地源热泵发展概1.docx
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地源热泵发展概1
地源热泵发展概况
一发展概况
1发展历史
中国地源热泵发展的历史情况。
我国地源热泵发展从20世纪80年代中后期,一些高校和科研机构开始对地源热泵专题进行研究;到20世纪90年代,国内一些学者去美国、瑞典、德国、加拿大等地学习考察地源热泵技术,我们也在1995年在美国地热资源认证协会进行培训;1996年辽阳市邮电新村2栋5万m2的住宅楼安装了第一代富尔达地下水源热泵;1997年克林顿访华以后签署了中美能效合作项目,地源热泵作为合作重点之一,当时建设了三个示范工程。
本世纪初我们国家真正开始大范围的对地源热泵进行工程示范。
北京、山东的项目比较多。
在进一步发展的基础上,2001年北京恒有源公司发明“同井抽灌地下水热泵系统”;2005年建设部将地源热泵技术列为建筑业十项推广新技术之一;2006年11月30日,建设部、国家质检总局联合发布国家标准《地源热泵系统工程技术规范》,于2006年1月1日实施,并于2007年荣获华夏建设科学技术奖;2006年,国家财政部、建设部发布了《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》,建立专项基金,对国家级地源热泵示范项目提供财政补贴;2007年,地源热泵示范城市项目开始启动;今年,两部委颁布了2008年第4期示范工程的公示。
2市场发展概况
从2004年截至2007年底,地源热泵技术快速发展,地源热泵的推广应用面积达到80万㎡,可以看到两部委在对推动地源热泵的进一步普及发挥着至关重要的作用。
根据《地源热泵系统应用情况调查研究分析报告》显示,现有工程从空调供热(制冷)面积来看,面积在50000㎡以上的项目占到16%,10000~50000㎡占到42%,10000㎡以下的占到42%,也就是说根据我们国家的项目情况,中小型项目居多,发展潜力大。
从形式来看。
分为三种,早期是以推广地下水源热泵系统为主,其应用面积约占全部市场份额45%,土壤源地源热泵系统占约35%,地表水地源热泵系统约占约20%。
3不同类型地源热泵的发展
1)地下水源热泵系统
从1995年开始学习引进欧美水源热泵产品,开展异井抽灌实验工程;地下水源热泵系统数量最多,应用范围最广,目前最大单项工程建筑面积达到18万㎡;地下水源热泵系统的应用主要集中在北京市、辽宁省、河北省、山东省;截至2006年底,已有250多个、总面积360多万m2的建筑应用了单井抽灌技术。
2)地埋管地源热泵系统
土壤源地源热泵发展速度最快,应用潜力最大,目前最大单项工程建筑面积达到20万㎡。
3)地表水源热泵系统
地表水包括海水、江水、湖水、城市再生水和污水,在水源条件比较优越的地区可以采用地表水源热泵系统,同时在城市级示范工程中单体示范面积比较大。
4)工业余热、废热热泵供热系统(冷却循环水)
主要在北方采暖地区应用,同时供热规模很大。
4地源热泵设备
集中式水源热泵机组设备生产企业:
富尔达、清华同方、大连奥德、中科能源、麦克维尔、开利、西亚特、克莱门特、荏原等;分散式水源热泵机组:
广东中宇、北京嘉和晟业、深圳以莱特、美意、天龙等。
二政策标准
中国地源热泵在发展过程中有一个很重要的推动作用的法规就是2006年1月1日颁布的《中华人民共和国可再生能源法》,它把地热能作为可再生能源推广和应用,在全世界范围内以法律形式对可再生能源立法的只有中国。
而2008年即将颁布的《民用建筑节能管理条例》,也是在建筑节能领域里最高的一部国家行政法规,有待批准,其中《条例》第四条国家鼓励和扶持新建建筑和既有建筑节能改造中采用太阳能、地热能等可再生能源。
2007年国务院颁布了《中国应对气候变化国家方案》,其中也谈到了推广满足环境和水资源保护要求的地热供暖、供热水和地源热泵技术,后面还有一些其他的国务院的规定。
在这里特别要强调就是财政部和建设部联合颁布的《关于推进可再生能源建筑应用实施意见》,以及配套的《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》和《可再生能源建筑应用示范项目评审办法》。
