夏熱冬暖地區(qū)應(yīng)用淺層地?zé)崮芄嶂评涞谋匾耘c優(yōu)勢(shì)

1、解決環(huán)境污染和能源危機(jī)問(wèn)題是當(dāng)今全人類的共同課題。在中國(guó)能源消耗中，建筑耗能的比例相當(dāng)高，中國(guó)傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問(wèn)題，南方以自來(lái)水或環(huán)境空氣為冷源的制冷機(jī)組解決夏季制冷問(wèn)題。根據(jù)近年的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)采暖和空調(diào)的能耗占建筑總能耗的55，建筑能耗是相同氣候條件發(fā)達(dá)國(guó)家的2-3倍。建設(shè)部提出，我國(guó)新建建筑全面執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗減少50%。近年來(lái)，空調(diào)負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，炎夏季節(jié)多數(shù)電網(wǎng)高峰負(fù)荷約有13用于空調(diào)制冷，使許多地區(qū)用電高度緊張，拉閘限電頻繁。目前，中國(guó)房間空調(diào)器和單元式空調(diào)機(jī)的產(chǎn)量已達(dá)世界第一，中國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速，每年城市新增8-9億平方米的住宅建筑和公共建筑，隨著經(jīng)

2、濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，建筑耗能逐年大幅度上升。如2004年廣西的建筑能耗已經(jīng)超過(guò)全社會(huì)總能耗的20%，夏季空調(diào)高峰負(fù)荷已相當(dāng)于在建的龍灘水電站540萬(wàn)千瓦的滿負(fù)荷出力。如果不加控制，廣西2010年的建筑能耗將比2004增加1倍，空調(diào)高峰負(fù)荷將近2個(gè)龍灘電站的滿負(fù)荷出力，需要增加電力建設(shè)投資數(shù)百億元。而目前美國(guó)每年安裝約4萬(wàn)套地源熱泵系統(tǒng)，這個(gè)規(guī)模意味著每年可以節(jié)約8.79×1011瓦的能量，相當(dāng)于162個(gè)龍灘水電站。1.夏熱冬暖地區(qū)對(duì)供熱制冷需求的特點(diǎn)1.1生活熱水 夏熱冬暖地區(qū)地處亞熱帶，氣候潮濕、冬季氣溫變化大（有時(shí)10 以下數(shù)天后又突然轉(zhuǎn)暖為20左右）、夏季炎熱，因此，熱水

3、洗澡天數(shù)占全年80%以上。長(zhǎng)期以來(lái)，各種熱水鍋爐和家庭熱水器為南方人解決生活熱水問(wèn)題，既有其便利之處，又有各方面不足和局限。燃煤鍋爐成本低，但污染嚴(yán)重，一些城市已下文禁止使用燃煤鍋爐要求改用燃油鍋爐，但隨著燃油價(jià)格的不斷上漲，很多賓館難以承受其運(yùn)行成本；一些小型賓館采用燃?xì)鉄崴?，但其安全性令人?dān)憂，出現(xiàn)煤氣中毒造成人員傷亡的事故時(shí)有發(fā)生；采用太陽(yáng)能+電熱輔助的形式，許多單位上了系統(tǒng)但在冬季卻停止了使用，問(wèn)題的焦點(diǎn)是，夏季氣溫高時(shí)熱水用量少，此時(shí)太陽(yáng)能提供的熱水充足有余，到了深秋、冬季、早春季節(jié)氣候寒涼，太陽(yáng)光照弱，熱水溫度不夠，特別是每年的1、2、3月氣候寒冷潮濕，陰雨連綿，而此時(shí)是需要熱水

4、量最多的時(shí)期，太陽(yáng)能幾乎不起作用，卻只能以電加熱為主，但其耗電很大，經(jīng)濟(jì)上讓大家難以承受。1.2夏季空調(diào)制冷 夏熱冬暖地區(qū)尤其是兩廣地區(qū)夏季炎熱，制冷空調(diào)已成為城市家庭和辦公的基本設(shè)施，但隨著空調(diào)的普及，溫室氣體的排量越來(lái)越大，使得城市的環(huán)境溫度升高，一方面，室外更加酷熱高溫，空氣質(zhì)量下降。另一方面，環(huán)境溫度升高使得空氣源熱泵的能效下降，能耗更大，造成惡性循環(huán)。減排溫室氣體、提高制冷能效比是當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的迫切要求。1.3冬季采暖 16攝氏度是人體對(duì)寒冷忍受程序的一個(gè)界限，低于這一界限，人就感覺(jué)舒適性差。進(jìn)入冬季以后，南方絕大多數(shù)地方的氣溫都會(huì)降至16以下，尤其南方冬季的寒冷，是一種濕冷，使人感

