2020年国际地源热泵发展历程及我国发展趋势

国际地源热泵发展历程及我国发展趋势

美国地源热泵发展历史及概况

美国的地源热泵起源于地下水源热泵。由于土壤源热泵的初投资高、计算复杂以及金属管的腐蚀等问题，早期美国的地源热泵中土壤源热泵所占比例较小，主要以地下水源热泵为主。早在20世纪50年代，美国市场上就开始出现以地下水或者河湖水作为热源的地源热泵系统，并利用它来实现采暖，但由于采用的是直接式系统，很多系统在投入使用10年左右的时间由于土壤中化学物质腐蚀等问题就失效了，地下水源热泵系统的可靠性受到了人们的质疑。

上世纪70年代末至80年代初，在能源危机的促使下，人们又开始关注地下水源热泵。通过改进,水源热泵机组扩大了进水温度范围，加之欧洲板式换热器的引进，闭式地下水源热泵逐渐得到广泛应用。

与此同时，人们也开始关注土壤源热泵系统。在美国能源部（DOE）的支

持下，美国橡树山(Oak Ridge National Laborato-ry，ORNL)和布鲁克海文（Brookhaven National Laboratory，BNL）等国家实验室和俄克拉荷马州立大学（Oklahoma StateUniversity，OSU）等研究机构进行了大量的研究。主要研究工作集中在地下换热器的传热特性、土壤的热物性、不同形式埋管换热器性能的比较研究等。为了解决土壤中化学物质腐蚀问题，地埋管也由金属管变成了聚乙烯等塑料管。至此，美国进行了多种形式的地下埋管换热器的研究、安装和测试工作。现在美国安装的土壤源热泵主要是闭式环路系统，根据塑料管安装形式的不同可分水平埋管和垂直埋管，此系统可以被高效地应用于任何地方,也正是土壤源热泵系统的广泛应用推动了近几十年美国地源热泵产业的快速增长。1998年美国能源部要求在具有使用条件的联邦政府机构建筑中推广应用土壤源

热泵系统。为了表示支持这种节能环保的新技术，美国总统布什在他得克萨斯州宅邸中也安装了这种地源热泵系统。进入21世纪，美国地源热泵的使用量随着建筑规模的扩大也逐渐增加。美国地源热泵年平均增长率保持在15%以上。

从2005年到2007年美国地源热泵呈现快速增长趋势，目前地源热泵在美国50

个州都有应用，2007年全年地源热泵系统应用超过了45000套。

美国地源热泵发展中遇到的障碍主要有：1.地源热泵系统相对传统系统以及空气源热泵的一次投资较大；由于初期投资涉及到大量的地下施工，北美地区高昂的劳动力成本使得地源热泵系统的初期投资可超过常规系统100%乃至150%，目前每米环路的费用大约是11.5～55.8美元，平均每米为36美元。初期投资过高从而极大地限制了地源热泵的应用。在目前的应用中，主要还是以公立学校，尤其是中小学为主，其次是联邦的公用设施，包括军用设施。在真正的私人投资的商用建筑中使用比例要低于前两者；2.各种地方法规对地源热泵使用的限制；3.承包商施工不规范；4.水平埋管土壤源热泵系统需要大量土地面积。

为促进地源热泵的发展，美国地方政府也相继出台了很多激励措施，如表

1所示：

截至2009年，美国在运行的地源热泵系统约为100万套，地源热泵系统年消耗一次能源约为7.47×106kW•h为1990年的5倍。

欧洲主要国家地源热泵发展历史及概况

20世纪50年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮，但由于当时的能源价格较低，这种系统并不经济,因而未得到推广。1973年第一次石油危机之后，美国、日本已经出现了热泵市场，两个国家都在运用各自的知识和经验来促进热泵的销售量，而当时欧洲经济共同体（EWG）和欧洲自由贸易联盟（EFTA）都在致力于通过太阳能的研究来解决能源问题，直到第二次石油危机之后，欧洲才开始关注热泵系统，逐步引入了利用室外空气、通风系统中的排气、土壤、地下水等为热源的热泵机组，与美洲不同，欧洲的热泵系统一般仅用来供热或提供生活热水。

欧洲地源热泵发展初期，专家与安装工人之间由于缺乏沟通，导致在一段时间快速增长之后，市场上充斥了许多设计、安装失败的项目，并且由于价格较传统系统高很多，地源热泵销售量出现明显下降，大部分热泵企业纷纷倒闭，只有几家大型企业生存下来。近年来，随着油价与电价比例指数上扬，政府对降低能耗和环境污染的法律制定越来越严格，为了提高能源利用率、实现《联合国气候变化框架公约（京都议定书）》确定的减排义务、发展可再生能源并确保能源安全供应，欧洲议会和欧盟理事会于2002年12月通过了《建筑能效指令2002/91EC》，该指令的制定意味着欧盟各国加强了对建筑节能技术的研究和管理，地源热泵作为一项有力的节能措施迎来了它的又一次发展高潮。

欧洲主要的热泵组织为欧洲热泵协会（EHPA），主要是由热泵生产厂家、国家热泵组织者、研究和测试机构组成。目的在于传播热泵及其对温室气体减排贡献率的信息，提高热泵的认知度，激励热泵市场的发展；传播适合整个欧洲热泵系统和谐一致的章程。目前在EHPA组织下进行的项目有：EU-CERT，目的是研究制定一个对热泵安装者的培训和认证的办法来确保工程质量，安装者被授予的资格证书在欧洲所有的国家都被认可；“SHERPHA”，目的在于开发下一代热泵系统，系统采用天然制冷剂，如氨、二氧化碳和丙烷，它们的破坏臭氧层潜能值ODP为0，且仅有很低的GWP（全球变暖潜力）效应；“Ground- Reach”，目的是通过地源热泵技术实现京都议定书节能减排目标；“Therra”，目的是开发一种方法论用来计算利用可再生能源供热所带来的收益。

根据E HPA“Ground-Reach”项目2008年统计的数据，目前参加此项目的国家地源热泵系统的市场情况是瑞典、奥地利、德国的地源热泵系统发展的数量比较多，整体容积量比较大，丹麦、希腊的平均机组容量最大。从发展速度来看，瑞典以每年安装约4万套地源热泵系统，居欧洲第一。除瑞典外，德国、法国、芬兰、瑞士、奥地利、挪威的市场增长也很快，在2006年，奥地利市场的增长速度为45%，德国市场的增长速度为120%。2008年，欧洲整体装机量约为13.5万-19万台。

地源热泵在我国的发展可以分为三个阶段：

1.起步阶段（20世纪80年代～21世纪初）