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地源热泵发展概1


地源热泵发展概况
一 发展概况 1 发展历史 中国地源热泵发展的历史情况。 我国地源热泵发展从 20 世纪 80 年代 中后期,一些高校和科研机构开始对地源热泵专题进行研究;到 20 世纪 90 年代,国内一些学者去美国、瑞典、德国、加拿大等地学习考察地源热泵 技术,我们也在 1995 年在美国地热资源认证协会进行培训;1996 年辽阳市 邮电新村 2 栋 5 万 m2 的住宅楼安装了第一代富尔达地下水源热泵;1997 年克林顿访华以后签署了中美能效合作项目,地源热泵 作为合作重点之 一,当时建设了三个示范工程。 本世纪初我们国家真正开始大范围的对地源热泵进行工程示范。北 京、山东的项目比较多。在进一步发展的基础上,2001 年北京恒有源公司 发明“同井抽灌地下水热泵系统”;2005 年建设部将地源热泵技术列为建筑 业十项推广新技术之一;2006 年 11 月 30 日,建设部、国家质检总局联合 发布国家标准《地源热泵系统工程技术规范》 ,于 2006 年 1 月 1 日实施, 并于 2007 年荣获华夏建设科学技术奖;2006 年,国家财政部、建设部发布 了《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》 ,建立专项基金,对 国家级地源热泵示范项目提供财政补贴;2007 年,地源热泵示范城市项目 开始启动;今年,两部委颁布了 2008 年第 4 期示范工程的公示。 2 市场发展概况 从 2004 年截至 2007 年底,地源热泵技术快速发展,地源热泵的推广 应用面积达到 80 万㎡,可以看到两部委在对推动地源热泵的进一步普及

发挥着至关重要的作用。 《地源热泵系统应用情况调查研究分析报告》 根据 显示,现有工程从空调供热(制冷)面积来看,面积在 50000 ㎡以上的项目 占到 16%,10000~50000 ㎡占到 42%,10000 ㎡以下的占到 42%,也就是 说根据我们国家的项目情况,中小型项目居多,发展潜力大。从形式来看。 分为三种,早期是以推广地下水源热泵系统为主,其应用面积约占全部市 场份额 45%,土壤源地源热泵系统占约 35%,地表水地源热泵系统约占约 20%。 3 不同类型地源热泵的发展 1)地下水源热泵系统 从 1995 年开始学习引进欧美水源热泵产品,开展异井抽灌实验工程; 地下水源热泵系统数量最多,应用范围最广,目前最大单项工程建筑面积 达到 18 万㎡;地下水源热泵系统的应用主要集中在北京市、辽宁省、河北 省、山东省;截至 2006 年底,已有 250 多个、总面积 360 多万 m2 的建筑 应用了单井抽灌技术。 2)地埋管地源热泵系统 土壤源地源热泵发展速度最快,应用潜力最大,目前最大单项工程建 筑面积达到 20 万㎡。 3)地表水源热泵系统 地表水包括海水、江水、湖水、城市再生水和污水,在水源条件比较 优越的地区可以采用地表水源热泵系统,同时在城市级示范工程中单体示 范面积比较大。 4)工业余热、废热热泵供热系统(冷却循环水)

主要在北方采暖地区应用,同时供热规模很大。 4 地源热泵设备 集中式水源热泵机组设备生产企业:富尔达、清华同方、大连奥德、 中科能源、麦克维尔、开利、西亚特、克莱门特、荏原等;分散式水源热泵 机组:广东中宇、北京嘉和晟业、深圳以莱特、美意、天龙等。 二 政策标准 中国地源热 泵 在发展过程中有一个很重要的推动作用的法规就是 2006 年 1 月 1 日颁布的《中华人民共和国可再生能源法》 ,它把地热能作 为可再生能源推广和应用,在全世界范围内以法律形式对可再生能源立法 的只有中国。而 2008 年即将颁布的《民用建筑节能管理条例》 ,也是在建 筑节能领域里最高的一部国家行政法规,有待批准,其中《条例》第四条 国家鼓励和扶持新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可 再生能源。2007 年国务院颁布了《中国应对气候变化国家方案》 ,其中也 谈到了推广满足环境和水资源保护要求的地热供暖、供热水和地源热泵技 术,后面还有一些其他的国务院的规定。在这里特别要强调就是财政部和 建设部联合颁布的《关于推进可再生能源建筑应用实施意见》 ,以及配套 的《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》和《可再生能源建筑应 用示范项目评审办法》 。现在地源热泵得到这么大的推广,特别是得到政 府官员、房地产开发商的重视,与两部委的政策引导密切相关,如果没有 政策引导,光靠我们,比如说在座的同行们的努力还是有限的。可再生能 源示范项目现在已经实施了 3 期,今年是第 4 期。按照两部委的意见,明 年应该还有 1 期,但是今年门槛提高了。 《关于推进可再生能源建筑应用

