地源热泵技术发展趋势概述

中国地源热泵技术发展趋势

中国建筑科学研究院2006年10月主要内容一、中国地源热泵发展的背景二、地源热泵系统分类及特点三、中国地源热泵系统的发展四、地源热泵的经济性分析五、中国地源热泵发展存在的障碍六、中国地源热泵的市场潜力和发展趋势一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵系统是我国建筑节能发展的需要。目前，建筑用能已经占全国总消耗的27.5%。地源热泵系统和常规的供热空调系统相比大约节能50%，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。●发展地源热泵系统是确保我国能源结构调整的需要。长期以来我国一直以煤采暖为主，北方地区污染严重、能源利用效率低，发展地源热泵技术是改变我国目前能源供应结构的需要，是减少环境污染、确保能源安全的重要保障。

一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵系统是运用可再生能源的重要技术手段。目前，用可再生能源逐步替代常规能源是一个世界趋势，随着我国《可再生能源法》的颁布，大力加快发展可再生能源是落实国家提出的建设节约型社会，发展循环经济方针的主要问题之一。一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵在中国有其广泛的地域要求中国国土面积巨大，从北到南可划分为五个主要气候区，其中对冷热量都有需求的地区占绝大部分；同时中国浅层地热能资源蕴藏丰富，适宜大力发展地源热泵供暖空调系统。●发展地源热泵系统是中国HVAC行业的技术发展方向在中国某些地区，既没有燃煤也没有天然气可以供热，发展地源热泵供暖空调系统是经济发展的需要，也是市场发展的必然趋势。二、地源热泵系统的分类及特点(1)地源热泵的定义及分类●《地源热泵工程技术规范》（ＧＢ50036-2005）规定，地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。