5、到寒冷刺骨。隨著人們生活水平的提高，南方冬季采暖需求越來(lái)越旺，近年來(lái)電取暖器在南方呈暢銷勢(shì)頭。但電取暖器和空氣源空調(diào)取暖能耗都較高，而且舒適性差。但南方取暖負(fù)荷相對(duì)北方要小得多，冬季供暖時(shí)間也較短。因此，南方地區(qū)采用地源熱泵技術(shù)供暖其成本及實(shí)現(xiàn)條件要求都較低，是較佳的能源利用方式。1.4農(nóng)業(yè)溫控需求 隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)種養(yǎng)殖技術(shù)的不斷普及和提高，高附加值的養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)發(fā)展越來(lái)越快，如溫控農(nóng)業(yè)大棚、牧禽魚養(yǎng)殖等，這些農(nóng)業(yè)技術(shù)，迫切需要能源消耗成本低的溫控系統(tǒng)。 因此，尋求能實(shí)現(xiàn)制冷、采暖和供生活熱水的穩(wěn)定的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，是南方城市與農(nóng)村發(fā)展的迫切需要。 淺層地?zé)崮堋⑻?yáng)能屬于低品位能源，按照分級(jí)用能

6、原則，最適合滿足生活用能的需要。地源熱泵技術(shù)是既開(kāi)發(fā)利用了可再生的新能源淺層地?zé)嵩?，又顯著節(jié)能的不可多得的新技術(shù)，具有開(kāi)源和節(jié)能的雙重效果。被稱為二十一世紀(jì)的“綠色空調(diào)技術(shù)”。因此，利用淺層地?zé)崮埽ɑ蚺c太陽(yáng)能耦合）解決南方建筑制冷采暖空調(diào)、熱水供應(yīng)、溫控農(nóng)業(yè)，對(duì)替代常規(guī)商品能源，改善能源結(jié)構(gòu)，保障能源安全，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)以及實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。2.地源熱泵的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) （1）、可再生能源利用形式 利用儲(chǔ)存于地表淺層的低溫?zé)嵩春吞?yáng)能，它不受地域、資源、季節(jié)、氣候、日夜時(shí)段等限制，真正是量大面廣、穩(wěn)定可靠而且清潔無(wú)污染的一種可再生能源。符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。 （2

7、）、高效節(jié)能 制熱系數(shù)高達(dá)34.5，而鍋爐僅為0.70.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和30%50%運(yùn)行費(fèi)用；制冷時(shí)要比普通空調(diào)節(jié)能15%20%。 （3）、美觀傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱器置于暴露的空氣中，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，保持建筑物外觀的完美。 （4）、保護(hù)環(huán)境設(shè)備的運(yùn)行不需鍋爐，沒(méi)有燃油、燃煤污染。土壤源地源熱泵只從地下取熱或散熱，不取地下水，沒(méi)有地下水位下降、地面沉降等問(wèn)題，是真正的生態(tài)合理利用可再生能源的方式。 （5）、多功能、系統(tǒng)控制和管理方便套系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)。 （6）、壽命長(zhǎng)、效益顯著熱泵壽命一般15年左右，而

8、地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強(qiáng)度惰性材料，埋地壽命至少50年。3.地源熱泵的應(yīng)用條件3.1地源熱泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介 地源熱泵GSHP（ground-source heat pumps）技術(shù)是一種利用淺層地?zé)豳Y源的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的空調(diào)技術(shù)。熱泵的理論基礎(chǔ)源于卡諾循環(huán)，與制冷機(jī)相同，按照逆循環(huán)工作。即熱泵消耗較少量的高質(zhì)能通過(guò)循環(huán)從低溫環(huán)境(溫度為0)中吸取大量的低溫?zé)酟，輸出熱量為H=+L(用熱溫度為2),從而回收利用了低溫?zé)酟（見(jiàn)圖1）。由于全年地溫波動(dòng)小，冬暖夏涼，因此，冬季從地表淺層吸取低溫?zé)崃浚募鞠虻紫屡欧艧崃浚ㄎ±淞浚ㄟ^(guò)循環(huán)把熱量從低溫位提升到高溫位，為用戶提供冬季供暖、