实施意见》重点支持 8 个领域,与地源热泵有关系的有 4 个,它们是地表 水及地下水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷、沿海地区利用海水源 热泵技术供热制冷、利用土壤源热泵技术供热制冷、利用污水源热泵技术 供热制冷。 在地方政府方面,北京市发改委等九委(局)联合颁布了《北京市发展热

泵系统的指导意见》鼓励发展再生水源热泵、土壤源热泵、地下(表)水源
2006 年沈阳市政府也下发了 《关于全面推进地源热泵系统建设和应 热泵。 用工作实施意见》 ,制定了《沈阳市十一五地源热泵发展规划》 。据我所知 其他地方很多规划也都是在制定当中。 (GB 在标准规范图集方面, 重要的就是 《地源热泵系统工程技术规范》 50366-2005)、 《水源热泵机组》(GB/T 19409-2003)、 《地源热泵冷热源机房 设计与施工》《水源热泵设计图集》 、 。我们在施工图、设计图纸方面都做 了大量工作,也出版了各种书籍、设计指南。 三 研发工作 在研发工作方面,中国走的路和国外相似。首先最主要的研究是地源 热泵系统适应性研究,这里包括应用条件和适用范围,哪些地区适合,什 么条件可以采用,这是我们做地源热泵推广工作必须注意的问题。中国地 大,范围宽,纬度从低纬到高纬变化,从东到西经济条件也不一样,地源 热泵适应什么是值得我们深入研究的。第二是地源热泵对环境影响的评 价,特别是地下水源热泵系统、海水源热泵系统,对地表环境、对水土温 度的影响,需要我们坚持不懈地做深入的测试。我在参加同行会议时感觉 到欧美国家在这个方面比较重视。第三是地源热泵 系统节能优化设计方

法,一个方案有可能由于设计者的不同造成很大差距,所以第一位的是设 计。第四是地源热泵系统检测技术,特别是土壤源热泵系统检测技术,这 里包括成孔检测技术、土壤热物性检测技术、系统运行性能检测技术。比 如说土壤热物性检测技术,我们至今并没有一个统一的方法。 目前在国家科技部、建设部的支持下,十一五国家科技计划已经安排了专 项的研究,国家、企业和开发商也联合进行研究和示范,大概包括这些内 容:海水源、污水源热泵防堵塞、防腐蚀的换热设备研究、地源热泵系统 的应用评估指标体系等等。在软件方面,我们国内也是在国外技术的基础 上开发了若干个软件;在国际方面, 据我们了解, 软件由欧洲地热协会 EED、 北美和欧洲建筑模拟软件和国际地源热泵协会等开发。 四 典型工程 在中国的地源热泵推广方面, 有三个信息反映了中国地源热泵的发展 得到世界同行的认可。一个就是这次的主办方之一,国际地源热泵协会会 长在做主题发言中最后的一张图片就是中国的地源热泵情况;第二是国际 地热协会主席在世界地源热泵发展中谈到,当今在世界范围内中国的地源 热泵发展是最快的;同时还有一个信息就是在这次大会上, 地源热泵的专访 中提到世界的地源热泵没有中国的参与是不完整的。 地下水源热泵——北京友谊医院的三期工程。 项目建筑面积: 63000m2; 冷负荷:4200kW;热负荷:3800 kW ;井口数:水井数量为 6 口,其中 3 口 取水井,2 口回灌井;单井出水量:150m3/h;井深 81m;运行维护费用(供热 季):16.9 元/m2;运行维护费用(供冷季):10.14 元/m2;竣工时间:2003 年 9 月。2002 年第七届世界地源热泵大会在北京召开的时候,各地专家都看到

