地源热泵供热制冷节能环保系统

1、l生活热水生活热水 南方气候潮湿、冬季气温变化大（经常在南方气候潮湿、冬季气温变化大（经常在10-2010-20间变化）、夏季炎热，因此，洗澡用的生活热水间变化）、夏季炎热，因此，洗澡用的生活热水成为南方人的生活必须成为南方人的生活必须 ；l夏季空调制冷夏季空调制冷 南方夏季炎热，制冷空调已成为城市家庭南方夏季炎热，制冷空调已成为城市家庭和办公的基本设施和办公的基本设施 ；l冬季采暖冬季采暖 1616是人体对寒冷忍受程度的一个界限，南方是人体对寒冷忍受程度的一个界限，南方冬季绝大多数地方的气温都会降至冬季绝大多数地方的气温都会降至1616以下。以下。（1 1）南方对供热制冷的需求特点）南方对供

2、热制冷的需求特点 （2 2）农业消费需求特点）农业消费需求特点 需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利用地源热泵技术，可以为现代农业提供价廉质优的温控系统用地源热泵技术，可以为现代农业提供价廉质优的温控系统 一、意义和必要性一、意义和必要性 一、意义和必要性一、意义和必要性 我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的5555，炎夏季节多数电，炎夏季节多数电网高峰负荷约有网高峰负荷约有1 13 3用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。限电频繁。 2004

3、2004年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的20%20%。 我国新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗要减少我国新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗要减少50%50%。我国建筑能耗我国建筑能耗33%夏季夏季空调空调45%其其他建筑他建筑能耗能耗55%空调、空调、采暖采暖 一、意义和必要性一、意义和必要性 建设部关于贯彻建设部关于贯彻国务院关于加强节能工作的决国务院关于加强节能工作的决定定的实施意见（建科的实施意见（建科20062312006231号）号）“到到“十一五十一五”期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占

4、既有建筑总面积的有建筑总面积的15%15%，小城市要完成，小城市要完成10%10%；太阳能、浅；太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25%25%以上以上” 美国每年安装约美国每年安装约4 4万套地源热泵系统万套地源热泵系统, ,意味着降意味着降低温室气体低温室气体( (如如COCO2 2等等) )排放排放100100万吨，相当于减少万吨，相当于减少5050万辆汽车的污染物排放或种植万辆汽车的污染物排放或种植404686404686公顷公顷(100(100万英万英亩亩) )树的效果，年节约能源费用可达树的效果，年节约能源费用可达4

5、242亿美元。亿美元。 地球表面吸地球表面吸收了太阳能的收了太阳能的4747，相当于，相当于人类一年所需人类一年所需能量的能量的500500多倍多倍 地球深处热流地球深处热流或较深层的地热或较深层的地热能对地表浅层也能对地表浅层也起到了加热作用起到了加热作用 我国近百米内的土壤每年可采集的低温能我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达量达1.5万亿千瓦，是我国目前发电装机容量万亿千瓦，是我国目前发电装机容量亿千瓦的亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有亿千瓦。因此，许多专家将的低温能量也有亿千瓦。因此，许多专家将浅层地能比喻为一个浅层地能比喻为一

6、个巨大的巨大的“绿色聚宝盆绿色聚宝盆”。 水泵的作用是把水从低处往高处送，热水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的泵就是热传导的“水泵水泵”。把低温的热源提。把低温的热源提升，提供生活用能。用千瓦的电驱动热泵升，提供生活用能。用千瓦的电驱动热泵后，可以后，可以“搬运搬运”4 4千瓦的浅层地能。千瓦的浅层地能。 称为二十一世纪的称为二十一世纪的 “绿色空调技术绿色空调技术” 地源热泵地源热泵是目前效率最高、对环境最有利的热是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。水、取暖和制冷系统。属于经济效益、社会效益属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公和生态效益显著的社会公益技术

7、。益技术。可见，地源热泵技术可见，地源热泵技术1 1、可再生能源利用形式、可再生能源利用形式 地表浅层收集了地表浅层收集了47%的太阳能量，它利用地表浅层的可的太阳能量，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。再生能源，符合可持续发展的战略要求。2 2、高效节能、高效节能 制热系数高达制热系数高达3.53.54.54.5，而锅炉仅为，而锅炉仅为0.70.70.90.9，可比锅，可比锅炉节省炉节省70%70%以上的能源和以上的能源和40%40%60%60%运行费用；制冷时要比普通运行费用；制冷时要比普通空调节能空调节能30%30%左右。左右。 3 3、美观、美观 传统空调系统的换热

