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中國地源熱泵行業(yè)發(fā)展與分析報告
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沃富新能源提示
雖然地源熱泵的研究始于1912年，但直到20世紀70年代初的世界一次能源危機才開始關(guān)注。此后，來自世界各地的科學家從未停止學習和討論。這些研究工作涉及一系列地源熱泵組件，地下熱交換器類型，土壤性質(zhì)和系統(tǒng)運行壽命周期，成本分析等。由于其穩(wěn)定的能源效率和優(yōu)異的工作性能，在日本，北美和中國，斯堪的納維亞等國家已被廣泛使用。在美國，截至2001年4月已經(jīng)安裝了4000多萬個地源熱泵，年均增長10％;同時已有多家生產(chǎn)地源熱泵和制冷系統(tǒng)的著名企業(yè)，如：水霧，地熱DX，氙氣等。在北歐國家，地源熱泵主要用于室內(nèi)地板輻射采暖，并提供家用熱水，特別是在瑞士，在家用加熱裝置中，地源熱泵的比例非常大。中國在這一領(lǐng)域的研究剛剛開始，直到20世紀80年代末，只有幾個單位進行了這項工作。但國際環(huán)境和地源熱泵本身的影響本身具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，技術(shù)已經(jīng)得到了人們的越來越多的關(guān)注，近年來研究也越來越活躍，取得了突破性進展。
地源熱泵的特點及基本形式
地源熱泵技術(shù)是利用淺層地熱資源可以加熱和可以冷卻穩(wěn)定的節(jié)能空調(diào)技術(shù)。熱泵的理論基礎(chǔ)來自卡諾循環(huán)，它像冷水機一樣在相反的循環(huán)中運行。由于年度氣溫波動，東南涼涼所以可以在冬季作為熱泵熱源和夏季空調(diào)冷源，即冬季從土壤中收集熱量，增加室內(nèi)供暖后的溫度加熱;夏天從土壤冷卻，室內(nèi)多余的熱量去除地面去。地源熱泵主要有以下幾種形式：
（1）地下水熱泵：用于開放式系統(tǒng)。該系統(tǒng)占地面積小，非常經(jīng)濟。要求水源穩(wěn)定，保證裝置正常運行，溫度范圍為7-21℃，需鉆孔，以維持地下水位需要注意補給，以免破壞水資源。
（2）江湖水源熱泵：開或閉系統(tǒng)。系統(tǒng)投資小，水系能耗低，可靠性高，運行成本低，但線圈容易被破壞，單位效率不穩(wěn)定。
（3）土壤熱泵：封閉系統(tǒng)。立管系統(tǒng)占地面積小，水系耗電少，但成本較高;水平管道安裝成本低，但面積大，供水系統(tǒng)功耗大。
2地源熱泵在傳統(tǒng)空調(diào)的特點
2.1在技術(shù)方面
（1）傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，無論是水還是風冷，由于其換熱器必須放置在暴露的空氣中，會對建筑造型造成不良影響，破壞建筑外觀;埋在地下，遠離主樓的加熱器不會對其形狀產(chǎn)生影響。
（2）風冷換熱器和水冷換熱器的熱交換環(huán)境是大氣，不可避免地受環(huán)境條件的變化的影響，會大大降低傳熱效率;和地源熱泵換熱器和地熱用，傳熱物體低于地層1m，初始溫度約等于年平均氣溫，基本不受外界環(huán)境的影響。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)運行效率提高了40％?60％。
（3）普通空調(diào)對環(huán)境的影響非常嚴重，不僅對臭氧層造成嚴重破壞，而且產(chǎn)生難以忍受的噪音，而且由于夏季的熱量將排放到大氣中，冬季吸熱氣氛離開大氣，住宅環(huán)境更加苛刻;和地源熱泵可以利用地球的蓄熱能力，冬季過多的夏季進入地球的熱量，夏季冬季寒冷可用于實現(xiàn)冬季和夏季室內(nèi)供暖和制冷。同時該裝置的運行幾乎沒有排放和浪費，所以不僅對大氣沒有影響，而且使地球不至于過冷或過熱。
2.2經(jīng)濟方面
（1）影響地源熱泵使用的因素，如國家能源政策，環(huán)境政策，電力和燃料價格，施工環(huán)境，用戶和氣候條件。根據(jù)中國目前的情況，由于運營成本造成的這些因素進一步研究，難以得出準確的結(jié)論，但可以借鑒美國等發(fā)達國家的經(jīng)驗，世界環(huán)保組織報告空調(diào)的未來據(jù)了解，地源熱泵的設(shè)計和安裝可以節(jié)省加熱和制冷空調(diào)一體化運行成本的30％至40％以上。
（2）由于技術(shù)優(yōu)勢，可以節(jié)省運營成本40％?60％。