9、夏季制冷以及全年熱水供應(yīng)。系統(tǒng)只需消耗少量的高品位能源（如電能），就能獲得高于輸入能量數(shù)倍的熱能效果，是一種高效、環(huán)保、節(jié)能的溫控系統(tǒng)。 地源熱泵系統(tǒng)，由室內(nèi)部分和室外部分組成，室內(nèi)部分包括熱泵機(jī)組和風(fēng)道系統(tǒng)或風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相似。室外部分是地?zé)崮軣峤粨Q部分，有埋地管系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)三種形式。埋地管將閉環(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)。埋地管系統(tǒng)有垂直埋管、水平埋管和螺紋盤管三種（見(jiàn)圖2）。3.2我國(guó)淺層地?zé)崮苜Y源概況 從土壤類型和土壤溫度看，我國(guó)具有

10、豐富的低溫環(huán)境資源。1999年，瑞士學(xué)者Rybach指出，中國(guó)是世界上直接利用地?zé)釢摿ψ畲蟮膰?guó)家，名列世界第一，原因有2個(gè)：一是中國(guó)國(guó)土遼闊，近地表低溫地?zé)豳Y源豐富；二是中國(guó)人口眾多，采暖和制冷工業(yè)的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，將來(lái)需求量無(wú)可比擬。 地源熱泵技術(shù)所利用的能源是常溫土壤中的能量，并不需要特殊的地?zé)崽锘虻叵聼崴?。它只要有足夠進(jìn)行熱交換的淺層土壤（-3.5以上的土壤或地下水）就可滿足地?zé)岜盟蟮募夹g(shù)條件。中國(guó)城市中約有3050%的建筑物具備此條件。從氣候區(qū)上看，從寒冷的黑龍江到炎熱的海南島都可使用，尤其南方氣候條件是夏熱冬暖，需要較多的供熱和空調(diào)裝置。3.3夏熱冬暖地區(qū)的土壤特點(diǎn) 土壤屬于多孔介

11、質(zhì)，是由礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)構(gòu)成其固相骨架、水和空氣充填其中孔隙的三相體。土壤傳輸?shù)責(zé)岬哪芰按鎯?chǔ)熱能的能力與土壤的含濕量、地下水的流動(dòng)有很大的關(guān)系。因此土壤的傳熱是由土壤中固相導(dǎo)熱、液相導(dǎo)熱及液體對(duì)流傳熱組成。當(dāng)土壤中富含水分和有地下水流動(dòng)存在時(shí)，土壤總的傳熱熱阻大大減小，使得土壤具有較高的熱交換效率。 夏熱冬暖地區(qū)尤其是兩廣地區(qū)，雨水豐富，水源充足。豐富的水資源使得我國(guó)南方大部分地域?qū)儆诟凰寥?，土壤的含水率極高，且地下水位較高，為土壤熱交換器閉式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨(dú)厚的條件。4.國(guó)內(nèi)外地源熱泵技術(shù)應(yīng)用狀況分析4.1國(guó)外應(yīng)用狀況 美國(guó)能源部（）和美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（）均已確認(rèn)，地源熱泵系統(tǒng)是

12、目前效率最高、對(duì)環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。1998年，美國(guó)暖通空調(diào)工程師學(xué)會(huì)的ASHRAE技術(shù)獎(jiǎng)就頒發(fā)給一地源熱泵系統(tǒng)。 地源熱泵供暖空調(diào)的優(yōu)勢(shì)使其成為近年來(lái)世界可再生能源利用及建筑節(jié)能領(lǐng)域中增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一。在過(guò)去的10年中，大約30個(gè)國(guó)家的地源熱泵年增長(zhǎng)率達(dá)到了10。它的主要優(yōu)點(diǎn)是用普通的地溫或地下水溫，這在世界各國(guó)都可利用。地源熱泵發(fā)展最快的是歐洲和美國(guó)，其他國(guó)家如日本和土耳其也正在積極發(fā)展地源熱泵產(chǎn)業(yè)。目前世界安裝的地源熱泵系統(tǒng)的總?cè)萘亢彤a(chǎn)熱量達(dá)9500 MW和52000TJ/y（14400GWh/yr），實(shí)際安裝地源熱泵的數(shù)量為80萬(wàn)套，世界主要國(guó)家安裝地源熱泵的情況見(jiàn)表1