8、器置于室外，破坏建筑的外观；而传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，保持建筑物外观的完美。地源热泵把换热器埋于地下，保持建筑物外观的完美。 4 4、保护环境、保护环境 设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。色环保能源利用方式。5 5、多功能、系统控制和管理方便、多功能、系统控制和管理方便 套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调

9、和生活热水加热的三套装置或系统。和生活热水加热的三套装置或系统。6 6、寿命长、寿命长 普通空调寿命一般在普通空调寿命一般在1515年左右，而地源热泵的地下换热年左右，而地源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料，埋地寿命至少器由于采用高强度惰性材料，埋地寿命至少5050年。年。 建设部启动建设部启动可再生能源行可再生能源行动计划动计划。主要。主要是：太阳能屋顶是：太阳能屋顶计划和浅层地热计划和浅层地热能利用计划。能利用计划。 2006 2006年是开展示范的第一年，年是开展示范的第一年，第一批下达的第一批下达的2525个项目资金共个项目资金共1036810368万元，占首批可再生能源建万元，

10、占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴预算的筑应用示范项目补贴预算的50%50%。 这是一个显著的政策信号，政府投入带这是一个显著的政策信号，政府投入带动若干倍的社会资金，从而强力拉动新能源动若干倍的社会资金，从而强力拉动新能源在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。略目标的尽早实现。 （1 1）地表）地表( (下下) )水源方式水源方式我国实施地源热泵工程主要有两大类 利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换热效率高热效率高, , 初期投资成本较低。初期投资成本较低。 广西河流数量多，大多数城市（镇）临江

11、而广西河流数量多，大多数城市（镇）临江而建。地下水也相当丰富，全区有建。地下水也相当丰富，全区有600600多条地下河。多条地下河。 土壤换热器以垂直埋管居多。广西雨水充足，绝土壤换热器以垂直埋管居多。广西雨水充足，绝大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，土壤的大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，土壤的水对流传热起重要作用，为土壤换热式地源热泵系统水对流传热起重要作用，为土壤换热式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。一般土壤换热井应用提供了得天独厚的条件。一般土壤换热井20-3020-30米，换热效果就很明显。米，换热效果就很明显。1010口土壤换热井就可获得约口土壤换热井就可获得约2

12、020千瓦的热量（或冷量）。千瓦的热量（或冷量）。 而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超过而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超过6060米，米，而换热量则一般小于而换热量则一般小于50W/m50W/m我国实施地源热泵工程主要有两大类（2 2）土壤换热器的闭式系统）土壤换热器的闭式系统 夏季采用供冷的冷凝热制热水，制热水夏季采用供冷的冷凝热制热水，制热水不耗电能，实现冷热联供，能效比不耗电能，实现冷热联供，能效比1 1：7 7； 冬季制热水时热泵的低温热源为土壤冬季制热水时热泵的低温热源为土壤源。源。（1 1）对需同时供冷和供热水的酒店、或）对需同时供冷和供热水的酒店、或以供热水为主的学生公寓（民用

13、住宅）和以供热水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食堂（餐厅）短时供冷的食堂（餐厅）（2 2）浅层地热能）浅层地热能+ +太阳能耦合系统太阳能耦合系统 对一些已安装了太阳能的系统进行改造，解决对一些已安装了太阳能的系统进行改造，解决其冬天耗电（或耗油）大的问题，技术关键是其冬天耗电（或耗油）大的问题，技术关键是太阳能集热器与土壤换热器合理耦合的问题，太阳能集热器与土壤换热器合理耦合的问题，如太阳能的被动利用与浅层地热能的主动利用如太阳能的被动利用与浅层地热能的主动利用的匹配和智能控制。的匹配和智能控制。 我们已获得实用新型专利我们已获得实用新型专利“太阳能太阳能- -地源地源热泵空调热水设

14、备热泵空调热水设备”（专利号（专利号ZL200320101152.8ZL200320101152.8） 已完成的广东工已完成的广东工业大学龙洞校区学生业大学龙洞校区学生公寓地源热泵公寓地源热泵- -太阳太阳能能- -冷却塔耦合的热冷却塔耦合的热水示范工程水示范工程（改造原有的太阳能（改造原有的太阳能+ +燃油锅炉系统）燃油锅炉系统） （3 3）对于夏热冬暖地区，一般供冷负荷）对于夏热冬暖地区，一般供冷负荷大于采暖负荷大于采暖负荷50%50%以上。以上。 冬季采暖时热泵的低温热源为土壤热源，土冬季采暖时热泵的低温热源为土壤热源，土壤换热器按冬季采暖负荷匹配。壤换热器按冬季采暖负荷匹配。 夏季制冷

