地源熱泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及前景

1、地源熱泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及前景金美地源空調(diào) 2009-08-21 15:19:47 作者:SystemMaster 來源: 文字大小:大中小地源熱泵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及前景 時(shí)間:2007-9-11:19:00 地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個(gè)專利，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。如美國，截止1985年全國共有14,000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺(tái)，到目前為止已安裝了400，000臺(tái)，而且每年以10的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中有新建筑中占30。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電

2、力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計(jì)劃到2001年達(dá)到每年安裝40萬臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)，屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。 與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤管（埋深400米深）的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27。 目前，水源

3、熱泵在法國和美國發(fā)展較快，市場(chǎng)總額年增長率達(dá)45以上；在瑞典、奧地利、荷蘭、日本等國家也得到了很好的發(fā)展。僅擁有9百萬人口的瑞典，現(xiàn)已有了比歐洲其他國家都好的水源熱泵銷售市場(chǎng)，與2000年的24 000臺(tái)套相比，2002年銷量達(dá)到39 000臺(tái)套；在挪威，銷量也以驚人的速度在增長，由2001年6 500臺(tái)套增至2002年的15 000臺(tái)套，2003年，其政府采取對(duì)“所有新的空調(diào)設(shè)備的安裝有650歐元的補(bǔ)貼”措施，因此，水源熱泵銷量的增長仍然可觀。我國的水源熱泵事業(yè)較國外起步較晚，自上世紀(jì)90年代初期以來，在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助下，國內(nèi)開始對(duì)土壤源熱泵的探索性研究，但在如何有效地降低系統(tǒng)

4、初投資、保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行等方面的研究一直沒有突破。其主要的原因是已開展的研究絕大多數(shù)都局限于對(duì)所建立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試并與傳統(tǒng)的空氣熱源熱泵性能進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從而得出土壤源熱泵節(jié)能的一般性結(jié)論。由于缺乏對(duì)埋地?fù)Q熱器在土壤中復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)綜合傳遞過程的深入研究，使得這些結(jié)論只適用于某一具體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少而不能作為設(shè)計(jì)依據(jù)。近幾年來我國水源熱泵事業(yè)發(fā)展勢(shì)頭看好。天津大學(xué)、清華大學(xué)分別與有關(guān)企業(yè)結(jié)成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體開發(fā)出中國品牌的地源熱泵系統(tǒng)，已建成數(shù)個(gè)示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉地源熱泵，并對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，可以預(yù)計(jì)中國的地源熱泵市場(chǎng)前景廣闊。之所以對(duì)中國的

5、地源熱泵市場(chǎng)發(fā)展前景持樂觀態(tài)度，一方面是要節(jié)約常規(guī)能源、充分利用可再生能源的國內(nèi)外大趨勢(shì)；另一方面，我國具有較好的熱泵科研與應(yīng)用的基礎(chǔ)，早在50年代，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究，1965年研制成功國內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院等單位對(duì)地下埋盤管的地源熱泵也進(jìn)行了多年的研究。在中國科學(xué)院廣州能源研究所等單位還多次召開全國性的有關(guān)熱泵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的專題研討會(huì)。美國特別看好中國市場(chǎng)，美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中主要內(nèi)容之一是“地源熱泵”，該項(xiàng)目擬在中國的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地

6、源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國對(duì)煤炭和石油的依賴程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的。目前，這3個(gè)地源熱泵示范工程正在落實(shí)，有的已進(jìn)入實(shí)施階段。與此同時(shí)，科技部委托的中國企業(yè)公司正醞釀將美國的地源熱泵技術(shù)及設(shè)備引進(jìn)中國市場(chǎng)，這將促進(jìn)我國地源熱泵的市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并使我國地源熱泵的研究開發(fā)盡快跟上國際潮流。我們有理由相信，在充分學(xué)習(xí)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在各級(jí)政府的有力支持下，中國的科技界與企業(yè)界攜手共進(jìn)，依靠自己的力量完全有能力在不長的時(shí)間內(nèi)開拓出具有中國特色的地源熱泵產(chǎn)業(yè)。發(fā)展前景當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)高速增長，社會(huì)購買力大大增強(qiáng)，水源熱泵的高初投資

