地源熱泵冷熱聯(lián)供方案介紹

1、地源熱泵冷熱聯(lián)供方案介紹中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所一、政策背景與市場(chǎng)需求地源熱泵技術(shù)自 21 世紀(jì)以來在國(guó)內(nèi)發(fā)展非常強(qiáng)勢(shì)，這主要得益于其技術(shù)本 身的節(jié)能環(huán)保特性和各級(jí)政府的技術(shù)的支持。在國(guó)家層面上來說，早在 2005年 11 月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了可再生能源產(chǎn) 業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄，明確列出了地源熱泵技術(shù)作為具備規(guī)模化應(yīng)用的項(xiàng)目。進(jìn)入 國(guó)家第“十一”個(gè)五年計(jì)劃以來， “節(jié)能減排”的呼聲越來越大，國(guó)家也適時(shí)的 提出了 十一五”節(jié)能減排指標(biāo)：到2010年，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗降 低 20左右、主要污染物排放總量減少 10；而且這三年的政府工作報(bào)告都突 出強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的重要性，建筑領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)包括

2、地源熱泵等是其中重要內(nèi) 容。同時(shí)， 2006 年 1 月實(shí)施的“中華人民共和國(guó)可再生能源法”，將可再生能源 的開發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域， 設(shè)立可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金，用于支持 可再生能源的發(fā)展。此外，國(guó)家各個(gè)部委也都在積極落實(shí)各項(xiàng)工作的開展， 2006 年以來，財(cái)政部和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布可再生能源建筑應(yīng)用專項(xiàng)資金管理暫行辦 法，每年投入上億元的專項(xiàng)資金用于可再生能源在建筑領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用， 地 源熱泵技術(shù)應(yīng)用作為專項(xiàng)資金的支持的重點(diǎn)領(lǐng)域。地方政府也對(duì)該技術(shù)作出了積極的響應(yīng)，隨著大中型城市燃媒鍋爐的取消， 北方城市區(qū)域供熱問題日益突出，這也使得地源熱泵技術(shù)在北方大中城市得到推 廣普及。北京市是

3、推廣地源熱泵技術(shù)最為成熟的城市之一， 2006年 5 月由北京 市發(fā)改委、規(guī)劃委等 9 家單位聯(lián)合制定了關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見 ，各 類政府投資建筑優(yōu)先使用地源熱泵系統(tǒng)，其它各類項(xiàng)目供熱制冷系統(tǒng)選用地源熱 泵系統(tǒng)的給予一次性補(bǔ)貼，標(biāo)準(zhǔn)為：地下（表）水源熱泵 35元/m2，埋管式地源 熱泵50元/m2。同時(shí)北京市申辦2008年奧運(yùn)提出的“綠色奧運(yùn)”也給地源熱泵 技術(shù)的發(fā)展帶來了很大的契機(jī)。沈陽市 2006年陸續(xù)出臺(tái)了沈陽市“十一五”時(shí) 期地源熱泵技術(shù)應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃、沈陽市地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用管理辦法、關(guān) 于全面推進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用工作的實(shí)施意見 ，計(jì)劃到 2010 年全市地源 熱泵技術(shù)應(yīng)

4、用面積達(dá)6500萬m2,占供熱面積的32.5%。有了北方城市的大力推廣，地源熱泵技術(shù)也越來越受到全國(guó)的關(guān)注。 隨著北 方市場(chǎng)趨于穩(wěn)定,地源熱泵已呈現(xiàn)向南推進(jìn)的態(tài)勢(shì),尤其是長(zhǎng)江流域的夏熱冬冷 地區(qū),國(guó)家的熱網(wǎng)無法普及這類地區(qū),使得冬季的采暖一直得不到有效的解決。 地處這一區(qū)域最顯著的位置就是湖北省,武漢市 2006年出臺(tái)了武漢市冬暖夏 涼工程規(guī)劃、熱泵技術(shù)推廣應(yīng)用專項(xiàng)規(guī)劃,明確提出充分利用江水資源和地 下水資源的地源熱泵系統(tǒng),地源熱泵工程項(xiàng)目在武漢市已呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 2005 年地源熱泵市場(chǎng)規(guī)模為 6 億元,占國(guó)內(nèi)整個(gè)商用中央 空調(diào)市場(chǎng)的 3%。預(yù)計(jì)到 2010年,地源熱泵中央