15、通过土壤换热器与冷却塔散热，可夏季制冷通过土壤换热器与冷却塔散热，可减少土壤换热器的埋管长度，减少土壤换热器的减少土壤换热器的埋管长度，减少土壤换热器的投资和埋管所需占用的土地面积。投资和埋管所需占用的土地面积。 需要解决建筑冷热负荷与土壤换热的平衡问需要解决建筑冷热负荷与土壤换热的平衡问题，对土壤换热器与冷却塔进行合理匹配。题，对土壤换热器与冷却塔进行合理匹配。系系统统验验收收太阳能集热太阳能集热蒸发器设计蒸发器设计热泵设计热泵设计自动控制自动控制设计设计用用户户冷冷热热负负荷荷地地层层结结构构理论理论模型模型实验实验模型模型设设备备制制造造系统系统集成集成安装安装试试营营运运土壤换热器土壤

16、换热器设计设计技术路线流程图技术路线流程图四、地源热泵系统设计四、地源热泵系统设计产品系列产品系列宾馆宾馆医院医院小区小区家庭家庭用户用户学校学校部队部队农业农业大棚大棚养殖养殖地源热泵地源热泵空调空调-热水设备热水设备GXDKYRB30-A地源热泵地源热泵热水设备热水设备GXDKYRB15-A地源热泵地源热泵-太阳能太阳能空调空调-热水设备热水设备GXDKYRB3-A地源热泵地源热泵温控设备温控设备GXDKYRB20-A8 8万大卡制冷（热）为一标准台套万大卡制冷（热）为一标准台套 注意三个现象：注意三个现象： 不该用的地方在用；不该用的地方在用；不懂技术的人在安装；不懂技术的人在安装；不懂

17、运行的人在运行。不懂运行的人在运行。 五、五、广西大学广西大学-技术特点与优势技术特点与优势项目关键技术：项目关键技术：适合亚热带资源条件的土壤换热器设计适合亚热带资源条件的土壤换热器设计以及系统的科学集成。以及系统的科学集成。 自主创新技术：自主创新技术：v富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术v多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术v冷热联供热量多级分流技术冷热联供热量多级分流技术v系统自动控制技术系统自动控制技术 技术成果水平技术成果水平v20052005年年3 3月，广西大学完成的月，广西大学完成的“亚热带及温

18、带地区地源热泵亚热带及温带地区地源热泵供热制冷节能系统技术研发供热制冷节能系统技术研发”科技项目通过了广西科技厅组科技项目通过了广西科技厅组织的技术鉴定。（成果登记号织的技术鉴定。（成果登记号200568003200568003） v专家的鉴定意见为：项目针对亚热带及温带地区在利用浅层专家的鉴定意见为：项目针对亚热带及温带地区在利用浅层埋管技术、优化埋地换热器及系统节能方面达到国内领先水平。埋管技术、优化埋地换热器及系统节能方面达到国内领先水平。 v产品质量检测单位经国产品质量检测单位经国家空调设备质量监督检验家空调设备质量监督检验中心现场检测，中心现场检测，机组制热机组制热水工况的能效系数水

19、工况的能效系数COPCOP达达4.54.5，系统的能效系数，系统的能效系数COPCOP达达4.04.0，换热量大于，换热量大于60w/m60w/m。知识产权情况知识产权情况 课题组已申请地源热泵相关设备发明专利1项，实用新型专利2项，发明专利“多功能地源热泵烘干设备”已通过初审（申请号：200510032803.6）。“太阳能-地源热泵空调热水设备”（专利号：ZL200320101152.8）和“多用途节能型热泵孵化机” （专利号：L03246721.4），已经获得国家实用新型专利。自主开发技术之一：自主开发技术之一：富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术 根据南方地

