地源热泵节能环保冷热源系统

1、地源热泵节能环保冷热源系统l 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炎热，因此，洗澡用的生活热水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和办公的基南方夏季炎热，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，南方冬季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

2、）南方对供热制冷的需求特点 （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。利用地源热泵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，炎夏季节多数电网高峰负，炎夏季节多数电网高峰负荷约有荷约有1 13 3用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。

3、 20042004年年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的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定国务院关于加强节能工作的决定的实施意见（建科的实施意见（建科20062312006231号）号）“到到“十一五十一五”期末，期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既有建筑总中等城市完成既有建筑

4、节能改造的面积要占既有建筑总面积的面积的15%15%，小城市要完成，小城市要完成10%10%；太阳能、浅层地能等可；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, ,意味着降低温室气意味着降低温室气体体( (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5050万辆汽车的万辆汽车的污染物排放或种植污染物排放或种植404686404686公顷公顷(100(100万英亩万英亩) )树的效果，树的效果，年节约能源费用可达年节约能源

5、费用可达4242亿美元。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 地球深处热流或地球深处热流或较深层的地热能对较深层的地热能对地表浅层也起到了地表浅层也起到了加热作用加热作用 我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达1.5万亿千瓦，是我国目前发电装机容量亿千瓦的万亿千瓦，是我国目前发电装机容量亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有亿倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有亿千瓦。因此，许多专家将浅层地能比喻为一个巨大的千瓦。因此，许多专家将

6、浅层地能比喻为一个巨大的“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，热泵就是水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的热传导的“水泵水泵”。把低温的热源提升，提供生活。把低温的热源提升，提供生活用能。用千瓦的电驱动热泵后，可以用能。用千瓦的电驱动热泵后，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、对环境最有利的热水、是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。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

7、会公益技术。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再生能的太阳能量，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。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，可比锅炉节省，可比锅炉节省70%70%以上的能源和以上的能源和40%40%60%60%运行费用；制冷时要比普通空调节能运行费用；制冷时要比普通空调节能30%30%左右。左右。 3 3、美观、美观 传统空调

8、系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观；而地源热泵把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。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，没有地下水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，是真正的绿色环保能源利位下降、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。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、制冷空调和套地源热泵系统可以替换原有的供热锅

9、炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。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器由于年左右，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 动可再生能源行动可再生能源行动计划计划。主要是：。主要是：太阳能屋顶计划和太阳能屋顶计划和浅层地热能利用计浅层地热能利用计划。划。 2006 2006年是开展示范的第一年，第年是开展示范的第一年，第一批下达的一批下达的2525个项目资金共个项目资金共1036810368万元

10、，万元，占首批可再生能源建筑应用示范项目占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴预算的补贴预算的50%50%。 这是一个显著的政策信号，政府投入带动若干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在建筑领域的倍的社会资金，从而强力拉动新能源在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。 （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，换热利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换热效率高效率高, , 初期投资成本较低。初期投资成本较低。 广西河流数

11、量多，大多数城市（镇）临江而建。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，绝大多数城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，土壤的水对流传热起重要镇地下水位较高，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应用提供了得天独厚的条件。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口土壤换热口土壤换热

12、井就可获得约井就可获得约2020千瓦的热量（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，而米，而换热量则一般小于换热量则一般小于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、或以供热）对需同时供冷和供热水的酒店

13、、或以供热水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食堂（餐厅）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，解决其冬天耗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，技术关键是太阳能集热器与电（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，如太阳能的被动利用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的匹配和智能控制。浅层地热能的主动利用的匹配和智能控制。 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-

14、 -地源热泵地源热泵空调热水设备空调热水设备”（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- -太阳能太阳能- -冷却塔耦合的热水示冷却塔耦合的热水示范工程范工程（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，土壤换热器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。按冬

15、季采暖负荷匹配。 夏季制冷通过土壤换热器与冷却塔散热，可减少土壤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，减少土壤换热器的投资和埋管所需占换热器的埋管长度，减少土壤换热器的投资和埋管所需占用的土地面积。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题，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。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蒸太阳能集热蒸发器设计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户用户冷热冷热负荷负荷地层地层结构结构理论理论模型模型实验实验模型模型设备设备制造制造系统系统集成集成安装安装

16、试试营营运运土壤换热器设土壤换热器设计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

17、；不懂技术的人在安装；不懂运行的人在运行。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以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。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，

18、广西大学完成的“亚热带及温带地区地源热泵供热制冷亚热带及温带地区地源热泵供热制冷节能系统技术研发节能系统技术研发”科技项目通过了广西科技厅组织的技术鉴定。科技项目通过了广西科技厅组织的技术鉴定。（成果登记号（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埋管技术、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。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家空调产品质量检测单位经国家空调设备质量监督检验中心现场检设备质量监督检验中心现场检测，测，机组制热

