滿液式水源熱泵的研發(fā)與推廣應用項目總結報告

滿液式水源熱泵的研發(fā)與推廣應用項目工作總結報告（建設局城鄉(xiāng)規(guī)劃管理處）一、項目來源生態(tài)環(huán)境是建德的核心優(yōu)勢，“生態(tài)立市”是建德市委、市政府近年來堅持的核心戰(zhàn)略，建德市于2009年被列入第一批國家級可再生能源建筑應用示范縣(市)。為發(fā)揮新安江恒溫水能優(yōu)勢，打造國家級可再生能源建筑應用示范市，開發(fā)利用水源熱泵技術，建德市政府與同方人工環(huán)境有限公司簽訂了合作協(xié)議，由建德市城鄉(xiāng)規(guī)劃管理處、建德市天藍制冷工程有限公司和同方人工環(huán)境有限公司合作，在建德市內大力推廣和應用水源熱泵技術，走出了一條充分發(fā)揮資源優(yōu)勢、全面推進節(jié)能減排和生態(tài)保護、建設低碳生態(tài)城市的新路子。二、立項背景（一）研發(fā)背景我國的GDP占世界GDP的比重大約為4%，卻消耗了相當于全球總量近30%的主要能源和原材料。能源需求的快速增長與我國有限的資源儲量形成了強烈反差。同時，由于我國的能源結構以煤為主，因而污染嚴重。能源與環(huán)保問題已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的兩大瓶頸。為此，國務院印發(fā)《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》在節(jié)能方面，提出到2015年，全國萬元國內生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標準煤（按2005年價格計算），比2010年的1.034噸標準煤下降16%，比2005年下降32%；“十二五”期間，實現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標準煤。在減排方面，提出2015年，全國化學需氧量和二氧化硫排放總量比2010年下降8%；全國氨氮和氮氧化物排放總量比2010年下降10%。要完成上述目標的重要措施就是使用節(jié)能環(huán)保的新技術、新產(chǎn)品來實現(xiàn)節(jié)能和大規(guī)模利用可再生能源與建筑自然能源，這在建筑節(jié)能領域尤其迫切。滿液式水地源熱泵技術是一種有益于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié)能新技術。在建筑供熱空調工程中采用地下淺層水地源熱泵技術可以合理地利用環(huán)境中的低品位熱能，有效地提高一次能源利用率，減少溫室效應氣體CO2以及其它燃燒產(chǎn)生的污染物的排放量。（二）推廣背景建德地處錢塘江上游，是浙西生態(tài)屏障的重要組成部分，保護好上千萬下游居民的“安全水源”和“三江兩岸”的生態(tài)環(huán)境，不僅是自身發(fā)展需要，更是偉大的政治使命。同時，推廣水源熱泵技術是建德推進節(jié)能減排的客觀要求，是建設生態(tài)文明的具體實踐?！?、滿綠世界的“低碳之城”、“品質之城”。水量充足、水溫適度、水質清澈的新安江，又為應用水源熱泵提供了得天獨厚的自然條件。建設部仇保興副部長要求“消滅空調外掛機，做世界樣板”的目標，成為了建德今后可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略導向。三、項目組織與實施（一）項目完成情況1、技術目標通過自主創(chuàng)新研發(fā)，取得滿液式換熱器設計技術、氟系統(tǒng)綜合回油技術及精確液位與節(jié)流控制技術的三項突破，形成整套滿液式水地源熱泵系統(tǒng)自主集成設計技術。2、主要技術性能指標通過技術創(chuàng)新與取得技術突破，新產(chǎn)品技術指標擬達到如下目標要求（表一）。表一新產(chǎn)品技術性能指標還大大提高了系統(tǒng)的換熱效率，實現(xiàn)了一直困擾滿液式技術的高效可靠的系統(tǒng)回油技術的突破。（4）精確液位與節(jié)流控制技術。采用液位傳感器與電子膨脹閥相結合，通過對冷凝器液位的控制，實現(xiàn)對蒸發(fā)器內液位的穩(wěn)定、精確控制，確保機組運行的安全性與高效性，突破了滿液式技術液位控制的技術難題。3、推廣上難點突破水源熱泵技術建筑應用在全國尚屬新生事物，可學習借鑒的經(jīng)驗較少。