國(guó)際地源熱泵發(fā)展歷程及我國(guó)發(fā)展趨勢(shì)

國(guó)際地源熱泵發(fā)展歷程及我國(guó)發(fā)展趨勢(shì)美國(guó)地源熱泵發(fā)展歷史及概況美國(guó)的地源熱泵起源于地下水源熱泵。由于土壤源熱泵的初投資高、計(jì)算復(fù)雜以及金屬管的腐蝕等問題，早期美國(guó)的地源熱泵中土壤源熱泵所占比例較小，主要以地下水源熱泵為主。早在20世紀(jì)50年代，美國(guó)市場(chǎng)上就開始出現(xiàn)以地下水或者河湖水作為熱源的地源熱泵系統(tǒng)，并利用它來實(shí)現(xiàn)采暖，但由于采用的是直接式系統(tǒng)，很多系統(tǒng)在投入使用10年左右的時(shí)間由于土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕等問題就失效了，地下水源熱泵系統(tǒng)的可靠性受到了人們的質(zhì)疑。上世紀(jì)70年代末至80年代初，在能源危機(jī)的促使下，人們又開始關(guān)注地下水源熱泵。通過改進(jìn),水源熱泵機(jī)組擴(kuò)大了進(jìn)水溫度范圍，加之歐洲板式換熱器的引進(jìn)，閉式地下水源熱泵逐漸得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，人們也開始關(guān)注土壤源熱泵系統(tǒng)。在美國(guó)能源部（DOE）的支持下，美國(guó)橡樹山(OakRidgeNationalLaborato-ry，ORNL)和布魯克海文（BrookhavenNationalLaboratory，BNL）等國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和俄克拉荷馬州立大學(xué)（OklahomaStateUniversity，OSU）等研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究。主要研究工作集中在地下?lián)Q熱器的傳熱特性、土壤的熱物性、不同形式埋管換熱器性能的比較研究等。為了解決土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕問題，地埋管也由金屬管變成了聚乙烯等塑料管。至此，美國(guó)進(jìn)行了多種形式的地下埋管換熱器的研究、安裝和測(cè)試工作?，F(xiàn)在美國(guó)安裝的土壤源熱泵主要是閉式環(huán)路系統(tǒng)，根據(jù)塑料管安裝形式的不同可分水平埋管和垂直埋管，此系統(tǒng)可以被高效地應(yīng)用于任何地方,也正是土壤源熱泵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了近幾十年美國(guó)地源熱泵產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)。1998年美國(guó)能源部要求在具有使用條件的聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)建筑中推廣應(yīng)用土壤源熱泵系統(tǒng)。為了表示支持這種節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)，美國(guó)總統(tǒng)布什在他得克薩斯州宅邸中也安裝了這種地源熱泵系統(tǒng)。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)地源熱泵的使用量隨著建筑規(guī)模的擴(kuò)大也逐漸增加。美國(guó)地源熱泵年平均增長(zhǎng)率保持在15%以上。從2005年到2007年美國(guó)地源熱泵呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，目前地源熱泵在美國(guó)50個(gè)州都有應(yīng)用，2007年全年地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用超過了45000套。美國(guó)地源熱泵發(fā)展中遇到的障礙主要有：1.地源熱泵系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)以及空氣源熱泵的一次投資較大；由于初期投資涉及到大量的地下施工，北美地區(qū)高昂的勞動(dòng)力成本使得地源熱泵系統(tǒng)的初期投資可超過常規(guī)系統(tǒng)100%乃至150%，目前每米環(huán)路的費(fèi)用大約是11.5～55.8美元，平均每米為36美元。