19、水工况的能效机组制热水工况的能效系数系数COPCOP达达4.54.5，系统的能效，系统的能效系数系数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

20、换热器设计技术 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方法，实施垂直作用的特性，提出富水土壤换热器的设计理论和方法，实施垂直U U型管的型管的浅埋技术方案。使土壤换热器投资比干性土壤减少浅埋技术方案。使土壤换热器投资比干性土壤减少30%30%以上。以上。 如南宁市三中的地源热泵系统，在埋管深如南宁市三中的地源热泵系统，在埋管深度度3232米时，获得米时，获得66w/m66w/m的换热量，地源热的换热量，地源热泵机组制热水工况的性能系数泵机组制热水工况的性能系数4.54.5，制

21、热水，制热水与电锅炉比节能与电锅炉比节能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，冬季又有一半以上天数的环境温度高于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、太阳能充分利用南方暖气候优势，实现土壤源、空气源、太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，避免了由于，避免了由于过度取热，出现系统效率下降的问题。过度取热，出现系统效率下降的问题。多种可再生能源能源互补

22、利用的系多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术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。将制将制冷产生的热量用于制热水、向土壤和冷却塔散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，大大提高了能源热，空调工况制热水不耗能，大大提高了能源利用率，并减少了制冷所需的埋地盘管长度，利用率，并减少了制冷所需的埋地盘管长度，降低了系统的初期投资。降低了系统的初期投资。 实现系统运行参数实时数字显示，配置远程控制接口，可实现远实现系统运行参数实时数字显示，

23、配置远程控制接口，可实现远程控制。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效。系一套系统实现供冷、采暖和供热水多重功效。系统投资在统投资在2-42-4年内从节省的能源开支中回收，以后便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，用户满意认可。进入低成本运行状态，用户满意认可。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（元）热水费用（元）采用地源热泵制热水每年节约采用地源热泵制热水每年节约

24、费用比较费用比较 燃油锅炉燃油锅炉118.10.76方案方案比方案比方案节约节约82.282.2万元万元; ;比方案比方案节约节约102.6102.6万元万元; ;比方案比方案节约节约20.820.8万元万元; ;比方案比方案节约节约33.333.3万元。万元。方案方案比方案比方案节约节约69.6%;69.6%;比方案比方案节约节约74.1%;74.1%;比方案比方案节约节约36.7%;36.7%;比方案比方案节约节约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+ +电电热锅炉热锅炉69.20.44地源热泵地源热泵35.90.23六、

25、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，节约空调运行费用平方米的空调冷量，节约空调运行费用 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行健文理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

26、寓热水学院学生公寓热水- -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方案方案比方案比方案节约节约51.651.6万元万元; ;比方案比方案节约节约46.946.9万元万元; ;比方案比方案节约节约1717万元万元; ;比方案比方案节约节约16.616.6万元。万元。方案方案比方案比方案节约节约87%;87%;比方案比方案节约节约85.9

27、%;85.9%;比方案比方案节约节约68.3%;68.3%;比方案比方案节约节约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生南宁三中学生公寓地源热泵生活热水系统活热水系统364364个房间，个房间，26002600人住宿人住宿热泵功率热泵功率54kw54kw，电锅

28、炉需功率，电锅炉需功率800kw800kw以以上，比电锅炉节能上，比电锅炉节能70%70%以上，最低能以上，最低能效比效比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中南宁国际大酒店包厢空调和中央热水系统央热水系统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，现元，现约为约为6 6元（每吨热水元（每吨热水6.86.8度电），每年节度电），每年节约空调、热水费用约空调、热水费用120120万元以上万元以上3 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

29、工程热水工程200200套房（三星套房（三星级级）与原燃油锅炉比，每年节约热水、空调与原燃油锅炉比，每年节约热水、空调费用费用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泵广西大学研究生公寓地源热泵热水系统热水系统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，每吨热，每吨热水电费水电费5-65-6元。元。5 5广西大学行健学院广西大学行健学院1313栋地源热栋地源热泵热水系统泵热水系统256256个房间，住个房间，住宿宿10241024人人人均每天耗电费人均每天耗电费0.230.23元

30、。元。6 6广西职业技术学院学生公寓热广西职业技术学院学生公寓热水水- -餐厅空调地源热泵系统餐厅空调地源热泵系统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；与多万元；与燃油锅炉比，每年节省燃油锅炉比，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式地源热泵、风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：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1000m1000m