（3）地源熱泵系統(tǒng)也可以設(shè)置加熱，空調(diào)和冷卻，提供熱水一體。 - 熱泵系統(tǒng)可以代替原來的三組加熱系統(tǒng)，加熱空調(diào)和三套設(shè)備或系統(tǒng)的熱水供熱，這也增加了經(jīng)濟性。可以得出結(jié)論，地面熱泵系統(tǒng)比普通空調(diào)系統(tǒng)復雜得多，因為室外部件比較復雜，但是普通空調(diào)的運行成本遠高于地源熱泵系統(tǒng)的運行成本。初期投資回收。
普通空調(diào)使用壽命一般在15年左右，地源熱泵地下?lián)Q熱器由于采用高強度惰性材料，埋地壽命至少在50年以上。因此，從使用壽命和運行成本考慮，地源熱泵系統(tǒng)高于普通空調(diào)系統(tǒng)。
中國長江流域及周邊地區(qū)有幾個省市，是中國經(jīng)濟快速發(fā)展的區(qū)域，面積18萬平方公里，人口5.5億，國家生產(chǎn)總值占全國約48％，人口密集，經(jīng)濟，文化發(fā)達地區(qū)。根據(jù)中國的建筑氣候，該地區(qū)屬于“炎熱的夏季和寒冷的冬季”地區(qū)。也就是說，夏季氣候I：q熱，比較熱月份平均氣溫25?30℃和28?30℃多數(shù)，多數(shù)地方35℃以上熱天氣可達半個月至一個月，比世界同樣緯度其他區(qū)域高于2℃，除了比較熱區(qū)域以外的沙漠地區(qū)，地球的緯度范圍，相對濕度通常高達80％;冬天濕冷，比較冷月平均氣溫2?7℃，比較多在2?5℃之間，是冬季同緯度地球比較冷的部位。長江中下游和北側(cè)每日比較低氣溫5℃以下兩個月甚至3個月，相對濕度仍然很高，為73％?83％。所以冷卻和加熱區(qū)域大致相同，冷熱負荷基本相同，適合區(qū)域推廣地源熱泵技術(shù)，從而充分發(fā)揮地下儲能的作用。
長江流域及周邊地區(qū)人口集中，能源消耗大，污染嚴重等問題。而且該地區(qū)能源資源相對稀缺，能源供應(yīng)形勢嚴峻。因此，從節(jié)能，提高能源結(jié)構(gòu)和保護環(huán)境考慮這些問題，還應(yīng)促進熱泵這種節(jié)能技術(shù)。
3展望與建議
（1）長江及周邊地區(qū)環(huán)境資源豐富，氣候條件冷熱，需要更多的暖氣空調(diào)裝置。所以在地源熱泵技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。加快研究，大力發(fā)展熱泵節(jié)能技術(shù)，促進合理利用自然資源，實現(xiàn)中國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
（2）地熱泵廣泛應(yīng)用的主要原因是土壤源熱泵開發(fā)核心技術(shù)的研究和理解有限。據(jù)國際比較新研究顯示，其核心技術(shù)問題是埋地換熱器的傳熱，土壤源熱泵系統(tǒng)的模擬和比較佳匹配參數(shù)的研究。另一個主要原因是地源熱泵本身存在的缺點：地下熱交換器受土壤性質(zhì)的影響較大;連續(xù)運行，熱泵冷凝溫度或蒸發(fā)溫度受土壤溫度波動的變化影響;土壤導熱性好，使埋地換熱器面積更大。因此，國家有關(guān)部門要加強熱泵研究的核心技術(shù)，可以提供一系列經(jīng)濟激勵，鼓勵用戶使用地源熱泵系統(tǒng)。
（3）研究地熱熱泵需要解決的幾個問題：埋地線圈數(shù)學模型理論研究和土壤熱場理論研究不夠深入，仍處于實驗階段;涉及鉆井困難，系統(tǒng)投入相對較大。因此，在熱泵技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用中，應(yīng)通過熱泵生產(chǎn)和技術(shù)改進降低成本，使熱泵技術(shù)的優(yōu)勢更突出。
（4）中國地源熱泵的技術(shù)資料很少，在這方面的設(shè)計，生產(chǎn)，安裝，維護方面也缺乏廠家的生產(chǎn)，相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)也很少。因此，有必要增加技術(shù)資金投入和相關(guān)技術(shù)人員的培訓。同時世界熱泵技術(shù)更發(fā)達國家要學習，但在學習過程中應(yīng)該注意的是：中國的氣候條件和那些國家的氣候條件是不同的，所以我們不能復制國外的技術(shù)成果，而應(yīng)該注意吸收國外積極和消極的經(jīng)驗，布局合理，發(fā)展平穩(wěn)，在相對成熟的地區(qū)進行測試等。
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