13、。1985年美國(guó)全國(guó)共有1.4萬(wàn)臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了4.5萬(wàn)臺(tái)，到2001年，美國(guó)達(dá)到安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)，降低溫室氣體(如2等)排放100萬(wàn)噸，相當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽車的污染物排放或種植404686公頃(100萬(wàn)英畝)樹的效果，年節(jié)約能源費(fèi)用可達(dá)4.2億美元。而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中新建筑中占30%。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，在家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例為：瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。Douglas Cane等對(duì)25個(gè)加拿大和美國(guó)的應(yīng)用地源熱泵的實(shí)例進(jìn)行了跟蹤調(diào)查，并按建筑類型統(tǒng)計(jì)了各

14、個(gè)實(shí)例的年均費(fèi)用，其中，最早投入運(yùn)營(yíng)的實(shí)例在1981年，最晚的為1995年，并且有20個(gè)實(shí)例是在1990年及之后投入運(yùn)營(yíng)。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行費(fèi)用(主要包括能耗費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用)方面有較大優(yōu)勢(shì)。如在商業(yè)應(yīng)用中，節(jié)能達(dá)到17%；住宅應(yīng)用中的能耗則減少32.4%。4.2國(guó)內(nèi)應(yīng)用狀況 中國(guó)地源熱泵的研究和應(yīng)用雖剛剛起步，但其對(duì)地方緩解能源壓力、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的作用正日益受到認(rèn)同，地源熱泵作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)、高效節(jié)能和自然資源再利用的21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)和建筑環(huán)境供熱制冷系統(tǒng)的換代產(chǎn)品，體現(xiàn)出旺盛市場(chǎng)需求的勢(shì)頭。國(guó)外的技術(shù)已相當(dāng)成熟，為此，我們一方面要積極借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和成熟經(jīng)驗(yàn)；另

15、一方面切忌生搬硬套、盲目引進(jìn)，應(yīng)該因地制宜、把握優(yōu)勢(shì)合理的利用淺層地?zé)崮?，避免出現(xiàn)新的生態(tài)環(huán)境失衡。 我國(guó)從<, /SPAN>1995年開(kāi)始學(xué)習(xí)和引進(jìn)歐洲產(chǎn)品，直到1997年才出現(xiàn)有規(guī)模的地源熱泵采暖工程項(xiàng)目，美國(guó)特別看好中國(guó)市場(chǎng)，美國(guó)能源部和中國(guó)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，其中一項(xiàng)內(nèi)容就是地源熱泵發(fā)展戰(zhàn)略。該項(xiàng)目擬在中國(guó)的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”，緩解中國(guó)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。到1999年底，全國(guó)大約有100套供暖/制冷系統(tǒng)，而且全部為開(kāi)式循環(huán)系

16、統(tǒng)。2000年12月由日本政府無(wú)償援助，日本地?zé)峁こ讨晔綍?huì)社負(fù)責(zé)，長(zhǎng)春市地?zé)衢_(kāi)發(fā)有限公司和吉林大學(xué)參與，在長(zhǎng)春完成了一個(gè)10002建筑面積的地源熱泵供暖/制冷示范項(xiàng)目，為國(guó)內(nèi)第一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)。2001年，重慶大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、山東建筑工程學(xué)院也紛紛建成了各自的封閉循環(huán)系統(tǒng)示范工程。 近兩年來(lái)，在我國(guó)北方，已成功建立了一批上規(guī)模的地源熱泵應(yīng)用示范工程。山東建工學(xué)院、北京工業(yè)大學(xué)等具有較雄厚的理論基礎(chǔ)并建立了典型的示范工程，但這些示范工程以采暖為主；在南方，以廣州能源所為代表，主要以是地下水式地源熱泵應(yīng)用技術(shù)為主，土壤源的地源熱泵應(yīng)用技術(shù)在南方還非常薄弱。 目前，我國(guó)實(shí)施地源熱泵工程主要有兩大

17、類： （1）地下水源方式我國(guó)目前實(shí)際應(yīng)用的地源熱泵工程大部分是利用地下水源方式。事實(shí)表明，打井抽水雖然實(shí)施地下水回灌，由于循環(huán)消耗，仍不可避免的要損失相當(dāng)一部分水源，加上抽水時(shí)雖有過(guò)濾網(wǎng)，但一些細(xì)紗粒移位或隨水一起抽上來(lái)，日長(zhǎng)月久會(huì)破壞地層結(jié)構(gòu)，有些地方在抽水井附近出現(xiàn)了莫名的坍塌。我國(guó)一些地方也出現(xiàn)開(kāi)式地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行短短幾個(gè)月，就造成回灌通路細(xì)紗堵塞甚至無(wú)法回灌造成廢井的狀況。因此，打井抽水在一些城市是受到嚴(yán)格控制甚至禁止的。 （2）土壤換熱器的閉式系統(tǒng)我國(guó)閉式系統(tǒng)的土壤換熱器以垂直U型埋管居多，實(shí)用經(jīng)驗(yàn)還非常有限。北方地區(qū)實(shí)施的大多數(shù)采暖工程屬于貧水土壤，由于干性土壤傳熱性能差，垂直埋管