初期投資過高從而極大地限制了地源熱泵的應(yīng)用。在目前的應(yīng)用中，主要還是以公立學(xué)校，尤其是中小學(xué)為主，其次是聯(lián)邦的公用設(shè)施，包括軍用設(shè)施。在真正的私人投資的商用建筑中使用比例要低于前兩者；2.各種地方法規(guī)對(duì)地源熱泵使用的限制；3.承包商施工不規(guī)范；4.水平埋管土壤源熱泵系統(tǒng)需要大量土地面積。為促進(jìn)地源熱泵的發(fā)展，美國(guó)地方政府也相繼出臺(tái)了很多激勵(lì)措施，如表1所示：截至2009年，美國(guó)在運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)約為100萬套，地源熱泵系統(tǒng)年消耗一次能源約為7.47×106kW?h為1990年的5倍。氣候原因及我國(guó)各個(gè)地區(qū)對(duì)供暖的需求不同，南方?jīng)]有集中供熱但冬季有熱負(fù)荷需求的地區(qū)，很多建筑更傾向于采用空氣源熱泵用于加熱室內(nèi)空氣，這樣對(duì)于他們來說更容易調(diào)節(jié)和計(jì)量；南方需要夏季供冷的建筑也更傾向于直接采用中央空調(diào)冷水機(jī)組進(jìn)行供冷，因?yàn)槠浼夹g(shù)更加成熟，初投資相對(duì)地源熱泵更低，而且可以應(yīng)用于任何建筑。但目前在我國(guó)長(zhǎng)江流域，地源熱泵也在被逐漸接受而且應(yīng)用于冷熱雙供，隨著這個(gè)地區(qū)居民對(duì)建筑環(huán)境要求的不斷提高，相信地源熱泵系統(tǒng)在這個(gè)地區(qū)也能體現(xiàn)出其特有的價(jià)值。4．用于城市城郊居多，農(nóng)村很少基于我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平限制，地源熱泵的分布與歐美國(guó)家有顯著差異，歐美國(guó)家的地源熱泵系統(tǒng)主要應(yīng)用于位于鄉(xiāng)村無其他能源供應(yīng)的獨(dú)立別墅，而我國(guó)地源熱泵主要應(yīng)用于城市中的大型公共建筑與居住建筑，還有位于城郊無冷熱輸送管網(wǎng)但冬季需要大面積采暖的度假村、培訓(xùn)中心等建筑。農(nóng)村建筑中除了少量別墅使用該系統(tǒng)，普通村鎮(zhèn)住宅很少使用此類系統(tǒng)。結(jié)語通過對(duì)主要發(fā)展地源熱泵系統(tǒng)的國(guó)家進(jìn)行分析可以看出，地源熱泵系統(tǒng)可以應(yīng)用到所有建筑物有冷熱需求的地方，不同地區(qū)不同氣候條件有冷熱需求的地方都可以從該系統(tǒng)中得到能量，該系統(tǒng)在北美主要用于冷熱聯(lián)供，在歐洲主要用于供熱。對(duì)該系統(tǒng)影響最大的是其他基礎(chǔ)能源的價(jià)格，可以說地源熱泵的廣泛使用是建立在國(guó)際油價(jià)不斷攀升的基礎(chǔ)上。石油等燃料的價(jià)格不斷上漲（在可以預(yù)見的未來，其價(jià)格也將保持長(zhǎng)期上揚(yáng)狀態(tài)）這使得很多以燃油和燃?xì)鉃橹鞴┡谋睔W國(guó)家逐步傾向于采用地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供熱。國(guó)家的能源政策及相關(guān)配套條件，如國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼等也會(huì)對(duì)地源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，例如在美國(guó)、瑞典、德國(guó)都能看到此類情況。但國(guó)家的能源政策有時(shí)也會(huì)限制此類作用，例如俄羅斯由于夏天制冷需求不大，而冬季主要采用市政管網(wǎng)集中供熱，所以其地源熱泵的使用比例也相對(duì)較低。目前，國(guó)際石油價(jià)格不斷攀升，國(guó)內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格也受到國(guó)家能源緊缺壓力的影響而不斷提高價(jià)格，而對(duì)于我國(guó)未來的能源發(fā)展戰(zhàn)略看來，煤電聯(lián)