5、空調(diào)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 25億元, 占整個(gè)商用中央空調(diào)市場(chǎng)的 11%。這對(duì)于一個(gè)剛剛起步的領(lǐng)域來說已經(jīng)是相當(dāng) 不容易了,結(jié)合目前已推廣應(yīng)用的態(tài)勢(shì),地源熱泵未來的市場(chǎng)定位主要為：（1）北方市場(chǎng)：供暖、熱水市場(chǎng) ,同時(shí)兼顧空調(diào)。這類市場(chǎng)的地域可以 從華北延伸到東北、西北地區(qū),適用于住宅和公共建筑。（2）長(zhǎng)江流域市場(chǎng)：采暖、空調(diào)、熱水三聯(lián)供市場(chǎng),這類市場(chǎng)的區(qū)域主 要集中在沿長(zhǎng)江流域的夏熱冬冷地區(qū),適合于住宅和商業(yè)建筑。（ 3） 南方市場(chǎng)：空調(diào)、熱水聯(lián)供市場(chǎng),同時(shí)兼顧采暖。這類市場(chǎng)主要集 中在華南地區(qū)的夏熱冬暖地區(qū)。二、國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀地源熱泵技術(shù)之所以能得到業(yè)主的青睞,主要得力于其一套設(shè)備就可以解決 三種用

6、途：夏季空調(diào)、冬季采暖和全年生活熱水。而目前對(duì)于大部分用戶來說, 要解決以上三種途徑,一般需要三套設(shè)備。對(duì)于夏季空調(diào)來說,目前流行的傳統(tǒng)方式無非有兩種：家庭用的單體分體空 調(diào)和商業(yè)建筑的中央冷水空調(diào)；家用空調(diào)由于其安裝簡(jiǎn)單,應(yīng)用非常普遍,已經(jīng) 滲透到各類建筑中；而中央冷水空調(diào)系統(tǒng)更多的被大型建筑所采納, 能源管理方 便；這兩種方式一個(gè)最大的共同點(diǎn)就是都是把熱量排到周圍環(huán)境中, 造成建筑周 圍熱環(huán)境惡劣,也就是常說的“熱島效應(yīng)” 。此外,家用空調(diào)對(duì)建筑美觀的影響 以及中央空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔設(shè)備噪音問題一直是長(zhǎng)期以來備受爭(zhēng)議的話題。對(duì)于冬季采暖來說,北方地區(qū)的城市均采用集中供熱方式, 而對(duì)于南方地區(qū)由

7、于沒有熱網(wǎng)普及，采用電采暖的方式居多。北方傳統(tǒng)的區(qū)域供熱模式已經(jīng)被證 明為能源浪費(fèi)嚴(yán)重的模式，由于設(shè)計(jì)過量，造成房間溫度過高，冬天開窗現(xiàn)象非 常嚴(yán)重，目前這種模式也在陸續(xù)進(jìn)行改革。 而南方地區(qū)采用電采暖也是沒有辦法 的辦法，盡管各類廠家把產(chǎn)品做的非常時(shí)尚， 但是電采暖的供熱方式是能源最為 浪費(fèi)的，不僅用戶承擔(dān)的電費(fèi)較高，對(duì)于以煤電為主的我國(guó)來說，無疑將加重環(huán) 境的污染。除了上述兩大需求，全年生活熱水也是必不可少的部分，目前的方式也較多， 家用較多的是天然氣（煤氣）熱水器、電熱水器以及太陽能熱水器（電輔助）；賓館酒店普遍用的是燃油鍋爐中央熱水系統(tǒng)。家用熱水器產(chǎn)品目前非常成熟，但隨著能源價(jià)格的上升

8、，其運(yùn)行費(fèi)用較高，更重要的是煤氣和電的安全問題；太陽 能熱水器經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)夏天不要熱的時(shí)候很熱， 冬天需要熱的時(shí)候沒熱，因此受天 氣氣候影響很大。而燃油鍋爐熱水系統(tǒng)就目前來說，油價(jià)上漲迅猛，很多賓館酒 店業(yè)主都在暗自叫苦。三、技術(shù)介紹首先來先描述一下“熱泵”這個(gè)概念，為了更好的理解，以水泵為參照物講 述熱泵的原理?！八吞幜鳌笔侨巳私灾牡览?，其是一種自然自發(fā)的過程， 但是我們通過水泵可以實(shí)現(xiàn)反其道行之。水泵通過消耗電能來把低處的水搬運(yùn)至 高處，這個(gè)“從低到高”的搬運(yùn)過程實(shí)際上是以消耗高品位的電能等能量，換來 水的勢(shì)能的提高。同理，熱量總是自發(fā)從高溫?zé)嵩戳飨虻蜏責(zé)嵩矗?但是通過熱泵， 我們可以

9、將這種“從高到低”的熱量傳輸方向反向，同樣也需要消耗少量的電能。高隹能下面再來說“地源熱泵”這個(gè)概念，所謂“地源”指的是土壤、地下水和地 表水等資源，夏季制冷時(shí)，房間的空氣是“低位能”，地源是“高位能”，通過熱 泵把熱量從房間帶走給地源，因此房間就降溫了。冬季采暖時(shí)，地源是“低位能”， 房間的空氣是“高位能”，通過熱泵把熱量從地源帶到房間，因此房間就升溫了。給出比較專業(yè)一點(diǎn)的說法如下：地源熱泵技術(shù)是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源 （也稱為地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空調(diào)又可采暖和提 供熱水的高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），以地源能作為熱泵夏季制冷的冷卻

