第11章 地源热泵技术及其应用

地源热泵技术及其应用主要内容政策及需求技术介绍发展历程科研与工程案例政策及需求国家政策国家提出“十一五”节能减排指标：到2010年，单位国内生产总值（GDP）能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％；建筑节能是其中重要内容。2005年11月29日国家发改委发布《可再生能源产业发展指导目录》，明确列出了地源热泵技术作为具备规模化应用的项目。2006年1月1日实施的“中华人民共和国可再生能源法”，将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，设立可再生能源发展专项资金，用于支持可再生能源的发展。2006年1月1日实施国家标准《地源热泵系统工程技术规范》，将地源热泵技术列为建筑业10项新技术之一。财政部和建设部联合发布《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，每年投入上亿元的专项资金用于可再生能源在建筑领域的规模化应用，地源热泵技术应用作为专项资金的支持的重点领域。地方政策(1)北京市：2006年5月31日由市发改委、规划委等9家单位联合制定了《关于发展热泵系统的指导意见》，各类政府投资建筑优先使用地源热泵系统，其它各类项目供热制冷系统选用地源热泵系统的给予一次性补贴，标准为：地下（表）水源热泵35元/m2，埋管式地源热泵50元/m2。沈阳市：2006年陆续出台了《沈阳市“十一五”时期地源热泵技术应用专项规划》、《沈阳市地源热泵系统建设应用管理办法》、《关于全面推进地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》，计划到2010年全市地源热泵技术应用面积达6500万m2，占供热面积的32.5％。武汉市：2006年出台了《武汉市冬暖夏凉工程规划》、《热泵技术推广应用专项规划》，明确采用地下水源热泵必须采用回灌。地方政策(2)宁波市：出台《宁波市节能与清洁生产专项资金使用管理暂行办法》，对利用地源热泵技术的项目按实际投资给予20％以内的补贴。其它城市：大连市实施推广海水源热泵系统、青岛市以奥帆基地为示范，开始推广海水源热泵系统、重庆市重点推广以江水为主的地源热泵系统、乌鲁木齐市开始推广埋管式地源热泵系统、广西开始重点推广地源热泵系统。。。。。一些杂志社、学会、协会的介入、参与、和推动。如：《工程建设与设计》编辑部，中国城市经济学会，中国可再生能源学会，中国能源研究会地热专业委员会，《地源热泵》编辑部。空调、采暖、热水能耗已成为建筑能耗大户：40％～60％建筑建设规模：2001－18.2亿m2，2002－19.7亿m2，2003－20.3亿m2建筑能耗比例：1996：24.1％－2005：27.6％，空调用能导致夏季用电高峰：2003：61.8台/百户（广州：120台/百户）、错峰用电、拉闸限电、用电红色警报信号。采暖、热水取消燃煤锅炉，采用燃油（气）锅炉费用剧增，很多消费者都大呼用不起城市的热岛效应、大气环境的污染是中国大城市普遍存在的两大问题寻求解决途径增建电厂及电网

把空调温度提高1度：可以为广州省下30万千瓦，但这仅减少了2.5％的电力。采暖、热水如何解决？用电最费，烧油、烧气也很贵，环境又会被破坏。因此，需要寻求一种最佳的模式：地源热泵冷热联供系统市场需求北方市场：供暖、热水市场，同时兼顾空调。这类市场的地域可以从北京一直向北到东北三省，适用于住宅和办公建筑。长江流域市场：采暖、空调、热水三联供市场，这类市场的区域主要集中在北京到长江流域的夏热冬冷地区，特别适合于宾馆酒店和高档公寓等一些场所。南方市场：空调、热水联供市场，同时兼顾采暖。这类市场主要集中在华南地区的夏热冬暖地区。2005年地源热泵中央空调市场规模为6亿元，占国内整个商用中央空调市场的3％。预计到2010年，地源热泵中央空调市场规模将达到25亿元，占整个商用中央空调市场的11％。技术介绍热泵种类与应用热泵技术空气源热泵地源热泵地下水源热泵地表水源热泵（包括污水/海水源）地埋管地源热泵基本概念地源热泵的概念地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称为地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空调又可采暖和提供热水的高效节能空调技术。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，同时实现建筑采暖、空调和生活热水的三联供。地源热泵系统的组成室外地能换热系统地源热泵机组建筑物采暖、空调或热水末端水循环水或空气循环地源热泵制冷采暖热水三合一动态演示分离式水源热泵机组

过去，人们只重视对深层地热能的开采，而忽略了浅表层蕴藏的丰富低温地热能，地源热泵技术有效地利用低温地热水、地下水、地表水等地热能，通过热泵循环，向建筑物提供空调、采暖和生活热水。

浅层地热能地源热泵加热游泳池越冬养殖采暖、空调、生活热水1kW的电力3kW的热量来自于浅层地热能4kW的热量供应给用户比空气源热泵节能30%比燃油锅炉采暖节能50％比电采暖节能70%可再生能源：利用浅层地热能作为冷热源，实现冷热联供节能：性能系数高，节省运行费用30～50％；环保：取消锅炉，减少热污染；一机多用：一套系统实现三种用途，节省建筑空间性能稳定：温度波动小，不受环境影响美观：无室外机，不影响建筑外观