7、,對(duì)其應(yīng)用的影響將越來越??；而且，隨著科技的發(fā)展，水源熱泵的技術(shù)將更加成熟，同時(shí)其使用成本將下降，因此，水源熱泵系統(tǒng)依靠其顯著的節(jié)能環(huán)保特性以及投資經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)而具有相當(dāng)大的市場(chǎng)潛力。中國的水源熱泵事業(yè)近幾年已開始起步，而且發(fā)展勢(shì)頭看好，越來越多的用戶開始熟悉水源熱泵，并對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣。自從上世紀(jì)90年代開始這一技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的空調(diào)工程領(lǐng)域，目前已經(jīng)成為華北和中原地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的一大熱點(diǎn)，而且其應(yīng)用地區(qū)，已經(jīng)從北京、天津、山東、河南、河北，迅速擴(kuò)大到湖北、湖南、內(nèi)蒙和東北等地。近幾年來在山東、河南、湖北、遼寧、黑龍江、北京市及河北等地，已有100多個(gè)利用地下水的水源熱泵工程在實(shí)

8、際應(yīng)用。供熱空調(diào)面積達(dá)100余萬平方米。 18000年來，地球氣溫平均每1000年升高0.5，而過去100年里，由于人類大量使用燃料，氣溫升高了1多。最近10多年，氣溫升幅逐年加快，按這個(gè)趨勢(shì)下去，以后100年內(nèi)，氣溫將再升高5。那時(shí)，冰川大量融化、海水上漲淹沒上千座城市，并造成物種變異并大量消失，炎熱、颶風(fēng)、洪水、干旱將橫掃全球。作為地球上的成員，每個(gè)人都有義務(wù)為地球的可持續(xù)發(fā)展出一份力。在我們空調(diào)行業(yè)里，水源熱泵這種既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)的空調(diào)方式正是符合當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展要求的一項(xiàng)“綠色”節(jié)能空調(diào)技術(shù)，只要投入更多精力發(fā)展此技術(shù)，采取恰當(dāng)?shù)臓I銷策略，并給予必要的政策傾斜，可以預(yù)計(jì)，水源熱泵在中國發(fā)

9、展的前景廣闊。下載于中國地源熱泵網(wǎng) 我國熱泵發(fā)展?fàn)顩r背景以及未來的展望2008/4/8/11:18 來源：中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所 1.熱泵發(fā)展的現(xiàn)狀 近幾年來，我國熱泵發(fā)展很快，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年我國空調(diào)設(shè)備（指電動(dòng)冷熱水機(jī)組、吸收式冷熱水機(jī)組、房間空調(diào)器以及單元空調(diào)機(jī)組，但不包括進(jìn)口機(jī)組）的總制冷能力約為2000萬kW，其中熱泵型機(jī)組的制冷能力約占60%。在全部熱泵型機(jī)組中，電驅(qū)動(dòng)熱泵容量約為1070kW，占90%；吸收式熱泵容量約為130萬kW,占10%。 （2）近幾年來，我國的吸收式制冷裝置發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年銷售的溴化鋰吸收式制冷機(jī)約3000多

10、臺(tái)，其中直燃機(jī)1115臺(tái)。 （3）熱泵在工業(yè)中的應(yīng)用已見端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造紙、印刷、石油和化工等工業(yè)生產(chǎn)過程已采用了蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵和電驅(qū)動(dòng)熱泵。例如，目前大約有400臺(tái)熱泵式木材干燥機(jī)正在運(yùn)行，年處理能力約為200千立方米。 2.熱泵發(fā)展的背景 2.1能源政策 我國一次能源年保有總量（不包括生物質(zhì)能和新能源）為14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤14.6億噸，原油1.7億噸，天然氣300億立方米，水電2400億kWh，核電250kWh，進(jìn)口石油46億噸，火電電力裝機(jī)容量2.93億kW（平均每年增加裝機(jī)容量1500kW）。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國電廠熱效率為32.95%，電廠供

