源熱泵2.區(qū)域供熱3.溫室4.養(yǎng)殖5.農(nóng)業(yè)干燥6.工業(yè)應(yīng)用7.洗浴8.制冷空調(diào)9.其它應(yīng)用歐洲地源熱泵銷售量及其預(yù)測國家人口（百萬）2001年銷售量（臺(tái)）預(yù)期增長率％瑞典9270006奧地利848008德國80360020瑞士728006法國5885010英國58150>100丹麥5150>100上世紀(jì)50年代，天津大學(xué)進(jìn)行了相關(guān)研究上世紀(jì)80年代末，國內(nèi)各大院校開展相關(guān)研究工作2000年以后，地源熱泵技術(shù)開始推廣，并實(shí)現(xiàn)中小規(guī)模生產(chǎn)國內(nèi)市場主要以常溫（55℃以下）地源熱泵機(jī)組為主，中科能、富爾達(dá)、清華同方等推出高溫地源熱泵機(jī)組，出水溫度高達(dá)75℃以上。國內(nèi)地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用主要以大型工程為主，近幾年開始應(yīng)用一些小型的地源熱泵系統(tǒng)。中國地源熱泵發(fā)展正在規(guī)范化，2005年出臺(tái)《地源熱泵供暖空調(diào)技術(shù)規(guī)程》、近期要出臺(tái)的《淺層地?zé)崮芸辈樵u價(jià)技術(shù)規(guī)范》。國內(nèi)應(yīng)用進(jìn)展地源熱泵產(chǎn)業(yè)雖然起步于2000年后，但年增長速度已超過20％，發(fā)展相當(dāng)迅速?？蒲信c工程案例實(shí)驗(yàn)室介紹中國科學(xué)院廣州能源研究所地?zé)崮軐?shí)驗(yàn)室是我國最早從事地?zé)崮芾眉夹g(shù)研究與開發(fā)的單位，經(jīng)過30年的研究與實(shí)踐，在地?zé)嵫芯块_發(fā)方面已取得了多項(xiàng)具有實(shí)用意義的技術(shù)與研究成果，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。成功開發(fā)了地?zé)岚l(fā)電、地?zé)岣稍?、地?zé)狃B(yǎng)殖、地源熱泵、地?zé)嶂评涞燃夹g(shù)，具有國內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)及地?zé)嶂评?、地源熱泵的研發(fā)技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。高溫地源熱泵采暖、空調(diào)、熱水聯(lián)供系統(tǒng)研究替代傳統(tǒng)模式輸出溫度75℃節(jié)能40％環(huán)保無污染首次研制開發(fā)成功高溫地源熱泵機(jī)組，提出三聯(lián)供系統(tǒng)全面解決采暖、空調(diào)和熱水供應(yīng)以地下水作為冷熱源，采用一種對環(huán)境友好的制冷劑替代R22，通過熱泵循環(huán)，輸出溫度可達(dá)75℃，替代傳統(tǒng)“制冷機(jī)＋鍋爐”模式，有效解決建筑采暖、空調(diào)、熱水的供應(yīng)，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約40％以上。中國科學(xué)院外專家公寓高溫地源熱泵聯(lián)供系統(tǒng)項(xiàng)目原有系統(tǒng)改造后地源熱泵系統(tǒng)節(jié)約全年生活熱水費(fèi)用38.88萬元15.88萬元23萬元全年采暖費(fèi)用23.8萬元（冬季）9.52萬元（過渡季）15.92萬元（含過渡季）17.4萬元全年制冷費(fèi)用19.6萬元17.55萬元2.05萬元總計(jì)91.8萬元49.35萬元42.45萬元系統(tǒng)改造的總投資為160萬元，利用地源熱泵技術(shù)改造后，系統(tǒng)全年可節(jié)約能源費(fèi)用42.45萬元（46％），整個(gè)系統(tǒng)有望在四年后收回全部的初投資。系統(tǒng)節(jié)能效益低能耗建筑節(jié)能集成系統(tǒng)研究夏季空調(diào)冬季采暖全年生活熱水建筑照明建成新能源生態(tài)建筑國內(nèi)建筑規(guī)模較大（8000m2）新能源利用率高新能源與建筑結(jié)合節(jié)能80％工程案例中國科學(xué)出版社地源熱泵系統(tǒng)科學(xué)出版社總建筑面積22000m2，主要為綜合辦公用房，散熱器采暖系統(tǒng)。原供熱設(shè)備為兩臺(tái)4T燃煤鍋爐。系統(tǒng)改造后熱源設(shè)備采用中科能GWHP600型高溫?zé)岜脵C(jī)組兩臺(tái)，基本保持原有供熱附屬設(shè)備和末端系統(tǒng)。水源井共三口，兩用一備，井深95米，每口井設(shè)一潛水泵，三口井交替使用。采暖期間溫度始終保持在20℃以上，整個(gè)采暖期運(yùn)行費(fèi)用僅為13元/m2☆工程實(shí)景中科院研究生院研究生宿舍地源熱泵系統(tǒng)總建筑面積18000平方米，風(fēng)機(jī)盤管中央空調(diào)系統(tǒng)，原采用冷水機(jī)組制冷和鍋爐供暖及熱水，2002年初改造為地源熱泵系統(tǒng)，采用兩臺(tái)WRB950型常溫?zé)岜脵C(jī)組為空調(diào)系統(tǒng)制冷供熱，一臺(tái)GWHP200型高溫?zé)岜脵C(jī)組提供每日生活熱水。

廣東外商活動(dòng)中心（四星級）熱泵冷熱聯(lián)供系統(tǒng)采用一臺(tái)WRB620的熱泵熱水機(jī)組替代原有燃油鍋爐熱水系統(tǒng)，每天向賓館提供240噸的熱水量。同時(shí)，熱泵熱水機(jī)組可產(chǎn)生560kW的冷量向客房提供部分冷負(fù)荷?！钌鐣?huì)經(jīng)濟(jì)效益項(xiàng)目熱泵冷熱聯(lián)供燃油鍋爐燃?xì)忮仩t電鍋爐熱水量150噸/天能源價(jià)格1元/kWh5.5元/kg2.8元/m31元/kWh熱值－10000kcal/kg500