垂直地埋管地源热泵系统水平地埋管地源热泵系统间接地下水地源热泵系统直接地下水地源热泵系统闭式地表水地源热泵系统开式地表水地源热泵系统二、地源热泵系统分类及特点

(2)地源热泵的特点

■地埋管地源热泵系统：

水平地埋管管地源热泵泵系统垂垂直地埋埋管地源热热泵系统包括一个地地埋管换热热器，它或或是水平地地安装在地地沟中，或或是以Ｕ形形管状垂直直安装在竖竖井之中。。不同的管管沟或竖井井中的热交交换器成并并联连接，，再通过不不同的集管管进入建筑筑中与建筑筑物内的水水环路相连连接，它通通过循环液液（水或以以水为主要要成分的防防冻液）在在封闭地下下埋管中的的流动，实实现系统与与大地之间间的传热。二、地源热热泵系统的的分类及特特点(2)地地源热泵的的特点■地埋管地源源热泵系统统：优点：系统不受地地下水量的的影响，对对地下水没没有破坏或或污染作用用，系统运运行具有较较高的可靠靠性和稳定定性。二、地源热热泵系统的的分类及特特点(2)地地源热泵的的特点■地埋管地源源热泵系统统：缺点：（1）由于管壁传传热温差的的存在，机机组冬季地地源侧水温温低于地下下水式系统统5-10℃，机组组夏季地源源侧水温高高于地下水水式系统10-15℃，机组组运行条件件相对较差差，降低了了运行效率率；（2））埋地换热热器受土壤壤性质影响响较大；连连续运行时时，热泵的的冷凝温度度或蒸发温温度受土壤壤温度变化化的影响而而发生波动动；（3））地埋管换换热器所需需占地的面面积较大，，如平面布布置的埋管管换热器的的面积约为为房间面积积的2倍左左右；（4）钻孔及及埋管费用用较高。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地下水地源热热泵系统：：地下水地源热热泵系统分为为直接、间接两种，直接地地下水地源热热泵系统是将将地下水直接接供应到每台台热泵机组，，之后将井水水回灌地下。。间接地下水水地源热泵系系统中，地下下水和建筑内内循环水之间间是用板式换换热器分开的的。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地下水地源热热泵系统：：优点：系统简便易行行，综合造价价低，水井占占地面积小，，可以满足大大面积建筑物物的供暖空调调的要求。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地下水地源热热泵系统：：缺点：（1）地下水热泵系系统需要有丰丰富、稳定、、优质的地下下水；（2））此外，即使使能够全部回回灌，怎样保保证地下水层层不受污染也也是一个棘手手的课题。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地表水地源热热泵系统：：地表水低位热热源包括河流流、湖泊、海海水、中水或或达到国家排排放标准的污污水、废水等等。地表水地源热热泵系统分闭式、开式两种，闭式系系统类似地埋埋管系统，由由潜在水面以以下的、多重重并联的塑料料管组成的地地下水热交换换器取代了土土壤热交换器器；开式系统统类似于地下下水系统。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地表水地源热热泵系统：：优点：系统简便易行行，初投资较较低。缺点：（1）地表水水地源热泵系系统也受到自自然条件的限限制；（2）由于地地表水温度受受环境温度的的影响较大；；（3）一定的的地表水体能能够承担的冷冷热负荷与其其面积、深度度和温度等多多种因数数有关，需要要根据具体情情况进行计算算；二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地源热泵系统统的技术优势势：（1）高效、、节能，环保保、无污染；；可再生能源源在建筑中应应用的主要形形式，冬季可可替代常规热热源，夏季制制冷高；（2）运行成成本低；（3）供暖空空调的同时，，可提供生活活热水。二、地源热泵泵系统的分类类及特点(2)地源源热泵的特点点■地源热泵系统统受低位热源源条件的制约约地埋管系统：：足够埋管区域域、比较适合合的岩土体特特性。地下水系统：：持续水源的保保证、可靠的的回灌能力地表水系统：：水环境的影响响评估、地表表水源情况综综合确定三、中国地源源热泵技术的的发展在我国，地源源热泵的研究究起始于20世纪80年年代，最近5年该项技术术成了国内建建筑节能及暖暖通空调界热热门的研究课课题，并开始始大量应用于于工程实践，，与此相关的的热泵产品应应运而生，掀掀起了一股““地热空调””的热潮。