地源热泵系统优势地源热泵系统限制因素初投资较高（打井、钻孔、埋管等）需要有一定的空间埋设埋管系统施工要求较高，需要专业施工队伍和设备冷热负荷平衡的问题经济分析初投资比较机组初投资比冷水机组增加10%～30%增加打井费用无冷却水塔和冷却水系统无锅炉和锅炉房无入网费（天燃气、城市热力网）无储油罐安全费运行费用比较夏季制冷：节约费用＞20%夏季采用热回收，可免费提供生活热水冬季制热时，运转费用相当于燃气、燃油锅炉的50%左右全年运行费用节约40％左右地源热泵与传统方式的比较地源热泵中央空调＋锅炉初投资北方：200～250元/m2南方：300～350元/m2北方：150～200元/m2南方：200～250元/m2运行费用北方：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年地源热泵与其他系统的经济对比分析发展历程世界地源热泵高速发展总装机2000年5275MWt，比1995累进年增长23.3%2005年15723MWt，比2000累进年增长24.4%利用能量2000年6465GWh，比1995累进年增长9.7%2005年24076GWh，比2000累进年增长30%1.地源热泵2.区域供热3.温室4.养殖5.农业干燥6.工业应用7.洗浴8.制冷空调9.其它应用欧洲地源热泵销售量及其预测国家人口（百万）2001年销售量（台）预期增长率％瑞典9270006奥地利848008德国80360020瑞士728006法国5885010英国58150>100丹麦5150>100上世纪50年代，天津大学进行了相关研究上世纪80年代末，国内各大院校开展相关研究工作2000年以后，地源热泵技术开始推广，并实现中小规模生产国内市场主要以常温（55℃以下）地源热泵机组为主，中科能、富尔达、清华同方等推出高温地源热泵机组，出水温度高达75℃以上。国内地源热泵系统应用主要以大型工程为主，近几年开始应用一些小型的地源热泵系统。中国地源热泵发展正在规范化，2005年出台《地源热泵供暖空调技术规程》、近期要出台的《浅层地热能勘查评价技术规范》。国内应用进展地源热泵产业虽然起步于2000年后，但年增长速度已超过20％，发展相当迅速。科研与工程案例实验室介绍中国科学院广州能源研究所地热能实验室是我国最早从事地热能利用技术研究与开发的单位，经过30年的研究与实践，在地热研究开发方面已取得了多项具有实用意义的技术与研究成果，积累了丰富的实践经验。成功开发了地热发电、地热干燥、地热养殖、地源热泵、地热制冷等技术，具有国内领先优势。地热发电技术及地热制冷、地源热泵的研发技术已达到国际先进水平。高温地源热泵采暖、空调、热水联供系统研究替代传统模式输出温度75℃节能40％环保无污染首次研制开发成功高温地源热泵机组，提出三联供系统全面解决采暖、空调和热水供应以地下水作为冷热源，采用一种对环境友好的制冷剂替代R22，通过热泵循环，输出温度可达75℃，替代传统“制冷机＋锅炉”模式，有效解决建筑采暖、空调、热水的供应，年运行费用节约40％以上。中国科学院外专家公寓高温地源热泵联供系统项目原有系统改造后地源热泵系统节约全年生活热水费用38.88万元15.88万元23万元全年采暖费用23.8万元（冬季）9.52万元（过渡季）15.92万元（含过渡季）17.4万元全年制冷费用19.6万元17.55万元2.05万元总计91.8万元49.35万元42.45万元系统改造的总投资为160万元，利用地源热泵技术改造后，系统全年可节约能源费用42.45万元（46％），整个系统有望在四年后收回全部的初投资。系统节能效益低能耗建筑节能集成系统研究夏季空调冬季采暖全年生活热水建筑照明建成新能源生态建筑国内建筑规模较大（8000m2）新能源利用率高新能源与建筑结合节能80％工程案例中国科学出版社地源热泵系统科学出版社总建筑面积22000m2，主要为综合办公用房，散热器采暖系统。原供热设备为两台4T燃煤锅炉。系统改造后热源设备采用中科能GWHP600型高温热泵机组两台，基本保持原有供热附属设备和末端系统。水源井共三口，两用一备，井深95米，每口井设一潜水泵，三口井交替使用。采暖期间温度始终保持在20℃以上，整个采暖期运行费用仅为13元/m2☆工程实景中科院研究生院研究生宿舍地源热泵系统总建筑面积18000平方米，风机盘管中央空调系统，原采用冷水机组制冷和锅炉供暖及热水，2002年初改造为地源热泵系统，采用两台WRB950型常温热泵机组为空调系统制冷供热，一台GWHP200型高温热泵机组提供每日生活热水。

广东外商活动中心（四星级）热泵冷热联供系统采用一台WRB620的热泵热水机组替代原有燃油锅炉热水系统，每天向宾馆提供240吨的热水量。同时，热泵热水机组可产生560kW的冷量向客房提供部分冷负荷。☆社会经济效益项目热泵冷热联供燃油锅炉燃气锅炉电锅炉热水量150吨/天能源价格1元/kWh5.5元/kg2.8元/m31元/kWh热值－10000kcal/kg500