該項目的實施，涉及生活理念的轉變、新型技術的運用、規(guī)劃建設的拓展，實施過程復雜，時間跨度長，難度系數(shù)高，我們對多方面難點進行了積極的探索和創(chuàng)新。（1）認知水平的突破與創(chuàng)新。從群眾認知來說，在經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、物質生活從相對貧乏到相對富裕的轉變中，更加注重物質的追求享受，缺乏對節(jié)能減排、低碳生活和水源熱泵等新能源技術的理性認識。從官員執(zhí)政來說，對在國內尚未普遍推廣的新技術，不愿意承擔應用的風險。對建德市民來說，容易將水源熱泵技術等同于上世紀80年代曾在建德廣泛使用的“水空調”。上述問題的存在，使項目建設缺乏必要的認知基礎。本項目的實施，有效突破了群眾的傳統(tǒng)生活觀念，強化了官員的執(zhí)政為民意識，推進了生態(tài)理念的確立和生態(tài)文化的建設。（2）建設領域的突破與創(chuàng)新。從項目建設來說，建筑單體的水源熱泵系統(tǒng)應用相對簡單，區(qū)域的水源熱泵系統(tǒng)應用因范圍廣、取水管網(wǎng)長和取水口多，給工程建設帶來較大難度。我市在推廣水源熱泵技術中，為避免重復建設和資源浪費，委托專業(yè)科研單位進行綜合研究，編制了區(qū)域性水源熱泵應用的供水規(guī)劃，實行管網(wǎng)和取水口統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設，采用區(qū)塊集中供水，有效解決了取水難問題。同時，按照“引水入城”的理念，將尾水用于建設城市水景，提高了水資源的綜合利用，開創(chuàng)了城市理念經(jīng)營的新思路。（3）施工技術的突破與創(chuàng)新。水源熱泵系統(tǒng)屬建筑安裝工程，在新建建筑中應用較容易，可與建筑同步設計、施工、驗收和交付使用，但在老城區(qū)推廣應用受到道路開挖、機房選址、穿越墻體、管道保溫、末端設備等問題的影響，推廣有一定難度。在項目實施中，我市結合舊城區(qū)塊整體開發(fā)、老城區(qū)改造、建筑改造、市政道路改造等工作，同步實施水源熱泵項目，有效降低建設成本，減少了對建筑結構和居民的影響。（三）經(jīng)費使用情況本項目總經(jīng)費約1730萬，其中自籌1680萬，市科技局撥款25萬，地方配套25萬元。主要包括研發(fā)費用與推廣費用。其中研發(fā)費用中專用儀器設備費用約1300萬，見下表：序號支出科目金額1(水箱用）冷卻塔130萬元2(冷水機組用）冷卻塔140萬元3冷卻側加水泵（對水用）7萬元4冷卻水流量計100萬元5壓力控制器10萬元6恒溫水箱36萬元7冷卻水泵7萬元8冷水機組64萬元9水箱電加熱256萬元10CFD軟件100萬元11上位機集中控制軟件150萬元12電功率測量儀5萬/個×1=5萬元13數(shù)字顯示調節(jié)儀表0.5萬/臺×10臺=5萬元14壓力溫度多功能參數(shù)測量儀器100萬元15過濾器1萬/個×10個=10萬元16低值易耗品30萬元17專用新材料25萬元18其它輔料50萬元合計1225萬元本項目其他費用約500萬元。詳見表二支出科目金額（萬元）計算根據(jù)及理由會議調研費10資料收集、查新試驗外協(xié)費20/資料印刷費2資料費鑒定驗收費2鑒定、驗收費人員經(jīng)費40人員工資宣傳推廣費100項目推廣宣傳費四、項目主要研究成果水地源熱泵技術在國內外已經(jīng)有幾十年的應用歷史，其中對地下水的研究分析和提取處理技術以及熱泵技術已經(jīng)為成熟技術；而且滿液式蒸發(fā)技術已經(jīng)在國外大型冷水機組上得到了成功的發(fā)展與應用；因此，滿液式水地源熱泵的技術路線應該是成熟的。清華同方滿液式水地源熱泵的核心技術在于新型回油技術方案與液位控制技術。為此，清華同方針對回油控制與液位控制進行了多項研究，并制作了樣機，經(jīng)過測試，實現(xiàn)了制冷EER達到5.92、制熱COP達到4.58的高能效。同時，我們進行了新一代高效滿液式水源熱泵機組開發(fā)，提供的水源熱泵在標準制冷工況下，其EER達到6.20，與GB/T19409-2003規(guī)定值4.6相比，高出34.8%；在標準制熱工況下，制熱COP達到4.68與GB/T19409-2003規(guī)定值3.6相比，高出30.0%；與美國能源之星計劃推薦值相比（地下水系統(tǒng)EER>4.81，制熱COP>3.6），也具有相當?shù)膬?yōu)勢。