现在地源热泵得到这么大的推广,特别是得到政府官员、房地产开发商的重视,与两部委的政策引导密切相关,如果没有政策引导,光靠我们,比如说在座的同行们的努力还是有限的。
可再生能源示范项目现在已经实施了3期,今年是第4期。
按照两部委的意见,明年应该还有1期,但是今年门槛提高了。
《关于推进可再生能源建筑应用实施意见》重点支持8个领域,与地源热泵有关系的有4个,它们是地表水及地下水丰富地区利用淡水源热泵技术供热制冷、沿海地区利用海水源热泵技术供热制冷、利用土壤源热泵技术供热制冷、利用污水源热泵技术供热制冷。
在地方政府方面,北京市发改委等九委(局)联合颁布了《北京市发展热泵系统的指导意见》鼓励发展再生水源热泵、土壤源热泵、地下(表)水源热泵。
2006年沈阳市政府也下发了《关于全面推进地源热泵系统建设和应用工作实施意见》,制定了《沈阳市十一五地源热泵发展规划》。
据我所知其他地方很多规划也都是在制定当中。
在标准规范图集方面,重要的就是《地源热泵系统工程技术规范》(GB50366-2005)、《水源热泵机组》(GB/T19409-2003)、《地源热泵冷热源机房设计与施工》、《水源热泵设计图集》。
我们在施工图、设计图纸方面都做了大量工作,也出版了各种书籍、设计指南。
三研发工作
在研发工作方面,中国走的路和国外相似。
首先最主要的研究是地源热泵系统适应性研究,这里包括应用条件和适用范围,哪些地区适合,什么条件可以采用,这是我们做地源热泵推广工作必须注意的问题。
中国地大,范围宽,纬度从低纬到高纬变化,从东到西经济条件也不一样,地源热泵适应什么是值得我们深入研究的。
第二是地源热泵对环境影响的评价,特别是地下水源热泵系统、海水源热泵系统,对地表环境、对水土温度的影响,需要我们坚持不懈地做深入的测试。
我在参加同行会议时感觉到欧美国家在这个方面比较重视。
第三是地源热泵系统节能优化设计方法,一个方案有可能由于设计者的不同造成很大差距,所以第一位的是设计。
第四是地源热泵系统检测技术,特别是土壤源热泵系统检测技术,这里包括成孔检测技术、土壤热物性检测技术、系统运行性能检测技术。
比如说土壤热物性检测技术,我们至今并没有一个统一的方法。
目前在国家科技部、建设部的支持下,十一五国家科技计划已经安排了专项的研究,国家、企业和开发商也联合进行研究和示范,大概包括这些内容:
海水源、污水源热泵防堵塞、防腐蚀的换热设备研究、地源热泵系统的应用评估指标体系等等。
在软件方面,我们国内也是在国外技术的基础上开发了若干个软件;在国际方面,据我们了解,软件由欧洲地热协会EED、北美和欧洲建筑模拟软件和国际地源热泵协会等开发。
四典型工程
在中国的地源热泵推广方面,有三个信息反映了中国地源热泵的发展得到世界同行的认可。
一个就是这次的主办方之一,国际地源热泵协会会长在做主题发言中最后的一张图片就是中国的地源热泵情况;第二是国际地热协会主席在世界地源热泵发展中谈到,当今在世界范围内中国的地源热泵发展是最快的;同时还有一个信息就是在这次大会上,地源热泵的专访中提到世界的地源热泵没有中国的参与是不完整的。
地下水源热泵——北京友谊医院的三期工程。
项目建筑面积:
63000m2;冷负荷:
4200kW;热负荷:
3800kW;井口数:
水井数量为6口,其中3口取水井,2口回灌井;单井出水量:
150m3/h;井深81m;运行维护费用(供热季):
16.9元/m2;运行维护费用(供冷季):
10.14元/m2;竣工时间:
2003年9月。
2002年第七届世界地源热泵大会在北京召开的时候,各地专家都看到了这个工程。
节能效益方面,在目前大型工程中还是很好的,运行也有三四年了。
在单井抽灌方面,北京海淀区外国语实验小学是典型代表。
项目建筑面积:
65308m2;供暖面积:
65308m2;热负荷:
4717kW;冷负荷:
4581kW;生活热水:
8t/天;竣工时间:
2001年;系统冬季运行费用:
19.39元/m2;相对独立的建筑,设置了独立的系统,总共设置了七套单井抽灌系统。
针对不同的建筑功能,分别设置了风机盘管和地板采暖等不同的末端方式。
中国国家领导人、北京市的领导、建设部的领导都相继参观过这个项目。
土壤源地源热泵大规模应用过程中,比较早期的是北京最大的郊外度假村九华山庄,规划面积13万㎡。
它前面的停车库地下埋设了700个双U型地下换热器,深100m。
去年IEA-ECESXC参观了这个项目,这也是土壤源热泵和蓄冰空调的结合。
在住宅领域,介绍一下南京朗诗园,该项目总建筑面积22万m2,16栋住宅楼全部采用土壤源地源热泵系统进行房间冷热供应,冷却塔辅助冷却,其中地源热泵系统根据末端形式及不同季节的空调状况要求又分为顶棚末端辐射系统、置换新风系统等。
土壤源热泵的大规模应用是从南京朗诗园开始的,而之前都是在小型单体建筑中的应用。
在海水地源热泵系统方面,比较早的是青岛奥运帆板基地,虽然建筑面积不大,约8000m2,但是很有影响力。
因为它利用海水源,并通过三年的检验。
今年奥运会召开,是很重要的一个项目。
利用海水地源热泵的还有山东威海之星,利用海水冬季供热、夏季供冷,因为是在海的中间,所以是把水抽到陆地上。
在利用海水和城市污水改造方面,有大连的星海湾(商务区),这个项目是瑞典人设计和监理的。
原来这个项目已有自己的采风系统,但是为了推广污水源地源热泵,大连市政府决定在游泳馆旁边建立一个专门的热泵站。
然后是北京奥运村,它是利用再生水源热泵系统的典型代表。
奥运村很重要的一点就是要保证可靠性,因为在奥运期间,所有的教练员、运动员都要住在这里。
我也参与过这个项目,当时主办的领导反复强调这个问题,这个工作不能有任何闪失。
奥运会举办20天的时间,20天必须要100%的保证。
奥运之后这个项目变成住宅.。
地表水(工业循环水源)热泵系统——大庆让观路小区。
项目总建筑面积320万m2;通过把大庆炼化公司的循环冷却水作为低温热源,通过热泵机组提升温度后,冬季为建筑物提供供暖,并常年提供生活热水。
五发展特点
我国分为五个气候区,从严寒、寒冷到夏热冬冷到夏热冬暖。
从需求来讲,中国大约70%的地区都有供暖需求,只有夏热冬暖地区、温和地区没有供暖的需求。
传统的集中供热理念,我们在改革,因此在经济的发展,供暖需求缓慢推进。
中国多气候带决定了中国发展地源热泵多种形式并存,为什么这么说?
在东北做地源热泵与华北肯定是不一样的。
另外我个人观点,热泵首先是供热,如果热泵没有供热,那么热泵就没有发挥特点。
供热期间场馆燃煤替代量的多少,是衡量热泵的重要指标,换句话讲,在什么地区适合用,是冷热平衡地区适合用,还是寒冷地区适合用,这就要根据气候的划分。
总结一下我国地源热泵发展的特点,首先是技术先导,行业推进,政府引导,再加上市场选择。
我特别强调的是,有人说中国地源热泵发展是政府在忽悠或是有什么成分在鼓动,但是我觉得今天的社会,开发商也好、建设商也好,他们不会是毫无根据、毫无理论地去选择。
虽然有全面技术的先导,行业的分析,政府的引导,但最终的决策权还是在市场,如果选择错一次就不能错第二次,更不可能错第三次。
第二我认为中国地源热泵的发展是借鉴了东欧和北美的经验和技术,结合中国的国情创新与发展。
因为今天是多方研讨会,我特意谈一下地源热泵发展方面,欧洲和北美还是有区别的。
首先在气候方面,北美的冷热基本均匀,但是在欧洲,地源热泵主要集中在挪威到瑞典,现在这几年由于气候变暖,它们才有一些趋同。
另外,欧洲系统都是大系统,北美是分散式的系统,这有很大的不同。
因此在中国可以看到,很多开发商或者是企业在做推广过程中,比如说今天跟德国合作,明天和美国合作,但美国与德国在技术上还是有一定区别的。
我认为结合我国国情,创新与发展很重要,比如说,我国地下排热和吸热的特点不可能达到德国的标准。
在IEA委员会,有一个项目叫做各国地源热泵障碍,全世界包括美国、日本、瑞典、德国等国家都有参加,其中发觉最大的障碍,包括地源热泵特别是土壤源热泵,第一位的就是造价。
但是在中国,特别是最近,中国在土壤源热泵推广过程中有很大的不一样,为什么?