11、熱效率為83.68%，能源轉(zhuǎn)換總效率為38.07%。采用熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)或稱總能系統(tǒng)（TESTotalEnergySystem)，燃?xì)鉄岜茫℅EHP）后，通過熱力學(xué)第一定律的熱效率分析和熱力學(xué)第二定律的效用率分析說明：由于利用廢熱，GEHP的綜合利用可達(dá)到80%85%；若通過軸動(dòng)力傳動(dòng)熱泵，利用了低位熱能，故綜合熱效率可達(dá)到150%170%。對(duì)于TES方式，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供后，其綜合利用率可達(dá)到65%80%。中華人民共和國節(jié)約能源法第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵(lì)發(fā)展的通用技術(shù)，促進(jìn)了熱泵事業(yè)的發(fā)展。 2.2環(huán)境保護(hù)政策 采用熱驅(qū)動(dòng)熱泵，CO2排放量亦明顯降低。通過改善熱泵性能，降低工質(zhì)

12、泄漏與使用新工質(zhì)，熱泵將在環(huán)境保護(hù)上發(fā)揮更大的作用。2.3建筑節(jié)能法 實(shí)施民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度地降低了熱泵采暖方式的年運(yùn)行費(fèi)用，增加了熱泵與集中供熱采暖方式的競(jìng)爭能力。 2.4城市能源結(jié)構(gòu)的改變 大中城市人口集中，能源消耗量大，污染問題最突出，因此，必須實(shí)施國家能源政策，改善能源結(jié)構(gòu)，提倡使用清潔優(yōu)質(zhì)能源，限制煤炭的使用，這就為熱泵的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。 2.5能源價(jià)格的調(diào)整 3.熱泵技術(shù)發(fā)展的展望 3.1熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀 所有型式的熱泵都有蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)溫度水平，節(jié)流采用膨脹閥或毛細(xì)管。只是壓力的增加有不同的形式，主要有機(jī)械壓縮式，熱能壓

13、縮式、噴射蒸汽壓縮式。 目前我國熱泵發(fā)展有三種趨勢(shì)： 風(fēng)冷熱泵型熱水機(jī)組發(fā)展迅速，1996年比1995年增長近二倍。 直燃式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組發(fā)展較快，占全部溴化鋰吸收式熱水機(jī)組的56%。 房間空調(diào)器比重最大。熱泵型窗式、分體式和10kW冷量以下的單元空調(diào)機(jī)占總冷量的45%。 但技術(shù)上存在以下幾方面的問題： 風(fēng)冷熱泵型機(jī)組存在體型較大，噪聲較高，除霜技術(shù)尚不完善等問題。主要應(yīng)用風(fēng)冷熱泵的地區(qū)是長江流域，該地區(qū)夏季悶熱，冬季濕冷，1月份平均氣溫010，相對(duì)濕度大于75%。因此，要求熱泵必須適應(yīng)0以下低溫高濕氣候環(huán)境。吸收式溴化鋰制冷機(jī)組效率偏低。 房間空調(diào)器存在噪聲污染、熱污染（大量電機(jī)功率轉(zhuǎn)化的

14、熱量排入住宅）和制冷劑污染，特別是（分體式空調(diào)機(jī)安裝和使用時(shí)的泄漏）。1996年我國大約安裝300萬臺(tái)分體機(jī)和40萬臺(tái)單元空調(diào)機(jī)，以每臺(tái)安裝時(shí)的排放量為50g計(jì)算，則泄漏總量達(dá)170t/年。 3.2熱泵技術(shù)發(fā)展的展望 技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱泵和超級(jí)熱泵系統(tǒng)。 3.2.1機(jī)械壓縮式熱泵的發(fā)展 （1）制冷劑側(cè)的熱泵控制。 （2）壓縮機(jī)能量控制。 （3）壓縮機(jī)設(shè)計(jì) （4）新工質(zhì)技術(shù) 3.2.2吸收式熱泵和吸收式熱變換器 3.2.3壓縮-吸收式熱泵 3.2.4高溫?zé)岜?.熱泵市場(chǎng)發(fā)展的展望 4.1熱泵市場(chǎng)發(fā)展的有利因素 4.1.1我國的能源政策和環(huán)境保護(hù)政策是促進(jìn)熱泵技術(shù)迅速發(fā)展的主