10、源、冬季采暖供熱的低溫?zé)嵩矗瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)建筑 采暖、空調(diào)和生活熱水的三聯(lián)供。地源熱泵主要包括三種系統(tǒng)：土壤埋盤管系統(tǒng)、地下水系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)。 如果空調(diào)建筑附近有可利用的海、 湖或水池，地表水系統(tǒng)可能是最具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn) 而又最經(jīng)濟(jì)的閉環(huán)系統(tǒng)。地下水系統(tǒng)一般采用開環(huán)系統(tǒng)，適用于已有水井或地下 水源豐富的地區(qū)。對(duì)于地表水和地下水源缺乏的地區(qū)，土壤埋管系統(tǒng)是最佳的選 擇。埋管將閉環(huán)循環(huán)水埋于地表淺層土壤中， 循環(huán)水經(jīng)水管壁面直接與土壤進(jìn)行 熱量交換。夏季循環(huán)水將制冷機(jī)組吸收的熱量向土壤散熱， 冬季從土壤吸熱并將 熱量經(jīng)熱泵機(jī)組傳遞至室內(nèi)。氓曲林壽L （CiSHP）地下水祇緘， 幵躥卓纟總四、技術(shù)特點(diǎn) 地源

11、熱泵技術(shù)在短短幾年內(nèi)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步， 主要得益于他獨(dú)特的技術(shù)優(yōu) 勢(shì)，包括這么幾個(gè)方面：(1) 可再生能源：利用淺層地?zé)崮?地源能)作為冷熱源，實(shí)現(xiàn)冷熱聯(lián) 供；(2) 節(jié)能：性能系數(shù)高，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用 3050%;(3) 環(huán)保：取消鍋爐，減少熱污染；(4) 一機(jī)多用：一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三種用途，節(jié)省建筑空間;(5) 性能穩(wěn)定：溫度波動(dòng)小，不受環(huán)境影響;(6) 美觀：無室外機(jī)，不影響建筑外觀; 但同時(shí)地源熱泵技術(shù)也受限于本身的一些缺陷，主要包括：(1) 初投資較高，比中央空調(diào)系統(tǒng)要高 20%左右;(2) 建筑周圍需要一定場(chǎng)地用于埋設(shè)盤管，或者具有豐富的地下水和地 表水資源;(3) 施工要求較高，需要專業(yè)

12、化的工程隊(duì)伍。五、應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)該來說，地源熱泵技術(shù)適合于各類建筑，以下著重對(duì)建筑進(jìn)行一下歸類， 根據(jù)不同建筑功能地源熱泵方案的設(shè)計(jì)會(huì)有所不同。(1) 住宅建筑 這類建筑是最大的群體，但是地源熱泵技術(shù)應(yīng)用于此類建筑通常受到限制;對(duì)于一般的住宅家庭，全年的空調(diào)時(shí)間畢竟有限，而且住宅建筑的開放商基本不 會(huì)去考慮給用戶裝空調(diào)，更別說是地源熱泵，因此對(duì)于普通住宅，地源熱泵技術(shù) 推廣比較困難。而只有在住宅小區(qū)引入綠色、環(huán)保等因素，才會(huì)考慮這項(xiàng)技術(shù)。而對(duì)于高檔住宅建筑比如別墅建筑，地源熱泵技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)要容易得多， 主要有這么幾個(gè)原因，初投資所占比例相對(duì)較低，高檔建筑周圍有地源熱泵埋管 所需的空間，高檔建筑

13、對(duì)室內(nèi)冷熱環(huán)境的要求高，以及別墅建筑美觀要求等。(2) 辦公建筑和商場(chǎng) 這類建筑主要是夏季空調(diào)和冬季采暖需求，也是目前地源熱泵推廣最多的建 筑，尤其是政府的辦公樓，更多的建筑節(jié)能工作是從政府部門開始的。 這類建筑 的空調(diào)和采暖負(fù)荷較大而且集中，宜采用集中式地源熱泵系統(tǒng)，對(duì)于江邊的建筑 或者周圍土地空間較廣的建筑，非常適合用地源熱泵系統(tǒng)。（3）賓館酒店和醫(yī)院這類建筑不僅有夏季空調(diào)、冬季采暖需求，還有全年熱水需求，如果具備地 源熱泵實(shí)施的條件，將具有非常顯著的節(jié)能環(huán)保效益，給業(yè)主帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效 益。（4）學(xué)校這類建筑也是非常潛在的領(lǐng)域，隨著生活水平提高，許多學(xué)校的教室開始采 用空調(diào)為學(xué)生創(chuàng)造良好