了这个工程。节能效益方面,在目前大型工程中还是很好的,运行也有三 四年了。 在单井抽灌方面,北京海淀区外国语实验小学是典型代表。项目建筑面 积:65308m2;供暖面积:65308 m2;热负荷:4717 kW;冷负荷:4581 kW; 生活热水:8t/天;竣工时间:2001 年;系统冬季运行费用:19.39 元/m2;相对 独立的建筑,设置了独立的系统,总共设置了七套单井抽灌系统。针对不 同的建筑功能,分别设置了风机盘管和地板采暖等不同的末端方式。中国 国家领导人、北京市的领导、建设部的领导都相继参观过这个项目。 土壤源地源热泵大规模应用过程中,比较早期的是北京最大的郊外度 假村九华山庄, 规划面积 13 万㎡。 它前面的停车库地下埋设了 700 个双 U 型地下换热器,深 100m。去年 IEA-ECES XC 参观了这个项目,这也是土 壤源热泵和蓄冰空调的结合。 在住宅领域,介绍一下南京朗诗园,该项目总建筑面积 22 万 m2,16 栋住宅楼全部采用土壤源地源热泵系统进行房间冷热供应, 冷却塔辅助冷 却,其中地源热泵系统根据末端形式及不同季节的空调状况要求又分为顶 棚末端辐射系统、置换新风系统等。土壤源热泵的大规模应用是从南京朗 诗园开始的,而之前都是在小型单体建筑中的应用。 在海水地源热泵系统方面,比较早的是青岛奥运帆板基地,虽然建筑 面积不大,约 8000 m2,但是很有影响力。因为它利用海水源,并通过三 年的检验。今年奥运会召开,是很重要的一个项目。利用海水地源热泵的 还有山东威海之星,利用海水冬季供热、夏季供冷,因为是在海的中间, 所以是把水抽到陆地上。

在利用海水和城市污水改造方面,有大连的星海湾(商务区),这个项 目是瑞典人设计和监理的。原来这个项目已有自己的采风系统,但是为了 推广污水源地源热泵, 大连市政府决定在游泳馆旁边建立一个专门的热泵 站。 然后是北京奥运村,它是利用再生水源热泵系统的典型代表。奥运村很重 要的一点就是要保证可靠性,因为在奥运期间,所有的教练员、运动员都 要住在这里。我也参与过这个项目,当时主办的领导反复强调这个问题, 这个工作不能有任何闪失。奥运会举办 20 天的时间,20 天必须要 100%的 保证。奥运之后这个项目变成住宅.。 地表水(工业循环水源)热泵系统——大庆让观路小区。项目总建筑面 积 320 万 m2;通过把大庆炼化公司的循环冷却水作为低温热源,通过热泵 机组提升温度后,冬季为建筑物提供供暖,并常年提供生活热水。 五 发展特点 我国分为五个气候区,从严寒、寒冷到夏热冬冷到夏热冬暖。从需求 来讲,中国大约 70%的地区都有供暖需求,只有夏热冬暖地区、温和地区 没有供暖的需求。 传统的集中供热理念,我们在改革,因此在经济的发展,供暖需求缓 慢推进。中国多气候带决定了中国发展地源热泵多种形式并存,为什么这 么说?在东北做地源热泵与华北肯定是不一样的。另外我个人观点,热泵 首先是供热,如果热泵没有供热,那么热泵就没有发挥特点。供热期间场 馆燃煤替代量的多少,是衡量热泵的重要指标,换句话讲,在什么地区适 合用,是冷热平衡地区适合用,还是寒冷地区适合用,这就要根据气候的

划分。 总结一下我国地源热泵发展的特点,首先是技术先导,行业推进,政 府引导,再加上市场选择。我特别强调的是,有人说中国地源热泵发展是 政府在忽悠或是有什么成分在鼓动, 但是我觉得今天的社会, 开发商也好、 建设商也好,他们不会是毫无根据、毫无理论地去选择。虽然有全面技术 的先导,行业的分析,政府的引导,但最终的决策权还是在市场,如果选 择错一次就不能错第二次,更不可能错第三次。第二我认为中国地源热泵 的发展是借鉴了东欧和北美的经验和技术,结合中国的国情创新与发展。 因为今天是多方研讨会,我特意谈一下地源热泵发展方面,欧洲和北美还 是有区别的。首先在气候方面,北美的冷热基本均匀,但是在欧洲,地源 热泵主要集中在挪威到瑞典,现在这几年由于气候变暖,它们才有一些趋 同。另外,欧洲系统都是大系统,北美是分散式的系统,这有很大的不同。 因此在中国可以看到,很多开发商或者是企业在做推广过程中,比如说 今天跟德国合作,明天和美国合作,但美国与德国在技术上还是有一定区 别的。我认为结合我国国情,创新与发展很重要,比如说,我国地下排热 和吸热的特点不可能达到德国的标准。在 IEA 委员会,有一个项目叫做各 国地源热泵障碍,全世界包括美国、日本、瑞典、德国等国家都有参加, 其中发觉最大的障碍,包括地源热泵特别是土壤源热泵,第一位的就是造 价。但是在中国,特别是最近,中国在土壤源热泵推广过程中有很大的不 一样,为什么?我们现在大量的地源热泵的开展都是小型、简易的开发设 备,美国大量使用机械化,几十万美金的设备,我们成本很便宜,从早期 的 2000 元/亩到现在几十块钱。关于地下水方面,中国不能照搬欧洲。欧