18、深度一般要超過(guò)60米，而換熱量則一般小于50W/m，使得埋管的總埋深較大，往往造成初期投資大，效果不夠理想，一般用戶難以接受。一些地方?jīng)]有經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地溫變化監(jiān)測(cè)，實(shí)施幾萬(wàn)平方米甚至十幾萬(wàn)平方米的大型地源熱泵取暖系統(tǒng)，很難預(yù)計(jì)，幾年后或十多年后這樣的系統(tǒng)其效率和對(duì)周圍的地溫影響如何，北方已有些系統(tǒng)在運(yùn)行兩三年后出現(xiàn)效率明顯下降的情況。5.兩廣地區(qū)土壤源地源熱泵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用情況5.1技術(shù)成果水平2005年3月，廣西科技廳組織專家對(duì)廣西大學(xué)完成的“亞熱帶及溫帶地區(qū)地源熱泵供熱制冷節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)”科技項(xiàng)目進(jìn)行了技術(shù)鑒定。專家的鑒定意見(jiàn)為“該項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)南方亞熱帶及溫帶氣候，采用了地源熱泵-冷卻塔混合

19、型冷熱源應(yīng)用技術(shù)，有效地實(shí)現(xiàn)了自然資源的互補(bǔ)利用，在地源熱泵系統(tǒng)配置、能源優(yōu)化和自動(dòng)控制方面取得了較大的研究進(jìn)展，在對(duì)地源熱泵技術(shù)的系統(tǒng)集成與優(yōu)化應(yīng)用方面有較大的創(chuàng)新。該項(xiàng)目針對(duì)亞熱帶及溫帶地區(qū)在利用淺層埋管技術(shù)、優(yōu)化埋地?fù)Q熱器及系統(tǒng)節(jié)能方面達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平?！?產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)單位是國(guó)家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，范例工程南寧市三中空調(diào)-熱水系統(tǒng)在運(yùn)行兩年多后，其機(jī)組制熱水工況的能效系數(shù)COP達(dá)4.5，系統(tǒng)的能效系數(shù)COP達(dá)4.0，換熱量大于60w/m。5.2知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況 廣西大學(xué)已申請(qǐng)地源熱泵相關(guān)設(shè)備發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)，自主開(kāi)發(fā)地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件一套。其中“太陽(yáng)能-地源

20、熱泵空調(diào)熱水設(shè)備”已經(jīng)獲得國(guó)家實(shí)用新型專利（專利號(hào)：ZL200320101152.8），該技術(shù)有別于國(guó)外以太陽(yáng)能集熱通過(guò)儲(chǔ)熱罐方式作為熱泵的輔助熱源的形式，克服其效率低、體積龐大弱點(diǎn)，本專利采用獨(dú)特的太陽(yáng)能吸熱方式，大大提高太陽(yáng)能的吸熱效率和減少了集熱面積，而且淺層地?zé)崮?太陽(yáng)能互補(bǔ)利用，使系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)，制熱能效比在1：4以上?！岸嘤猛竟?jié)能型熱泵孵化機(jī)”已經(jīng)獲得國(guó)家實(shí)用新型專利（專利號(hào)；ZL03246721.4），與電熱孵化系統(tǒng)相比節(jié)能50%以上。5.3技術(shù)研發(fā)及實(shí)際應(yīng)用情況 2004年12月廣西大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“地源熱泵-太陽(yáng)能復(fù)合型節(jié)能環(huán)保冷熱源系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)”立項(xiàng)。

