| 地源热泵国内外研究现状及前景 |
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| 地源热泵国内外研究现状及前景 |
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| www.jmdykt.com 时间:2007-9-11:19:00 |
地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。 与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。 目前，水源热泵在法国和美国发展较快，市场总额年增长率达45％以上；在瑞典、奥地利、荷兰、日本等国家也得到了很好的发展。仅拥有9百万人口的瑞典，现已有了比欧洲其他国家都好的水源热泵销售市场，与2000年的24 000台套相比，2002年销量达到39 000台套；在挪威，销量也以惊人的速度在增长，由2001年6 500台套增至2002年的15 000台套，2003年，其采取对“所有新的空调设备的安装有650欧元的补贴”措施，因此，水源热泵销量的增长仍然可观。 我国的水源热泵事业较国外起步较晚，自上世纪90年代初期以来，在国家自然科学基金委员会的资助下，国内开始对土壤源热泵的探索性研究，但在如何有效地降低系统初投资、保证系统的可靠运行等方面的研究一直没有突破。其主要的原因是已开展的研究绝大多数都局限于对所建立的实验系统进行性能测试并与传统的空气热源热泵性能进行技术经济比较，从而得出土壤源热泵节能的一般性结论。由于缺乏对埋地换热器在土壤中复杂的传热、传质综合传递过程的深入研究，使得这些结论只适用于某一具体实验系统，所提供的基础数据较少而不能作为设计依据。 近几年来我国水源热泵事业发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。 美国特别看好中国市场，美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。目前，这3个地源热泵示范工程正在落实，有的已进入实施阶段。与此同时，科技部委托的中国企业公司正酝酿将美国的地源热泵技术及设备引进中国市场，这将促进我国地源热泵的市场化、产业化的发展，并使我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。我们有理由相信，在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，在各级的有力支持下，中国的科技界与企业界携手共进，依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。 发展前景 当前，我国经济高速增长，社会购买力大大增强，水源热泵的高初投资,对其应用的影响将越来越小；而且，随着科技的发展，水源热泵的技术将更加成熟，同时其使用成本将下降，因此，水源热泵系统依靠其显著的节能环保特性以及投资经济性的优势而具有相当大的市场潜力。中国的水源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好，越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣。自从上世纪90年代开始这一技术已经广泛应用于国内的空调工程领域，目前已经成为华北和中原地区空调系统的一大热点，而且其应用地区，已经从北京、天津、山东、河南、河北，迅速扩大到湖北、湖南、内蒙和东北等地。近几年来在山东、河南、湖北、辽宁、黑龙江、北京市及河北等地，已有100多个利用地下水的水源热泵工程在实际应用。供热／空调面积达100余万平方米。 18000年来，地球气温平均每1000年升高0.5℃，而过去100年里，由于人类大量使用燃料，气温升高了1℃多。最近10多年，气温升幅逐年加快，按这个趋势下去，以后100年内，气温将再升高5℃。那时，冰川大量融化、海水上涨淹没上千座城市，并造成物种变异并大量消失，炎热、飓风、洪水、干旱将横扫全球。作为地球上的成员，每个人都有义务为地球的可持续发展出一份力。在我们空调行业里，水源热泵这种既节能又经济的空调方式正是符合当今世界可持续发展要求的一项“绿色”节能空调技术，只要投入更多精力发展此技术，采取恰当的营销策略，并给予必要的倾斜，可以预计，水源热泵在中国发展的前景广阔。下载于中国地源热泵网 www.dyrbw.com |
2008/4/8/11:18 来源：中国建筑科学研究院空调所
1.热泵发展的现状
近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面：
（1）据统计，1996年我国空调设备（指电动冷热水机组、吸收式冷热水机组、房间空调器以及单元空调机组，但不包括进口机组）的总制冷能力约为2000万kW，其中热泵型机组的制冷能力约占60%。在全部热泵型机组中，电驱动热泵容量约为1070kW，占90%；吸收式热泵容量约为130万kW,占10%。
（2）近几年来，我国的吸收式制冷装置发展迅速。据统计，1996年销售的溴化锂吸收式制冷机约3000多台，其中直燃机1115台。
（3）热泵在工业中的应用已见端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造纸、印刷、石油和化工等工业生产过程已采用了蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵和电驱动热泵。例如，目前大约有400台热泵式木材干燥机正在运行，年处理能力约为200千立方米。
2.热泵发展的背景
2.1能源