20、区土壤地下水位高、含水量丰富、液相对流根据南方地区土壤地下水位高、含水量丰富、液相对流传热起重要作用的特性，提出富水土壤换热器的设计理论和传热起重要作用的特性，提出富水土壤换热器的设计理论和方法，实施垂直方法，实施垂直U U型管的浅埋技术方案。使土壤换热器投资比型管的浅埋技术方案。使土壤换热器投资比干性土壤减少干性土壤减少30%30%以上。以上。 如南宁市三中的地源热泵系统，在埋管如南宁市三中的地源热泵系统，在埋管深度深度3232米时，获得米时，获得66w/m66w/m的换热量，地的换热量，地源热泵机组制热水工况的性能系数源热泵机组制热水工况的性能系数4.54.5，制热水与电锅炉比节能制热水与

21、电锅炉比节能70%70%以上。以上。地源热泵系统设计软件自主开发技术之二：自主开发技术之二： 南方气候一年中约有一半以上天数的环境温度高于南方气候一年中约有一半以上天数的环境温度高于2020，冬季又有一半以上天数的环境温度高于冬季又有一半以上天数的环境温度高于1212。 充分利用南方暖气候优势，实现土壤源、空气源、太充分利用南方暖气候优势，实现土壤源、空气源、太阳能阳能多种可再生能源多种可再生能源间歇或互补利用的间歇或互补利用的系统优化匹配系统优化匹配，避，避免了由于过度取热，出现系统效率下降的问题。免了由于过度取热，出现系统效率下降的问题。环境温度()能效比(COP)1.52.02.53.0

22、3.54.08121620242832空气源地源多种可再生能源能源互补利用多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术的系统优化匹配技术自主开发技术之三：自主开发技术之三：冷热联供热量多级分流技术冷热联供热量多级分流技术 冷热联供工况实现热量多级分流技术。冷热联供工况实现热量多级分流技术。将制冷产生的热量用于制热水、向土壤将制冷产生的热量用于制热水、向土壤和冷却塔散热，空调工况制热水不耗能，和冷却塔散热，空调工况制热水不耗能，大大提高了能源利用率，并减少了制冷大大提高了能源利用率，并减少了制冷所需的埋地盘管长度，降低了系统的初所需的埋地盘管长度，降低了系统的初期投资。期投资。 实现系统运行参数

23、实时数字显示，配置远程控制接口，实现系统运行参数实时数字显示，配置远程控制接口，可实现远程控制。可实现远程控制。自主开发技术之四：自主开发技术之四：系统自动控制技术系统自动控制技术 自主开发技术之五：自主开发技术之五：一机多用，投资运行成本低一机多用，投资运行成本低 一套系统实现供冷、采暖和供热水多重功一套系统实现供冷、采暖和供热水多重功效。系统投资在效。系统投资在2-42-4年内从节省的能源开支中年内从节省的能源开支中回收，以后便进入低成本运行状态，用户满意回收，以后便进入低成本运行状态，用户满意认可。认可。方案方案每年运行费每年运行费用（万元）用（万元） 平均每人每天平均每人每天热水费用（

24、元）热水费用（元）采用地源热泵制热水每年节采用地源热泵制热水每年节约费用比较约费用比较 燃油锅炉燃油锅炉118.10.76方案方案比方案节约比方案节约82.282.2万元万元; ;比方案节约比方案节约102.6102.6万元万元; ;比方案节约比方案节约20.820.8万元万元; ;比方案节约比方案节约33.333.3万元。万元。 方案方案比方案节约比方案节约69.6%;69.6%;比方案节约比方案节约74.1%;74.1%;比方案节约比方案节约36.7%;36.7%;比方案节约比方案节约48.1%48.1%。电热锅炉电热锅炉138.50.89空气源热泵空气源热泵56.70.36太阳能太阳能+

25、 +电电热锅炉热锅炉69.20.44地源热泵地源热泵35.90.23六、经济效益六、经济效益(5000(5000人学生公寓人学生公寓) ) 同时，可提供同时，可提供36003600平方米的空调冷量，节约空调运行费平方米的空调冷量，节约空调运行费用用 9.689.68（万元），节省空调设备投资（万元），节省空调设备投资 8080多万元。多万元。 广西大学行健文理学院广西大学行健文理学院学生公寓热水学生公寓热水- -食堂空调地源热泵系统食堂空调地源热泵系统综合能效比达综合能效比达1:71:7以上以上安装地源热泵空安装地源热泵空调的学生餐厅调的学生餐厅 建设部工程质量司尚副司长、广西建设厅何总工考察