21、2004年5月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽訂了關(guān)于 “地源熱泵復(fù)合型節(jié)能環(huán)保冷熱源系統(tǒng)”項(xiàng)目合作研究協(xié)議和應(yīng)用工程合作協(xié)議。2005年1月廣西大學(xué)與廣東工業(yè)大學(xué)簽定了“共建廣東工業(yè)大學(xué)地源熱泵實(shí)驗(yàn)室”合作研究協(xié)議并掛牌成立，2005年5月實(shí)驗(yàn)室已安裝地源熱泵-冷卻塔混合型空調(diào)-熱水系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)并投入運(yùn)行工作。2005年7月兩?！暗卦礋岜眉夹g(shù)研究開(kāi)發(fā)”合作被列為九加二泛珠江三角洲的區(qū)域合作，由兩校校長(zhǎng)于在廣州簽定。2005年兩校合作申報(bào)了廣州市科技攻關(guān)引導(dǎo)項(xiàng)目“地源熱泵太陽(yáng)能冷卻塔耦合型節(jié)能環(huán)保聯(lián)供系統(tǒng)”并獲得立項(xiàng)。2006年8月由兩校共建的地源熱泵實(shí)驗(yàn)室實(shí)施廣東工業(yè)大學(xué)龍洞校區(qū)學(xué)生公寓的太陽(yáng)

22、能+地源熱泵系統(tǒng)示范工程（改造原有的太陽(yáng)能+燃油鍋爐熱水系統(tǒng)），現(xiàn)工程已安裝完畢，正在調(diào)試運(yùn)行，試運(yùn)行效果表明系統(tǒng)技術(shù)可行，有效實(shí)現(xiàn)了兩種可再生能源的互補(bǔ)利用。 目前廣西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)根據(jù)南方土壤和氣候?qū)嶋H，已形成了一套由土壤換熱器（同時(shí)可靈活組合冷卻塔、太陽(yáng)能集熱器）、熱泵機(jī)組、控制系統(tǒng)等科學(xué)集成的工程系統(tǒng)技術(shù)。擁有富水土壤換熱器垂直淺埋管技術(shù)、自然能源優(yōu)化互補(bǔ)利用技術(shù)、夏季工況熱量多級(jí)分流技術(shù)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)自主創(chuàng)新技術(shù)。不需抽取地下水、因地制宜、設(shè)計(jì)靈活，避免了過(guò)度取熱形成凍土或排熱量過(guò)大形成干燥土壤所引起的新的生態(tài)環(huán)境失衡等種種弊端。真正體現(xiàn)了可再生能源良性的、生態(tài)的合理利用。 廣

23、西大學(xué)和廣東工業(yè)大學(xué)已在兩廣地區(qū)實(shí)施了近二十項(xiàng)地源熱泵、空氣源熱泵工程，已實(shí)施的典型工程概況見(jiàn)表2。主要技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)如下： （1）充分利用南方富水土壤的傳熱優(yōu)勢(shì)，換熱效率高 根據(jù)南方亞熱帶及溫帶地區(qū)土壤特性：地下水位高，土壤含水量豐富、液相對(duì)流傳熱起重要作用等，提出相應(yīng)的土壤換熱器設(shè)計(jì)理論和方法，實(shí)施土壤換熱器垂直U型管的淺埋方式。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試表明：富水土壤垂直U型管的換熱器采用淺埋方式行之有效，在埋管深度比常規(guī)大大減少的情況下（約減少50%），仍獲得換熱效率明顯高于我國(guó)北方地區(qū)在干性土壤實(shí)施工程的效果。范例工程南寧市三中的地源熱泵系統(tǒng)，在埋管深度32米時(shí)，獲得60w/m的換熱量；地源熱泵

24、機(jī)組制熱水工況的性能系數(shù)4.5，系統(tǒng)制熱性能系數(shù)達(dá)4.0。制熱水與電鍋爐比節(jié)能70%以上。因此，根據(jù)該項(xiàng)目技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)目產(chǎn)品的主要覆蓋范圍為南方亞熱帶地區(qū)，并可依靠廣西的區(qū)位優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到東南亞一帶。 （2）充分利用南方暖氣候優(yōu)勢(shì)，自然能源互補(bǔ)利用 南方常年需要生活熱水，本項(xiàng)目技術(shù)充分利用亞熱帶及溫帶地區(qū)暖氣候優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)熱源側(cè)采用垂直管淺埋方式的土壤換熱器并靈活組合冷卻塔、太陽(yáng)能集熱器等。制熱供暖工況采用土壤熱源與空氣熱源間歇或互補(bǔ)運(yùn)行方式，避免了國(guó)內(nèi)一些地源熱泵系統(tǒng)由于過(guò)度取熱，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)效率下降的問(wèn)題。在空調(diào)供冷和供熱水的冷熱聯(lián)供工況下，采取二次能源利用、熱量多級(jí)分流技術(shù)，利用部分空