14、的環(huán)境，因此對(duì)于學(xué)校的建筑，樓層不高，周圍空間較大， 非常適宜推廣應(yīng)用地源熱泵。此外學(xué)生宿舍樓的熱水需求也是地源熱泵推廣的潛 在領(lǐng)域。六、投資成本地源熱泵中央空調(diào)+鍋爐初投資北方：200250元/m2南方：300350兀/m2北方：150200元/m2南方：200250兀/m2年運(yùn)行費(fèi)用北方：3540元/m2南方：5055兀/m2北方：6065元/m2南方：8085兀/m2回收期北方：23年南方：34年七、工程實(shí)例中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所經(jīng)過十幾年來的不斷努力和研究探索，在各方面的大力支持下，地源熱泵技術(shù)得到了較大的發(fā)展，從實(shí)驗(yàn)室研究到開發(fā)應(yīng)用都已 積累了一定的人力和物力基礎(chǔ)。2002年承擔(dān)了

15、國(guó)家 十五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目一高溫 地源熱泵與采暖、空調(diào)、熱水聯(lián)供示范系統(tǒng)，并已于2001年對(duì)中科院外國(guó)專家公寓原“鍋爐+制冷機(jī)”系統(tǒng)進(jìn)行了改造，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。此外，研究 所還一直致力于地源熱泵在南方地區(qū)的推廣，先后在廣東肇慶皇朝酒店、廣東外 商活動(dòng)中心建立了示范工程，為地源熱泵推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。廣州能源研究所從事地源熱泵技術(shù)推廣已有四年，典型的工程示范項(xiàng)目如下:1 中國(guó)科學(xué)院外國(guó)專家公寓地源熱泵示范工程：該系統(tǒng)采用地源熱泵技術(shù) 對(duì)原系統(tǒng)（制冷機(jī)+城市熱網(wǎng)+燃油鍋爐） 進(jìn)行改造。兩臺(tái)地源熱泵機(jī)組總制冷 量為758kW，總制熱量為871kW，公寓面積為10000m2。系統(tǒng)全面解決公寓

16、的 采暖、制冷空調(diào)及生活熱水，每年節(jié)約公寓的能源費(fèi)用40%以上。系統(tǒng)改造的總投資為160萬元，采用地源熱泵技術(shù)后的經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)如下表所示:項(xiàng)目原有系統(tǒng)改造后地源熱泵系統(tǒng)節(jié)約全年生活熱水費(fèi)用38.88萬元15.88萬元23萬元全年采暖費(fèi)用23.8萬元（冬季）9.52萬元（過渡季）15.92萬元（含過渡季）17.4萬元全年制冷費(fèi)用19.6萬元17.55萬元2.05萬元總計(jì)91.8萬元49.35萬元42.45萬元從上表中可以看出，利用地源熱泵技術(shù)改造后，系統(tǒng)全年可節(jié)約能源費(fèi)用42.45萬元（46%）,整個(gè)系統(tǒng)有望在四年后收回全部的初投資。而如果對(duì)于新建 建筑來說投資回收期將大大縮短， 大約12年。此外

17、，采用地?zé)崮芮鍧崯o污染， 地源熱泵三聯(lián)供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)無有害物質(zhì)排放，無燃料堆放場(chǎng)地，同時(shí)減少了排向 環(huán)境的熱量，可有效改善城市的大氣環(huán)境和熱島效應(yīng)。2 中國(guó)科學(xué)出版社地源熱泵工程：科學(xué)出版社現(xiàn)有建筑面積21000m2, 采 用兩臺(tái)GWHP600型高溫地源熱泵機(jī)組，替代原來的燃煤鍋爐為整個(gè)社區(qū)建筑供暖，末端仍使用原有暖氣片米暖系統(tǒng)3廣東肇慶皇朝酒店地源熱泵示范工程：采用一臺(tái) WRB950的地源熱泵機(jī) 組，替代燃油鍋爐向酒店提供生活熱水，同時(shí)提供額外的空調(diào)冷負(fù)荷，全年可節(jié) 約燃油費(fèi)用100萬元左右水系統(tǒng)，全年可節(jié)約燃油費(fèi)用100萬元酒店全年平均每天供應(yīng)生活熱水150噸，改造系統(tǒng)總的投資為180萬元，熱泵冷熱聯(lián)供系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供熱方式比較如下表所示項(xiàng)目熱泵冷熱聯(lián)供燃油鍋爐燃?xì)忮仩t電鍋爐制熱量60OOOOOkcal/天（6977kWh/天）能源價(jià)格1 元/kWh