洲的地下环境和中国是不一样的,中国的各个地区也是不一样的,即使同 一个城市不同区域可能也是不一样的。因此在这个方面必须要按照自己的 经验和自己的方法。第三中国的发展特点是小规模试验,规模化示范进而 大面积推广,世界上的发展也确实是这样的,我们做的都是很小的项目试 着推广,逐渐到规模化生产到大面积推广。 还有关于投资,与单一供暖方式或单一制冷方式相比,地源热泵的初 投资大,但与冷水机组加燃气锅炉或集中供热的造价相差不大。我们的 土壤源地源热泵初投资与国外相比相对较低。我们在推广过程中,中国地 源热泵之所以发展的快,除了政府的引导,还归功于很多企业进入这个领 域,是竞争加速了发展。 六 存在的问题 首先地下水源热泵系统的问题,其中重要的是能否保证抽取地下水的 完全回灌,虽然国家标准要求 100%的回灌,但是由于检测、监督不到位, 这个方面还存在问题。特别是在地下水方面很盲目,简单地模仿,没有和 当地实际结合在一起。另外还有长期大量开采地下水对建筑物沉降的影 响、对地下水温度场变化的影响、对水质的影响等。 在土壤源地源热泵方面,目前存在问题比较多的是换热量计算方法。按 照国际惯例, 小型单体建筑的检测方法可以比较简易, 对于商业建筑来讲, 冷热不平衡,由于长期运行造成衰减。因此换热量的计算方法必须改进。 第二个是现场热响应试验方法,因为现在没有统一的试验方法,所以大家 测的不统一,有的测两天,有的测三天,有的测冷量,有的测热量,如果 遇到投标就会出现问题,几家都测,但测出结果的误差很大,专业评审也

很难说谁对谁错,核心问题就是热响应试验方法的不统一。第三是不同地 埋管形式的优化选择,特别是我国国内大型项目很多,地埋管形式的选择 就非常重要。我看过很多项目,发现地埋管的设计系统不合理,既不适合 于调节,更不适合结构运行的稳定,还有可能会出现很多问题。第四是地 下换热器冬夏热平衡问题,特别是夏热冬冷地区,建设部领导尖锐的指出 在这个地区使用地源热泵系统,通常排热量都是吸热量的两倍甚至三倍, 如果搞不好,这个系统长期是会出问题的,因此要特别的关注。另外还有 机组选型。中国的地源热泵系统一做就很大,很大就要选型,特别是不同 的地源热泵系统选择的基础应该是不一样的,土壤源的,地表水的、地下 水的,甚至是海水的,它的密度分布不同、温差不同。厂家提供了标准规 划,标准规划推荐一种方式,但不是唯一方式。还有就是负荷调节问题。 在地表水(海水)地源热泵方面,地表水水温、水位、水质等基础资料 缺乏。很多项目临时要上我们才去测,测量周期短,就会出现很多问题, 包括水位,还有水势。还有海水换热器的防腐、防垢等技术处理;大型海水 源热泵机组的开发,因为海水水源都是大流量的,不能用常规的水源热泵 代替。还有系统的经济评价,我们比较注重社会的经济评价,对于工程系 统的评价很少,因为所有的地表水,包括城市污水、再生水和用户之间总 是有距离,这个距离要有成本。另外就是环境影响评价,这个国内开展的 很少。这点要向欧美国家学习,细致地对环境评价。 在地表水方面,特别是再生水、污水方面,原生污水的堵塞和径流量稳定 性问题。还有是排污温度变化对河流环境的影响,污水在污水厂的加热处 我们现在的污水处理工艺都是要保证温度 理和热泵利用污水降温的矛盾。

的,加温的同时热泵要降温,现在很多研发单位在研究不用加温的污水处

理方式。另外是江水、湖水的泥沙过滤、除藻的处理,还有就是地表水的
取水口和排水口的选择。国内很多地表水热泵的工程都会遇到取水口和排 水口选择的问题,这个不完全是建设行业,它与水工专业、环境专业都有 关系。


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