25、調(diào)廢熱制熱水，可顯著降低土壤換熱器的散熱負(fù)荷，綜合能效比達(dá)1：7以上。這樣，根據(jù)全年冷熱動(dòng)態(tài)負(fù)荷來(lái)智能控制及合理匹配系統(tǒng)，不但可有效平衡淺層土壤的冷熱負(fù)荷，解決南方冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷問(wèn)題，而且可減少系統(tǒng)地下埋管換熱長(zhǎng)度30%以上。 （3）空調(diào)工況熱量多級(jí)分流，能源利用率高 南方夏季冷負(fù)荷大，制冷所需的埋地盤管長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于加熱所需的盤管長(zhǎng)度。本技術(shù)采取熱量多級(jí)分流技術(shù)方案，將制冷產(chǎn)生的熱量用于制熱水、向土壤和冷卻塔散熱，空調(diào)工況制熱水不耗能，大大提高了能源利用率，并減少了制冷所需的埋地盤管長(zhǎng)度，降低了系統(tǒng)的初期投資。 （4）工程投資成本低 由于富水土壤可以采用垂直埋管的淺埋技術(shù)方案和獨(dú)特的回填方式

26、，顯著降低了土壤換熱器的成本，大大降低了實(shí)施難度，擴(kuò)大了市場(chǎng)的可容納程度；系統(tǒng)匹配功率低，例如南寧市三中2500多人的學(xué)生公寓，其地源熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行匹配功率小于60KW，不到原來(lái)設(shè)計(jì)電熱水鍋爐功率的1/10，大大減少了電擴(kuò)容投資。因此，工程投資可比國(guó)內(nèi)同類技術(shù)減少10%以上。 （5）運(yùn)行成本低 由于綜合采用上述多項(xiàng)技術(shù)，系統(tǒng)節(jié)能效果突出，系統(tǒng)投資通常能在2-3年內(nèi)從節(jié)省的能源開(kāi)支中回收，以后便進(jìn)入低成本運(yùn)行狀態(tài)，用戶滿意認(rèn)可。 （6）一機(jī)多用、自動(dòng)化控制程度高 系統(tǒng)集成程度高，一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供熱水、采暖和供冷多重功效。系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)字顯示，可隨時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)控，而且配置遠(yuǎn)程控制接

27、口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，利于最佳能耗自動(dòng)控制。 （7）系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、技術(shù)成熟 實(shí)施的系統(tǒng)有多個(gè)已連續(xù)運(yùn)行幾年，有的長(zhǎng)達(dá)4年，反復(fù)經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季各種氣候條件和多種工況的考驗(yàn)，均能滿足生活熱水、采暖及供冷的需要。運(yùn)行效果證明該系統(tǒng)技術(shù)成熟。 （8）環(huán)保性好 系統(tǒng)不抽取地下水，不存在影響地下水源和破壞地層結(jié)構(gòu)的問(wèn)題；沒(méi)有向大氣排熱、排冷和排煙等污染問(wèn)題，真正的綠色環(huán)保能源利用。6、兩廣地區(qū)地源熱泵技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.1土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)的冷熱聯(lián)供混合型地源熱泵系統(tǒng)土壤換熱器與冷卻塔并聯(lián)形成了3種運(yùn)行模式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，使用1水泵，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩?，主要原?/p>

28、是環(huán)境溫度太低冷卻塔無(wú)法正常工作；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，使用2水泵，單獨(dú)使用冷卻塔吸收空氣中的熱量，這時(shí)冷卻塔的換熱效率高于土壤換熱器。當(dāng)溫度處于一定范圍之內(nèi)時(shí)可以同時(shí)利用土壤熱源和空氣熱源，可以減少和防止土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。系統(tǒng)夏季每天供應(yīng)50左右的生活熱水約65噸，冬季每天供應(yīng)生活熱水量約為110噸。系統(tǒng)于2003年元月開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)歷了三年多春、夏、秋、冬四季連續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)一直能保持高效運(yùn)行，滿足學(xué)生公寓的生活熱水需要。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)部分房間的冬季供暖和夏季供冷。夏季實(shí)現(xiàn)冷熱聯(lián)供，即利用制熱水產(chǎn)生的冷量給部分房間供冷，實(shí)現(xiàn)能源二次利用，綜合能效比大于1：7。6.2

