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地源热泵的特点及发展前景

11-22 14:48:35  浏览次数:311次  栏目:暖通空调

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  1)美国:地源热泵系统已经安装了20万套以上,每年递增约20%,估计到2000年,每年可安装5-6万套地源热泵系统,其中4万套为土壤源热泵系统。美国每年新建独立家庭住宅(别墅)一百万座,其中四分之一采用地板采热方式,这是与地源热泵可以直接配套的地上导热系统,也是土壤源热泵系统的潜在市场。 另一方面,美国政府十分关注地源热泵技术的发展和市场推广情况,能源部与大学的研究机构极力促进有关的企业和民间科技力量参与,曾经就地源热泵能否列为国家公用计划而进行了多年的调研。美国政府曾经资助过十几项重大的地源热泵实验示范项目,并在20多个州鼓励市政部门和公立学校、医院等率先安装地源热泵采暖和制冷系统。一项乐观的研究报告认为,到2000年以后,美国的地源热泵安装数量将每年以35%的速度递增。

  2)加拿大:地源热泵技术发展稍晚,其中封闭循环地源热泵系统在加拿大刚刚开始,至1994年,仅有7000—8000套封闭循环地源热泵系统投入使用,加上开放系统地热泵总数不超过万台。

  3)瑞典:在地源热泵应用的初期,瑞典政府采取了一定的补贴政策。1990年以来,政府补贴取消,但地源热泵安装仍以1000套/年的速度递增。瑞典全国已经安装了23万套地源热泵,其中约5万套为土壤源热泵系统。

  4)瑞士:瑞士世界上地源热泵应用人均比例最高的国家,其中土壤源热泵系统所占的比例越来越高,至1998年,土壤源热泵系统已经占有地源热泵安装市场的70%以上(据Rybach, 1999),总数达到20万台以上,号称世界上土壤源热泵系统密度最大的国家。瑞士地源热泵总装机容量的增加从上世纪70年代末一直延续至今,呈直线上升趋势。

  5)奥地利:奥地利是一个独立发展地源热泵技术的国家,地源热泵生产技术和安装技术自成体系。奥地利国土面积83850 km2,人口数量约750万。据1995年统计资料,土壤源热泵系统占地源热泵安装的65%以上。另外,奥地利政府对地源热泵安装和及其环境评价采取了最严格的发证制度。

  6)日本:日本的热泵制造技术是相当不错的,水-水式供暖热泵的数量也名列世界前茅,年生产量达到400万台。但是由于日本有丰富的热水资源、日本土地使用费用相当昂贵,所以作为住宅供暖/制冷的地源热泵应用还十分少见,而主要供应给冰蓄热采暖/制冷系统和水箱式采暖/制冷系统。一些市政建设项目和公益性建筑(如医院、养老院、道路等)曾利用地热泵做供暖/制冷/热水供应/道路融雪等综合性服务,效果颇佳。

  从地源热泵应用情况来看[10],北欧国家主要偏重于冬季采暖,而美国则注重冬夏联供。由于美国的气候条件与中国很相似,因此研究美国的地源热泵应用情况对我国地源热泵的发展有着借鉴意义。

  3、地源热泵在中国的发展现状及前景目前在中国,地下水热泵系统已开始广泛使用,而土壤源热泵系统尚处于研究机构工程摸索和研究阶段。

  从有关调查来看,地下水热泵工程真正成功的并不多[11].原因在于要实现100%的回灌,并回灌到同一含水层,不污染地下水,且能长时间稳定运行,并不容易做到。同时,还出现了大量不进行回灌的热泵工程,更有甚者,出现了直接利用地下水通入风机盘管内进行空调。这样做,一则污染水体,二则浪费水资源。

  对于土壤源热泵的发展主要是从1998年开始。国内数家大学建立了土壤源热泵实验台,且大多数进行了地下换热器与地面热泵设备的长期联合运行。其中1998年重庆建筑大学建设了包括浅埋竖埋管换热器和水平埋管换热器在内的热泵系统;1998年青岛建工学院建成了聚乙烯垂直土壤源热泵系统;湖南大学1998年建设了水平埋管土壤源热泵系统;1999同济大学建设了垂直土壤源热泵系统。这些系统为中国推广土壤源热泵奠定了基础。从2000年开始,在国内长春、济南、温州、重庆、米泉建立了一系列土壤源热泵系统的示范工程。土壤源热泵系统越来越多的被房地产商所关注和采用。

  鉴于国内的国情和地源热泵系统自身的特点,我们对其各自的前景作一分析。随着地下水热泵工程技术改进和规范化,由于其突出的节能和保护大气环境的功能,还是存在着巨大的潜在的市场[11].水平埋管土壤源热泵,虽然占地面积大,但靠地表换热可以自然恢复地温,在年排热量和吸热量不平衡的地区应用比较有优势[12].而垂直埋管土壤源热泵,随着专业安装队伍的发展,钻孔设备的完善,势必会使造价大幅度降低,无疑会成为今后最有竞争力空调方式[7].