因此清華同方滿液式水源熱泵產(chǎn)品的性能指標已達到了國際一流水平，其節(jié)能潛力巨大。五、項目實施的經(jīng)濟、社會與生態(tài)效益（一）良好的經(jīng)濟效益對于用戶，由于滿液式水地源熱泵具有一機雙效的特點，既可以夏季制冷，又可以冬季供熱，因此其綜合經(jīng)濟性是傳統(tǒng)的空調供暖系統(tǒng)無法比擬的。水地源熱泵系統(tǒng)初投資低，具有良好的投資經(jīng)濟性；從一次能源利用率角度出發(fā)，采用高效水地源熱泵供暖與直接用電采暖比節(jié)能78%；與燃煤鍋爐供暖比節(jié)能55%；與燃氣鍋爐供暖比節(jié)能39%。以煤鍋爐采暖標準耗煤指標：25kg/㎡為依據(jù)進行計算，則采用高效水地源熱泵供暖，可以實現(xiàn)節(jié)約標準煤13kg/㎡。與城市熱網(wǎng)相比，一個供暖季節(jié)平均可以為用戶節(jié)約運行費用10元/㎡。由此可以看出，采用同方高效滿液式水地源熱泵進行空調供暖，具有較好的使用經(jīng)濟性。（二）社會效益一是項目實施有助于提升企業(yè)競爭能力。該項目的成果在國內屬于領先，其系統(tǒng)技術水平在國際上也處于先進地位，為支持公司的創(chuàng)新研發(fā)并保持在專業(yè)領域的持續(xù)領先地位將產(chǎn)生深遠的意義。該項目的實施，將加速公司“核心技術”與“核心產(chǎn)品”的研發(fā)進程，拓展公司“熱泵”產(chǎn)品的市場份額，提升公司的核心競爭力。本項目的研發(fā)成功，將創(chuàng)造中央空調熱泵領域的又一細分市場，推動行業(yè)的發(fā)展。六、今后研究努力的方向水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術的角度，尤其是熱泵機組本身來說，應當是成熟的。但水源熱泵是作為一個系統(tǒng)存在的，在整個系統(tǒng)的推廣應用過程中，還是存在如下問題：（一）水源的探測與開采在中國，目前對水源，尤其是城市水源的探測開采工作尚不到位，而且費用居高不下。水源熱泵機組的應用前提之一是要有豐富的地下水資源或地表水資源。如果不了解當?shù)厮吹那闆r，盲目開采，勢必會存在無水、水位過低、水量不足或無法回灌等問題。這些都需要對水源以及當?shù)氐刭|結構進行探測。隨著水源的探測與開發(fā)技術的成熟、費用的降低，將會推動水源熱泵機組更為合理的應用。（二）地下水回灌問題水源熱泵若利用地下水，必須考慮水源水的回灌，而且是100%的回灌。對于回灌技術，必須結合當?shù)氐牡刂泛退辞闆r來考慮。而目前我國對不同地區(qū)的地址結構成井工藝、回灌工藝的研究還不多，這也制約了水源熱泵的合理推廣。（三）整體系統(tǒng)的優(yōu)化設計問題1、在滿液式蒸發(fā)器中采用技術更為先進的高效傳熱管。換熱管外表面加工形成的微細小孔和通道，可大大增加汽化核心數(shù)，同時隨著氣泡的增長、脫離，加強了對制冷劑液體的攪拌，使沸騰傳熱強化。2、采用先進、可靠、簡易、價廉的節(jié)流和液位控制裝置。如：在冷凝器側間接控制蒸發(fā)器液面，浮球閥控制蒸發(fā)器液面，利用吸氣過熱度和電子膨脹閥控制蒸發(fā)器液面，孔板節(jié)流和液位控制裝置等，以降低產(chǎn)品成本，增強產(chǎn)品在市場的競爭能力。3、針對油分離器和回油系統(tǒng)性能優(yōu)劣影響滿液式蒸發(fā)系統(tǒng)的能效和可靠性的問題，探索研究并采用分離效率更高的油分離器和更為合理的低壓回油系統(tǒng)。擴展水源熱泵在不同“水體”中的應用，如“江、河、湖、海、地下涌水、礦井水”及“城市污水”和“污水處理廠中水”等水體。水源熱泵的節(jié)能必須結合整個系統(tǒng)來說如果系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型或控制不當，必定會降低整個系統(tǒng)的節(jié)能效果。同時，不優(yōu)化的系統(tǒng)設計也可能使主機不是處于設計工況，這樣也會造成機組能效比的下降；另外，如果在機組調節(jié)過程中，不去調節(jié)整個空調末端，也會使整個系統(tǒng)的效果變差。因此，水源熱泵的推廣應用，需要多專業(yè)多領域的工程技術