我国一次能源年保有总量（不包括生物质能和新能源）为14亿吨标准煤，其中原煤14.6亿吨，原油1.7亿吨，天然气300亿立方米，水电2400亿kWh，核电250kWh，进口石油4～6亿吨，火电电力装机容量2.9～3亿kW（平均每年增加装机容量1500kW）。据1997年统计，我国电厂热效率为32.95%，电厂供热效率为83.68%，能源转换总效率为38.07%。采用热电冷三联供系统或称总能系统（TES——TotalEnergySystem)，燃气热泵（GEHP）后，通过热力学第一定律的热效率分析和热力学第二定律的效用率分析说明：由于利用废热，GEHP的综合利用可达到80%～85%；若通过轴动力传动热泵，利用了低位热能，故综合热效率可达到150%～170%。对于TES方式，实现热电冷三联供后，其综合利用率可达到65%～80%。《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，促进了热泵事业的发展。
2.2环境保护
采用热驱动热泵，CO2排放量亦明显降低。通过改善热泵性能，降低工质泄漏与使用新工质，热泵将在环境保护上发挥更大的作用。
2.3建筑节能法
实施《民用建筑节能设计标准》后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，结果是大幅度地降低了热泵采暖方式的年运行费用，增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。
2.4城市能源结构的改变
大中城市人口集中，能源消耗量大，污染问题最突出，因此，必须实施国家能源，改善能源结构，提倡使用清洁优质能源，煤炭的使用，这就为热泵的应用创造了条件。
2.5能源价格的调整
3.热泵技术发展的展望
3.1热泵技术的现状
所有型式的热泵都有蒸发和冷凝两个温度水平，节流采用膨胀阀或毛细管。只是压力的增加有不同的形式，主要有机械压缩式，热能压缩式、喷射蒸汽压缩式。
目前我国热泵发展有三种趋势：
·风冷热泵型热水机组发展迅速，1996年比1995年增长近二倍。
·直燃式溴化锂冷热水机组发展较快，占全部溴化锂吸收式热水机组的56%。
·房间空调器比重最大。热泵型窗式、分体式和10kW冷量以下的单元空调机占总冷量的45%。
但技术上存在以下几方面的问题：
·风冷热泵型机组存在体型较大，噪声较高，除霜技术尚不完善等问题。主要应用风冷热泵的地区是长江流域，该地区夏季闷热，冬季湿冷，1月份平均气温0℃～10℃，相对湿度大于75%。因此，要求热泵必须适应0℃以下低温高湿气候环境。
·吸收式溴化锂制冷机组效率偏低。
·房间空调器存在噪声污染、热污染（大量电机功率转化的热量排入住宅）和制冷剂污染，特别是（分体式空调机安装和使用时的泄漏）。1996年我国大约安装300万台分体机和40万台单元空调机，以每台安装时的排放量为50g计算，则泄漏总量达170t/年。
3.2热泵技术发展的展望
技术发展总趋势是发展高效率的供热、供冷热泵和超级热泵系统。
3.2.1机械压缩式热泵的发展
（1）制冷剂侧的热泵控制。
（2）压缩机能量控制。
（3）压缩机设计
（4）新工质技术
3.2.2吸收式热泵和吸收式热变换器
3.2.3压缩-吸收式热泵
3.2.4高温热泵
4.热泵市场发展的展望
4.1热泵市场发展的有利因素
4.1.1我国的能源和环境保护是促进热泵技术迅速发展的主要因素。
4.1.2自从我国1978年出台改革开放、节能以来，长江流域经济得到迅速发展，生活水平也获得了大幅度的提高。这一地区的气候特点是夏季炎热，冬季不太冷（一月份平均室外温度变化范围为0℃～10℃，年平均室外温度低于或等于5℃的时间为0～90天。七月室外平均温度范围为25℃～30℃，年平均温度高于25℃的天数为40～110天）。根据上述原因，加以国外产品的大量进口，热泵空调系统在中国的应用迅速增长，目前家用空调器总量60%为热泵型甚至在较为寒冷的北京地区，有许多用户也喜欢在集中采暖期前后应用热泵型空调机组来采暖，冬季供应热水，夏季供应冷水的电动风冷机组在集中式空调系统中得到了广泛的应用，今后的应用将更为普及。
4.1.3我国建筑市场巨大，1995～2000年，预计每年全国城市新建住宅建筑面积约2.4亿㎡，其中上海每年新建约1500万㎡，北京约1000万㎡，天津约600万㎡，大连约260万㎡。2000～2010年，每年新建住宅建筑面积约3.4亿㎡。
4.1.4我国工业余热的资源很丰富，利用的潜力很大分布也很广，如化工工业占8.8%，石化工业占30.9%，轻纺工业占4.0%。石化厂、造纸厂、制药厂、冶金厂、食品加工厂和农业部门对热泵的应用进行了开发研究，如木材采用了电驱动高效热泵干燥机实现了工厂节能的目的；如石化厂广泛采用了蒸汽喷射式热泵回收生产过程中的余热用于生产和生活，取得了明显的经济效益，为今后热泵市场的开拓创造了条件。
4.2热泵市场发展的展望
4.2.1建筑业应用热泵的展望
热泵适用区域为过渡区域和部分集中采暖区域，该区域包括上海、江苏、浙江、山东、安徽、湖北、河南及福建、湖南的部分地区，据预测，该地区2000年城镇房屋建筑面积38.5亿㎡，其中住宅20.7亿㎡，（约占53.8%）。公共、商业建筑6.5亿㎡（16.9%)，从中国经济发展形势来看，该地区至2000年空调普及率约为10%，预测的各种房屋建筑的需热量和热泵供热量见表1。
表1各种房屋建筑的需热量和热泵供热量
| 总热需要量（MW） | 热泵供热量（MW） | |
| 独家住宅 | ||
| 多层住宅 | 2万MW | 1.2万MW |
| 商业/公共建筑 | 1.35万MW | 0.4万MW |
| 小区/供热 | 0.41万MW |
独家住宅
多层住宅2万MW1.2万MW
商业/公共建筑1.35万MW0.4万MW
小区/供热0.41万MW
据预测，2000年我国房间空调器需求量约为1000万台，其中包括制冷量在10kW以下的单元空调机，空调用总制冷量约为3500万kW。
据预测，九五期间吸收式溴化锂制冷机预计将以8%～10%的速度增长，即市场需求量将以每年200～250万台速度增长，至2000年，全国的需求量约为4000台。
4.2.2工业中应用热泵的展望
工业中应用热泵的潜力很大，据预测，至2000年工业中应用热泵的数量为：化工行业约300台；食品行业约150台；纸浆造纸约130台；农业约5～10台；冶金行业约150台；木材干燥约400台及制药行业约100台。下载本文