三、中国地源源热泵技术的的发展工程应用方面面：●地下水地源热热泵系统数量量最多，应用用范围最广,主要采用““异井抽灌””和“单井抽抽灌”技术，，最大单项工工程建筑面积积已达16万㎡。●土壤源源地源热泵发发展最快，应应用潜力最大大，最大单项项工程建筑面面积已达13万㎡。。●地地表水地源热热泵系统在城城市级示范工工程中单体规规模最大。●截止2005年，，北京市浅层层地能利用面面积达800万㎡。全国地源热热泵系统的应应用近3000万㎡㎡。目前，地下下水水地地源源热热泵泵系系统统应用用面面积积约约占占全全部部市市场场分分额额的的45%，土壤壤源源地地源源热热泵泵系系统统约占占35%，地表表水水地地源源热热泵泵系系统统约占占20%。三、、地地源源热热泵泵技技术术的的发发展展●北京京、、大大连连、、上上海海、、重重庆庆、、南南京京、、上上海海、、成成都都、、内内蒙蒙等等地地的的项项目目都都进进入入建建设设部部、、财财政政部部拟拟定定共共同同支支持持的的““十十一一五五””节节能能与与可可再再生生能能源源城城市市级级示示范范项项目目。。GSHP在在我我国国长长江江黄黄河河流流域域、、东东北北、、西西北北、、华华北北等等广广大大对对冷冷热热都都有有需需求求的的地地区区，，具具有有较较高高的的适适用用性性；；对对南南方方部部分分只只有有夏夏季季冷冷量量适适用用性性，，而而无无冬冬季季热热量量需需求求的的地地区区也也具具有有一一定定的的适适用用性性，，对对那那些些由由于于条条件件限限制制而而不不能能用用煤煤、、电电、、燃燃气气采采暖暖供供冷冷的的地地区区更更是是最最佳佳选选择择。。四、地地源热热泵的的经济济性分分析根据现现有实实际工工程测测算，，地源源热泵泵系统统初投投资比比传统统系统统要稍稍高一一些：：●如如采采用地下水水式地地源热热泵系系统，系统统初投投资约约为300-400元元/㎡㎡，其中中冷热热源部部分投投资约约220元元/㎡㎡，与与采用用国产产冷水水机组组加锅锅炉式式中央央空调调系统统的初初投资资大致致相同同；●如如采采取土壤源源地源源热泵泵系统统，初投投资约约为350-450元/㎡，其中中冷热源源部分分投资约约为270元/㎡。四、地地源热热泵的的经济济性分分析●若若和和目前前常规规单一一供暖暖方式式相比比，燃煤锅锅炉房房供暖暖系统统投资约约150元/㎡，燃气分分散锅锅炉房房供暖暖系统统投资约约100元/㎡，热电联联产集集中供供热系系统投资约约200元/㎡（包括括增容容费）），地地源热热泵系系统初初投资资要高高，但但地源源热泵泵系统统提供供供暖暖空调调生活活热水水多重重功能能，而而传统统集中中供热热基本本为单单一供供暖功功能，，不可可完全全类比比。四、地地源热热泵的的经济济性分分析采用地地源热热泵系系统其其运行行费用用可大大大降降低：：●用用地地源热热泵系系统供供暖时时，根根据不不同的的地域域、气气候、、资源源、环环境，，其运运行费费用可可比传传统中中央空空调系系统降降低25%-50%，如如北京京市11个个不同同类型型建筑筑地源源热泵泵项目目2003－2004冬冬季运运行费费用调调查结结果表表明，，7项项工程程低于于燃煤煤集中供供热的的采暖暖价格格（18.5元元/㎡㎡）,所有有被调调查项项目均均低于于燃油油、燃燃气和和电锅锅炉供供暖价价格。。●用用地地源热热泵系系统制制冷时时，其其运行费费用可比传传统中中央空空调系系统降降低15%-30%。四、地地源热热泵的的经济济性分分析●地地源源热泵泵系统统其静静态投投资增增量回收期期约4－10年年不等。。如：：北京京菊儿儿胡同同小区区地下下水地地源热热泵供供暖代代替燃燃煤锅锅炉房房供暖暖，初初投资资与燃燃气锅锅炉房房相比比增加加约51元元/㎡㎡，每每平米米供暖暖折标标准煤煤15公斤斤，与与原燃燃煤锅锅炉房房供暖暖能耗耗25公斤斤标准准煤/㎡，，相比比节能能40％，，静态态经济济效益益回收收期约约为6年。。伴随着着GSHP技术术逐渐渐推广广应用用，政政府补补贴的的逐步步完善善，产产业化化规模模的不不断加加大，，生产产厂家家和集集成商商的逐逐渐增增多，，市场场竞争争逐渐渐加剧剧，GSHP系系统的的初投投资还还会进进一步步降低低，GSHP系统统成本本应具具有50-100元元/㎡㎡左右右的降降价空空间。。