我们现在大量的地源热泵的开展都是小型、简易的开发设备,美国大量使用机械化,几十万美金的设备,我们成本很便宜,从早期的2000元/亩到现在几十块钱。
关于地下水方面,中国不能照搬欧洲。
欧洲的地下环境和中国是不一样的,中国的各个地区也是不一样的,即使同一个城市不同区域可能也是不一样的。
因此在这个方面必须要按照自己的经验和自己的方法。
第三中国的发展特点是小规模试验,规模化示范进而大面积推广,世界上的发展也确实是这样的,我们做的都是很小的项目试着推广,逐渐到规模化生产到大面积推广。
还有关于投资,与单一供暖方式或单一制冷方式相比,地源热泵的初投资大,但与冷水机组加燃气锅炉或集中供热的造价相差不大。
我们的土壤源地源热泵初投资与国外相比相对较低。
我们在推广过程中,中国地源热泵之所以发展的快,除了政府的引导,还归功于很多企业进入这个领域,是竞争加速了发展。
六存在的问题
首先地下水源热泵系统的问题,其中重要的是能否保证抽取地下水的完全回灌,虽然国家标准要求100%的回灌,但是由于检测、监督不到位,这个方面还存在问题。
特别是在地下水方面很盲目,简单地模仿,没有和当地实际结合在一起。
另外还有长期大量开采地下水对建筑物沉降的影响、对地下水温度场变化的影响、对水质的影响等。
在土壤源地源热泵方面,目前存在问题比较多的是换热量计算方法。
按照国际惯例,小型单体建筑的检测方法可以比较简易,对于商业建筑来讲,冷热不平衡,由于长期运行造成衰减。
因此换热量的计算方法必须改进。
第二个是现场热响应试验方法,因为现在没有统一的试验方法,所以大家测的不统一,有的测两天,有的测三天,有的测冷量,有的测热量,如果遇到投标就会出现问题,几家都测,但测出结果的误差很大,专业评审也很难说谁对谁错,核心问题就是热响应试验方法的不统一。
第三是不同地埋管形式的优化选择,特别是我国国内大型项目很多,地埋管形式的选择就非常重要。
我看过很多项目,发现地埋管的设计系统不合理,既不适合于调节,更不适合结构运行的稳定,还有可能会出现很多问题。
第四是地下换热器冬夏热平衡问题,特别是夏热冬冷地区,建设部领导尖锐的指出在这个地区使用地源热泵系统,通常排热量都是吸热量的两倍甚至三倍,如果搞不好,这个系统长期是会出问题的,因此要特别的关注。
另外还有机组选型。
中国的地源热泵系统一做就很大,很大就要选型,特别是不同的地源热泵系统选择的基础应该是不一样的,土壤源的,地表水的、地下水的,甚至是海水的,它的密度分布不同、温差不同。
厂家提供了标准规划,标准规划推荐一种方式,但不是唯一方式。
还有就是负荷调节问题。
在地表水(海水)地源热泵方面,地表水水温、水位、水质等基础资料缺乏。
很多项目临时要上我们才去测,测量周期短,就会出现很多问题,包括水位,还有水势。
还有海水换热器的防腐、防垢等技术处理;大型海水源热泵机组的开发,因为海水水源都是大流量的,不能用常规的水源热泵代替。
还有系统的经济评价,我们比较注重社会的经济评价,对于工程系统的评价很少,因为所有的地表水,包括城市污水、再生水和用户之间总是有距离,这个距离要有成本。
另外就是环境影响评价,这个国内开展的很少。
这点要向欧美国家学习,细致地对环境评价。
在地表水方面,特别是再生水、污水方面,原生污水的堵塞和径流量稳定性问题。
还有是排污温度变化对河流环境的影响,污水在污水厂的加热处理和热泵利用污水降温的矛盾。
我们现在的污水处理工艺都是要保证温度的,加温的同时热泵要降温,现在很多研发单位在研究不用加温的污水处理方式。
另外是江水、湖水的泥沙过滤、除藻的处理,还有就是地表水的取水口和排水口的选择。
国内很多地表水热泵的工程都会遇到取水口和排水口选择的问题,这个不完全是建设行业,它与水工专业、环境专业都有关系。
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