  4、土壤源热泵与普通中央空调方式的比较土壤源热泵作为地源热泵今后发展的主要方向,我们将其与普通中央空调方式作以下五方面的比较[11,13,14].

  1)主机设置

  对于普通中央空调系统,若设置风冷热泵机组进行冷热空调,则风冷热泵主机的设置必须要与外界通风良好,要么设置于屋顶,要么设置于地面,这对别墅空调受限就更严重,对于公共建筑,热泵主机也就局限设置在屋顶。因此,普通中央空调的热泵主机的设置受到极大的限制。而土壤源热泵主机的设置就非常灵活,可以设置在建筑物的任何位置,而不受考虑位置设置的限制。若设置冷水机组+锅炉进行冷热空调,冷却塔和锅炉的位置就更受限制。因此,就主机的设置而言,地源热泵系统的主机设置是非常灵活的。

  2)运行效率

  对于普通中央空调系统,不管是采用风冷热泵机组还是采用冷却塔的冷水机组,无一例外的要受外界天气条件的限制,即空调区越需要供冷或供热时,主机的供冷量或供热量就越不足,即运行效率下降,这在夏热冬冷地区的使用就受到了影响。而土壤源热泵机组与外界的换热是通过大地,而大地的温度很稳定,不受外界空气的变化而影响运行效率,因此,土壤源热泵的运行效率是最高的。

  3)控制系统

  在北方地区,风冷热泵在冬季使用时,有冲霜问题,对于热泵的冲霜,需要专门的控制设施,即在冲霜过程中,主机要进行逆向循环,室内空调系统的室温控制就要受到限制,而土壤源热泵系统就根本不存在这些问题。

  4)环境保护

  从土壤源热泵的整个运行原理来看,土壤源热泵系统实际是真正意义的绿色环保空调,不管是冬季还是夏季的运行,都不会对建筑外大气环境造成不良影响。而普通中央空调系统,将废热气或水蒸气排向室外环境,无一例外的都对环境造成了极大的污染。

  5)运行费用

  一般说来,土壤源热泵系统的运行费比风冷热泵的运行费节约30~40%,这主要在运行效率上得以体现。达到相同的制冷制热效率,土壤源热泵主机的输入功率较小,即为业主提供了较低运行费的空调系统,在全年时间使用空调的场所,这种效果尤为明显。

  参考文献:

  [1]徐金泉,加强建筑节能标准化,为建筑节能工作服务,建筑节能,Vol36,P1~2

  [2]万仁里,谈地源热泵,全国热泵和空调技术交流会论文集,2001.10,宁波

  [3]赵军,季新国,等,地源热泵的工程应用与环保节能特性分析,全国热泵和空调技术交流会论文集,2001.10,宁波

  [4]魏唐棣,胡鸣明,等,地源热泵冬季供热测试和传热模型,暖通空调,Vol30,No.1 2000,P12~13

  [5]何雪冰,刘宪英,中国过渡区域居住建筑的制冷﹑采暖现状及其发展前景,西安建筑科技大学学报,2002.6,P199~202

  [6]郎四维,林海燕等,《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》简介,建筑节能,Vol36,P7~8

  [7] Stephen P. Kavanaugh, and Kevin Rafferty, Ground-Source Heat Pumps: Design of Geothermal Systems for Commercial and Institutional Buildings, 1997,P1~8

  [8]龚宇烈,赵军,等,地源热泵在美国的工程应用及发展,全国热泵和空调技术交流会论文集,2001.10,宁波

  [9]庄迎春,直埋式地源热泵系统技术研究及应用,吉林大学硕士论文,2002.3

  [10]蒋秋戈,地下能量应用的新技术——地源热泵与岩土工程,探矿工程(岩土挖掘工程),2001增刊,P19~20

  [11]殷平, 地源热泵在中国,现代空调,2001.8,P1~8

  [12]丁勇,刘宪英,等,地热源热泵系统实验研究综述,现代空调,2001.8,P16

  [13]袁伟峰,赵军,等,供暖用土壤源热源系统,节能,No.1 2002,P21

  [14]李新国,赵军,等,地源热泵系统及经济性分析,全国热泵和空调技术交流会论文集,2001.10,宁波

  作者:吴永华

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