26、建设部工程质量司尚副司长、广西建设厅何总工考察行健文理学院学生公寓热水行健文理学院学生公寓热水- -食堂空调地源热泵系统食堂空调地源热泵系统方案方案每年运行费每年运行费用（万元）用（万元） 平均每户平均每户每年热水每年热水费用（元）费用（元）平均每户每天平均每户每天热水费用（元）热水费用（元）采用地源热泵制热水每年采用地源热泵制热水每年节约费用比较节约费用比较 电热锅炉电热锅炉59.315844.4方案方案比方案节约比方案节约51.651.6万元万元; ;比方案节约比方案节约46.946.9万元万元; ;比方案节约比方案节约1717万元万元; ;比方案节约比方案节约16.616.6万元。万元。

27、 方案方案比方案节约比方案节约87%;87%;比方案节约比方案节约85.9%;85.9%;比方案节约比方案节约68.3%;68.3%;比方案节约比方案节约68.3%68.3%。燃油锅炉燃油锅炉54.654.6144014404.0太阳能太阳能+ +电热锅炉电热锅炉24.724.76556551.8空气源热空气源热泵泵24.36441.8地源热泵地源热泵7.77.72042040.56六、经济效益（六、经济效益（377377户住宅）户住宅）序号序号系统名称系统名称规模规模使用效果使用效果1 1南宁三中学生公寓地源热泵南宁三中学生公寓地源热泵生活热水系统生活热水系统364364个房间，个房间，26

28、002600人住宿人住宿热泵功率热泵功率54kw54kw，电锅炉需功率，电锅炉需功率800kw800kw以上，比电锅炉节能以上，比电锅炉节能70%70%以上，最以上，最低能效比低能效比3.6183.618，每年节电，每年节电3030多万元。多万元。2 2南宁国际大酒店包厢空调和南宁国际大酒店包厢空调和中央热水系统中央热水系统450450个房间，个房间，2300m2300m2 2空调空调原燃油锅炉制热水成本为每吨原燃油锅炉制热水成本为每吨3333元，元，现约为现约为6 6元（每吨热水元（每吨热水6.86.8度电），每度电），每年节约空调、热水费用年节约空调、热水费用120120万元以上万元以上3

29、 3南宁市翔云大酒店中央空调南宁市翔云大酒店中央空调- -热水工程热水工程200200套房（三套房（三星级星级）与原燃油锅炉比，每年节约热水、空与原燃油锅炉比，每年节约热水、空调费用调费用3030多万元，当年收回投资费用。多万元，当年收回投资费用。4 4广西大学研究生公寓地源热广西大学研究生公寓地源热泵热水系统泵热水系统9696个房间，住个房间，住宿宿198198人人整栋楼的热泵功率仅为整栋楼的热泵功率仅为5.4kw5.4kw，每吨，每吨热水电费热水电费5-65-6元。元。5 5广西大学行健学院广西大学行健学院1313栋地源栋地源热泵热水系统热泵热水系统256256个房间，个房间，住宿住宿10

30、241024人人人均每天耗电费人均每天耗电费0.230.23元。元。6 6广西职业技术学院学生公寓广西职业技术学院学生公寓热水热水- -餐厅空调地源热泵系餐厅空调地源热泵系统统70007000人住宿，人住宿，700m700m2 2空调空调与电锅炉比，每年节省与电锅炉比，每年节省100100多万元；多万元；与燃油锅炉比，每年节省与燃油锅炉比，每年节省5050多万元。多万元。六、经济效益（典型工程）六、经济效益（典型工程）课题组采用自有技术，目前已成功实施了多项与冷却塔联合运行的混合课题组采用自有技术，目前已成功实施了多项与冷却塔联合运行的混合式地源热泵、风源热泵工程：式地源热泵、风源热泵工程：安装地源热泵空调的节能建筑情况安装地源热泵空调的节能建筑情况七、国外应用七、国外应用建筑面积2200m2土壤井16口口建筑空间8000m3平均井深95m楼层数4层层总钻深1600m制冷功率84kw38w/m2埋管形式双双U型管型管制热功率93kw42w/m2井间距7m系统能效比：夏天系统能效比：夏天EER5.4EER5.4，节能，节能28%28%； 冬天冬天COP5.7COP5.7，节能，节能37%37%八、意大利的建筑节能策略八、意大利的建筑节能策略 欧盟制定了能效标识，意大利政府要求，欧盟制定了能效标识，意大利政府要求，20082008年以前年以前1000m1000m2