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中国地源热泵技术发展趋势中国建筑科学研究院2006年10月主要内容一、中国地源热泵发展的背景二、地源热泵系统分类及特点三、中国地源热泵系统的发展四、地源热泵的经济性分析五、中国地源热泵发展存在的障碍六、中国地源热泵的市场潜力和发展趋势一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵系统是我国建筑节能发展的需要。目前，建筑用能已经占全国总消耗的27.5%。地源热泵系统和常规的供热空调系统相比大约节能50%，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。●发展地源热泵系统是确保我国能源结构调整的需要。长期以来我国一直以煤采暖为主，北方地区污染严重、能源利用效率低，发展地源热泵技术是改变我国目前能源供应结构的需要，是减少环境污染、确保能源安全的重要保障。一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵系统是运用可再生能源的重要技术手段。目前，用可再生能源逐步替代常规能源是一个世界趋势，随着我国《可再生能源法》的颁布，大力加快发展可再生能源是落实国家提出的建设节约型社会，发展循环经济方针的主要问题之一。一、中国地源热泵发展的背景●发展地源热泵在中国有其广泛的地域要求中国国土面积巨大，从北到南可划分为五个主要气候区，其中对冷热量都有需求的地区占绝大部分；同时中国浅层地热能资源蕴藏丰富，适宜大力发展地源热泵供暖空调系统。●发展地源热泵系统是中国HVAC行业的技术发展方向在中国某些地区，既没有燃煤也没有天然气可以供热，发展地源热泵供暖空调系统是经济发展的需要，也是市场发展的必然趋势。二、地源热泵系统的分类及特点(1)地源热泵的定义及分类●《地源热泵工程技术规范》（ＧＢ50036-2005）规定，地源热泵系统是指以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。垂直地埋管地源热泵系统水平地埋管地源热泵系统间接地下水地源热泵系统直接地下水地源热泵系统闭式地表水地源热泵系统开式地表水地源热泵系统二、地源热泵系统分类及特点(2)地源热泵的特点■地埋管地源热泵系统：水平地埋管地源热泵系统垂直地埋管地源热泵系统包括一个地埋管换热器，它或是水平地安装在地沟中，或是以Ｕ形管状垂直安装在竖井之中。不同的管沟或竖井中的热交换器成并联连接，再通过不同的集管进入建筑中与建筑物内的水环路相连接，它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地埋管地源热泵系统：优点：系统不受地下水量的影响，对地下水没有破坏或污染作用，系统运行具有较高的可靠性和稳定性。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地埋管地源热泵系统：缺点：（1）由于管壁传热温差的存在，机组冬季地源侧水温低于地下水式系统5-10℃，机组夏季地源侧水温高于地下水式系统10-15℃，机组运行条件相对较差，降低了运行效率；（2）埋地换热器受土壤性质影响较大；连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；（3）地埋管换热器所需占地的面积较大，如平面布置的埋管换热器的面积约为房间面积的2倍左右；（4）钻孔及埋管费用较高。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地下水地源热泵系统：地下水地源热泵系统分为直接、间接两种，直接地下水地源热泵系统是将地下水直接供应到每台热泵机组，之后将井水回灌地下。间接地下水地源热泵系统中，地下水和建筑内循环水之间是用板式换热器分开的。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地下水地源热泵系统：优点：系统简便易行，综合造价低，水井占地面积小，可以满足大面积建筑物的供暖空调的要求。