五、中国国地源热热泵发展展存在的的障碍（1）国家政策策支持与与财政补补贴稍显显薄弱地源热泵泵是一项项节能环环保的技技术体系系，但目目前来讲讲在房地地产应用用推广中中投资还还是相对对较高，，开发商商不愿意意在自己己的系统统中使用用这种技技术，政政府在政政策上的的支持力力度还是是稍显单单薄，鼓鼓励与补补贴政策策也还不不很明确确。五、中国国地源热热泵发展展存在的的障碍（2）对GSHP系统统应用适适应性及及其资源源潜力缺缺乏研究究和规划划地源热泵泵系统受受地区资资源潜力力及特点点的制约约，由于于缺乏GSHP系统应应用适应应性研究究，不具具备资源源条件的的地区用用了，导导致GSHP系系统不能能正常运运行，同同时对资资源和环环境也带带来不利利影响。。五、中国地源源热泵发展存存在的障碍（3）对GSHP系系统研发还不不够深入地源热泵作为为一种新的科科学技术，目目前在国家标标准规范、宣宣传材料、系系统图集方面面还有所欠缺缺，同时在科科研上还有一一些问题没有有取得突破，，比如：土壤壤源地源热泵泵系统的地下下温度场的计计算方法不统统一；海水系系统海水取水水,防藻等问问题；污水源源系统水质防防腐处理问题题；地下水系系统取水回灌灌的成套技术术等问题都还还没有较好的的解决方法；；对于已经完完成并且运行行的地源热泵泵系统，对其其能效性能缺缺乏正确的评评估体系也是是影响其正常常发展的原因因之一。五、中国地源源热泵发展存存在的障碍（4）国内GSHP产品生产商商的产品型号号不全、可靠靠性不高目前国内生产产水源热泵的的厂家已经超超过20个，，但是产品的的性能和质量量差别很大。。大部水源热热泵产品未进进行过权威机机构的性能检检测，因此产产品的性能与与产品样本差差异较大，导导致工程失败败的例子屡见见不鲜。目前前国内用于地地源热泵系统统的产品规格格型号较少，，难以满足不不同低位热源源温度的需要要。五、中国地地源热泵发发展存在的的障碍（5）缺乏必要的的宣传推广广活动已经成熟的的技术没有有得到及时时的广泛的的推广和普普及，也给给此项技术术的应用造造成了一些些障碍。地地源热泵工工程设计作作为一项技技术含量较较高的技术术，目前很很多设计院院的设计人人员还没有有完全掌握握。地源热热泵的推广广应用，目目前缺乏各各个专业各各个领域的的人的共同同配合，缺缺少从政府府政策、主主机设计制制造、系统统的设计和和运行管理理等各个方方面的共同同参与。六、中国地地源热泵的的市场潜力力和发展趋趋势●目目前，我国国城乡既有有建筑总面面积约400亿㎡，，其中城镇镇约为160亿㎡，，在城镇中中居住建筑筑面积约为为105亿亿㎡，其中中能达到建建筑节能标标准的仅占占5%，其其余95%都是未来来需要陆续续进行节能能改造的高高能耗建筑筑；●同同时，我国国每年新增增房屋建筑筑面积约20亿㎡，，预计到2020年年底，我国国新增的房房屋面积将将近300亿㎡，新新增城镇民民用建筑面面积将为100-150亿㎡㎡。随着着人民生活活水平提高高，我国采采暖线也将将逐步南移移，采暖面面积会逐步步增大，新新建建筑将将有70亿㎡以上需要供供暖。●据据专家测测算，目前前我国发电电装机容量量为4亿KW，百米米内地下水水每年可采采集的低温温能量约为为2.2亿亿KW，相相当于其一一半，近百百米内的土土壤每年可可采集的低低温能量相相当于1.5万亿KW，则是是其3750倍，浅浅层地能的的应用仍然然有相当大大的市场空空间。●如如果全国国每年在1亿㎡建筑筑中推广地地源热泵系系统供暖空空调，则可可替代约350万吨吨标煤或26亿立方方米天然气气，削减约约2350万吨氮氧氧化物和约约200万万吨颗粒物物的排放。。六、中国地地源热泵的的市场潜力力和发展趋趋势●基基于此种种情况，财财政部与建建设部在《《可再生能能源在建筑筑中推广应应用工作会会议》中首首次提出浅浅层地热利利用计划目目标：到2010年年，浅层地地热利用的的建筑面积积应该达到到6.41亿㎡，形形成替代常常规能源的的能力800万吨标标准煤；到到2010年，地表表水源热泵泵的推广的的建筑面积积应该达到到2.14亿㎡。●同同时，北北京市发改改委表示，，北京将继继续大力推推广浅层地地能，作为为现行供暖暖的替代能能源。今后后凡政府投投资的项目目如政府机机构、医院院等公共建建筑,有条条件的要优优先使用浅浅层地能。。预计到2010年年，北