15、要因素。 4.1.2自從我國政府1978年出臺(tái)改革開放、節(jié)能政策以來，長江流域經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展，生活水平也獲得了大幅度的提高。這一地區(qū)的氣候特點(diǎn)是夏季炎熱，冬季不太冷（一月份平均室外溫度變化范圍為010，年平均室外溫度低于或等于5的時(shí)間為090天。七月室外平均溫度范圍為2530，年平均溫度高于25的天數(shù)為40110天）。根據(jù)上述原因，加以國外產(chǎn)品的大量進(jìn)口，熱泵空調(diào)系統(tǒng)在中國的應(yīng)用迅速增長，目前家用空調(diào)器總量60%為熱泵型甚至在較為寒冷的北京地區(qū)，有許多用戶也喜歡在集中采暖期前后應(yīng)用熱泵型空調(diào)機(jī)組來采暖，冬季供應(yīng)熱水，夏季供應(yīng)冷水的電動(dòng)風(fēng)冷機(jī)組在集中式空調(diào)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，今后的應(yīng)用將更

16、為普及。 4.1.3我國建筑市場(chǎng)巨大，19952000年，預(yù)計(jì)每年全國城市新建住宅建筑面積約2.4億，其中上海每年新建約1500萬，北京約1000萬，天津約600萬，大連約260萬。20002010年，每年新建住宅建筑面積約3.4億。 4.1.4我國工業(yè)余熱的資源很豐富，利用的潛力很大分布也很廣，如化工工業(yè)占8.8%，石化工業(yè)占30.9%，輕紡工業(yè)占4.0%。石化廠、造紙廠、制藥廠、冶金廠、食品加工廠和農(nóng)業(yè)部門對(duì)熱泵的應(yīng)用進(jìn)行了開發(fā)研究，如木材采用了電驅(qū)動(dòng)高效熱泵干燥機(jī)實(shí)現(xiàn)了工廠節(jié)能的目的；如石化廠廣泛采用了蒸汽噴射式熱泵回收生產(chǎn)過程中的余熱用于生產(chǎn)和生活，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，為今后熱泵市場(chǎng)

17、的開拓創(chuàng)造了條件。 4.2熱泵市場(chǎng)發(fā)展的展望 4.2.1建筑業(yè)應(yīng)用熱泵的展望 熱泵適用區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)域和部分集中采暖區(qū)域，該區(qū)域包括上海、江蘇、浙江、山東、安徽、湖北、河南及福建、湖南的部分地區(qū)，據(jù)預(yù)測(cè)，該地區(qū)2000年城鎮(zhèn)房屋建筑面積38.5億，其中住宅20.7億，（約占53.8%）。公共、商業(yè)建筑6.5億（16.9%)，從中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)來看，該地區(qū)至2000年空調(diào)普及率約為10%，預(yù)測(cè)的各種房屋建筑的需熱量和熱泵供熱量見表1。 表1各種房屋建筑的需熱量和熱泵供熱量 總熱需要量（MW）熱泵供熱量（MW）獨(dú)家住宅多層住宅2萬MW1.2萬MW商業(yè)/公共建筑1.35萬MW0.4萬MW小區(qū)/供熱0.41萬MW總熱需要量（MW）熱泵供熱量（MW） 獨(dú)家住宅 多層住宅2萬MW1.2萬MW 商業(yè)/公共建筑1.35萬MW0.4萬MW 小區(qū)/供