29、土壤源與空氣源并聯(lián)的混合型地源熱泵系統(tǒng) 系統(tǒng)由一臺(tái)熱泵機(jī)組組成，熱泵機(jī)組的額定功率各為5.4KW，制冷劑為R22；循環(huán)水泵的額定功率為0.75KW；土壤換熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管20×4；鉆井平均深度為23.87，地下水位為6m，總鉆井埋深為405.8。土壤源和空氣源并聯(lián)組成三種運(yùn)行方式：當(dāng)環(huán)境溫度低于一定溫度時(shí)，混合型地源熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩粗饕峭寥罒嵩?，此時(shí)采用土壤源的制熱能效比高于空氣源；當(dāng)環(huán)境溫度高于一定溫度時(shí)，空氣源的換熱效率高于土壤換熱器，所以單獨(dú)使用風(fēng)扇吸收空氣中的熱量；當(dāng)環(huán)境溫度處在一定范圍之內(nèi)時(shí)，可以同時(shí)綜合利用土壤熱源和空氣熱源。這樣可以防止或減少

30、出現(xiàn)土壤換熱器由于過(guò)度取熱而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的現(xiàn)象。系統(tǒng)于2004年9月5日開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)歷了春、夏、秋、冬四季，連續(xù)兩年多的運(yùn)行，均能保持穩(wěn)定高效運(yùn)行，滿足該棟公寓學(xué)生的生活熱水需要。6.3太陽(yáng)能-冷卻塔耦合型地源熱泵系統(tǒng) 采用土壤換熱器與太陽(yáng)能（或冷卻塔）耦合方式，系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、太陽(yáng)能集熱器、冷卻塔保溫水箱等組成，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可根據(jù)情況選擇多熱源或單熱源，有效地實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能和淺層地?zé)崮軆煞N可再生能源的互補(bǔ)利用。熱泵機(jī)組的額定功率為8.2KW，制冷劑為R22。土壤熱器采用U型垂直埋管方式，材料為PPR管20×4，平均鉆井深度為28.67，地下水位為4.5m，土質(zhì)基本為細(xì)質(zhì)

31、沙土，含水量極為豐富。土壤換熱器總鉆井埋管深度為401.38。該系統(tǒng)充分利用了南方太陽(yáng)日照充沛、暖氣候（采用冷卻塔吸熱）和富水土壤的優(yōu)勢(shì)，能保證全年不同氣候條件下穩(wěn)定的高換熱效率（COP4.0）。7.國(guó)家的相關(guān)政策 國(guó)家大力提倡和鼓勵(lì)可再生、可持續(xù)發(fā)展能源地?zé)岬陌l(fā)展利用，相繼出臺(tái)了一系列法規(guī)和政策。 中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法第四條規(guī)定：“國(guó)家鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地?zé)崮苷菍儆诳稍偕茉础?建設(shè)部民用建筑節(jié)能管理規(guī)定第四條規(guī)定：“國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展太陽(yáng)能、地?zé)岬瓤稍偕茉吹膽?yīng)用技術(shù)和設(shè)備”。 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委2000 -2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn)指出：“積極

32、推廣地?zé)岵膳偷責(zé)岚l(fā)電技術(shù)”，“加快地源熱泵技術(shù)的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)，加速國(guó)產(chǎn)化。要大力開(kāi)拓地?zé)岵膳袌?chǎng)，到2005、2010、2015年地?zé)岵膳娣e分別達(dá)到1500萬(wàn)、2250萬(wàn)、3000萬(wàn)平方米。要積極推動(dòng)地?zé)岬木C合利用”。 夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ1342001，J1162001)第條：具備有地面水資源（如江河、湖水等），有適合水資源熱泵運(yùn)行溫度的廢水等水源條件時(shí)，居住建筑采暖、空調(diào)設(shè)備宜采用水源熱泵。當(dāng)采用地下井水為水源時(shí)，應(yīng)確保有回灌措施，確保水源不被污染，并應(yīng)符合當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)規(guī)定；具備可供地?zé)嵩礋岜脵C(jī)組埋管用的土壤面積時(shí)，宜采用埋管式地?zé)嵩礋岜谩！?建設(shè)部建筑節(jié)能“十五”計(jì)劃綱要中明確指出“十五”期間建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)之一是：“大力推進(jìn)太陽(yáng)能、河水、湖水、海水與地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作。建設(shè)部關(guān)于貫徹國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定的實(shí)施意見(jiàn)（建科2006231號(hào)）指出“到“十一五”期末，太陽(yáng)能、淺層地能等可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例達(dá)25%以上?！?.夏熱冬暖地區(qū)應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的前景 學(xué)校、賓館、醫(yī)院、寫字樓、住宅小區(qū)等是需要集