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地下水地源热泵系统：缺点：（1）地下水热泵系统需要有丰富、稳定、优质的地下水；（2）此外，即使能够全部回灌，怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地表水地源热泵系统：地表水低位热源包括河流、湖泊、海水、中水或达到国家排放标准的污水、废水等。地表水地源热泵系统分闭式、开式两种，闭式系统类似地埋管系统，由潜在水面以下的、多重并联的塑料管组成的地下水热交换器取代了土壤热交换器；开式系统类似于地下水系统。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地表水地源热泵系统：优点：系统简便易行，初投资较低。缺点：（1）地表水地源热泵系统也受到自然条件的限制；（2）由于地表水温度受环境温度的影响较大；（3）一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关，需要根据具体情况进行计算；二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地源热泵系统的技术优势：（1）高效、节能，环保、无污染；可再生能源在建筑中应用的主要形式，冬季可替代常规热源，夏季制冷高；（2）运行成本低；（3）供暖空调的同时，可提供生活热水。二、地源热泵系统的分类及特点(2)地源热泵的特点■地源热泵系统受低位热源条件的制约地埋管系统：足够埋管区域、比较适合的岩土体特性。地下水系统：持续水源的保证、可靠的回灌能力地表水系统：水环境的影响评估、地表水源情况综合确定三、中国地源热泵技术的发展在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践，与此相关的热泵产品应运而生，掀起了一股“地热空调”的热潮。三、中国地源热泵技术的发展工程应用方面：●地下水地源热泵系统数量最多，应用范围最广,主要采用“异井抽灌”和“单井抽灌”技术，最大单项工程建筑面积已达16万㎡。●土壤源地源热泵发展最快，应用潜力最大，最大单项工程建筑面积已达13万㎡。●地表水地源热泵系统在城市级示范工程中单体规模最大。●截止2005年，北京市浅层地能利用面积达800万㎡。全国地源热泵系统的应用近3000万㎡。目前，地下水地源热泵系统应用面积约占全部市场分额的45%，土壤源地源热泵系统约占35%，地表水地源热泵系统约占20%。三、地源热泵技术的发展●北京、大连、上海、重庆、南京、上海、成都、内蒙等地的项目都进入建设部、财政部拟定共同支持的“十一五”节能与可再生能源城市级示范项目。GSHP在我国长江黄河流域、东北、西北、华北等广大对冷热都有需求的地区，具有较高的适用性；对南方部分只有夏季冷量适用性，而无冬季热量需求的地区也具有一定的适用性，对那些由于条件限制而不能用煤、电、燃气采暖供冷的地区更是最佳选择。四、地源热泵的经济性分析根据现有实际工程测算，地源热泵系统初投资比传统系统要稍高一些：●如采用地下水式地源热泵系统，系统初投资约为300-400元/㎡，其中冷热源部分投资约220元/㎡，与采用国产冷水机组加锅炉式中央空调系统的初投资大致相同；●如采取土壤源地源热泵系统，初投资约为350-450元/㎡，其中冷热源部分投资约为270元/㎡。四、地源热泵的经济性分析●若和目前常规单一供暖方式相比，燃煤锅炉房供暖系统投资约150元/㎡，燃气分散锅炉房供暖系统投资约100元/㎡，热电联产集中供热系统投资约200元/㎡（包括增容费），地源热泵系统初投资要高，但地源热泵系统提供供暖空调生活热水多重功能，而传统集中供热基本为单一供暖功能，不可完全类比。四、地源热泵的经济性分析采用地源热泵系统其运行费用可大大降低：●用地源热泵系统供暖时，根据不同的地域、气候、资源、环境，其运行费用可比传统中央空调系统降低25%-50%，如北京市11个不同类型建筑地源热泵项目2003－2004冬季运行费用调查结果表明，7项工程低于燃煤集中供热的采暖价格（18.5元/㎡）,所有被调查项目均低于燃油、燃气和电锅炉供暖价格。●用地源热泵系统制冷时，其运行费用可比传统中央空调系统降低15%-30%。四、地源热泵的经济性分析●地源热泵系统其静态投资增量回收期约4－10年不等。如：北京菊儿胡同小区地下水地源热泵供暖代替燃煤锅炉房供暖，初投资与燃气锅炉房相比增加约51元/㎡，每平米供暖折标准煤15公斤，与原燃煤锅炉房供暖能耗25公斤标准煤/㎡，相比节能40％，静态经济效益回收期约为6年。伴随着GSHP技术逐渐推广应用，政府补贴的逐步完善，产业化规模的不断加大，生产厂家和集成商的逐渐增多，市场竞争逐渐加剧，GSHP系统的初投资还会进一步降低，GSHP系统成本应具有50-100元/㎡左右的降价空间。五、中国地源热泵发展存在的障碍（1）国家政策支持与财政补贴稍显薄弱地源热泵是一项节能环保的技术体系，但目前来讲在房地产应用推广中投资还是相对较高，开发商不愿意在自己的系统中使用这种技术，政府在政策上的支持力度还是稍显单薄，鼓励与补贴政策也还不很明确。五、中国地源热泵发展存在的障碍（2）对GSHP系统应用适应性及其资源潜力缺乏研究和规划地源热泵系统受地区资源潜力及特点的制约，由于缺乏GSHP系统应用适应性研究，不具备资源条件的地区用了，导致GSHP系统不能正常运行，同时对资源和环境也带来不利影响。五、中国地源热泵发展存在的障碍（3）对GSHP系统研发还不够深入地源热泵作为一种新的科学技术，目前在国家标准规范、宣传材料、系统图集方面还有所欠缺，同时在科研上还有一些问题没有取得突破，比如：土壤源地源热泵系统的地下温度场的计算方法不统一；海水系统海水取水,防藻等问题；污水源系统水质防腐处理问题；地下水系统取水回灌的成套技术等问题都还没有较好的解决方法；对于已经完成并且运行的地源热泵系统，对其能效性能缺乏正确的评估体系也是影响其正常发展的原因之一。五、中国地源热泵发展存在的障碍（4）国内GSHP产品生产商的产品型号不全、可靠性不高目前国内生产水源热泵的厂家已经超过20个，但是产品的性能和质量差别很大。大部水源热泵产品未进行过权威机构的性能检测，因此产品的性能与产品样本差异较大，导致工程失败的例子屡见不鲜。目前国内用于地源热泵系统的产品规格型号较少，难以满足不同低位热源温度的需要。五、中国地源热泵发展存在的障碍（5）缺乏必要的宣传推广活动已经成熟的技术没有得到及时的广泛的推广和普及，也给此项技术的应用造成了一些障碍。地源热泵工程设计作为一项技术含量较高的技术，目前很多设计院的设计人员还没有完全掌握。地源热泵的推广应用，目前缺乏各个专业各个领域的人的共同配合，缺少从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面的共同参与。六、中国地源热泵的市场潜力和发展趋势●目前，我国城乡既有建筑总面积约400亿㎡，其中城镇约为160亿㎡，在城镇中居住建筑面积约为105亿㎡，其中能达到建筑节能标准的仅占5%，其余95%都是未来需要陆续进行节能改造的高能耗建筑；●同时，我国每年新增房屋建筑面积约20亿㎡，预计到2020年底，我国新增的房屋面积将近300亿㎡，新增城镇民用建筑面积将为100-150亿㎡。随着人民生活水平提高，我国采暖线也将逐步南移，采暖面积会逐步增大，新建建筑将有70亿㎡以上需要供暖。●据专家测算，目前我国发电装机容量为4亿KW，百米内地下水每年可采集的低温能量约为2.2亿KW，相当于其一半，近百米内的土壤每年可采集的低温能量相当于1.5万亿KW，则是其3750倍，浅层地能的应用仍然有相当大的市场空间。●如果全国每年在1亿㎡建筑中推广地源热泵系统供暖空调，则可替代约350万吨标煤或26亿立方米天然气，削减约2350万吨氮氧化物和约200万吨颗粒物的排放。六、中国地源热泵的市场潜力和发展趋势●基于此种情况，财政部与建设部在《可再生能源在建筑中推广应用工作会议》中首次提出浅层地热利用计划目标：到2010年，浅层地热利用的建筑面积应该达到6.41亿㎡，形成替代常规能源的能力800万吨标准煤；到2010年，地表水源热泵的推广的建筑面积应该达到2.14亿㎡。●同时，北京市发改委表示，北京将继续大力推广浅层地能，作为现行供暖的替代能源。今后凡政府投资的项目如政府机构、医院等