地源热泵冷热联供方案介绍

地源热泵冷热联供方案介绍中国科学院广州能源研究所一、 政策背景与市场需求地源热泵技术自21世纪以来在国内发展非常强势，这主要得益于其技术本身的节能环保特性和各级政府的技术的支持。

在国家层面上来说，早在2005年11月，国家发改委发布了《可再生能源产业发展指导目录》，明确列出了地源热泵技术作为具备规模化应用的项目。

进入国家第“十一”个五年计划以来，“节能减排”的呼声越来越大，国家也适时的提出了“十一五”节能减排指标：到2010年，单位国内生产总值（GDP）能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％；而且这三年的政府工作报告都突出强调节能减排的重要性，建筑领域的节能技术包括地源热泵等是其中重要内容。

同时，2006年1月实施的“中华人民共和国可再生能源法”，将可再生能源的开发利用列为能源发展的优先领域，设立可再生能源发展专项资金，用于支持可再生能源的发展。

此外，国家各个部委也都在积极落实各项工作的开展，2006年以来，财政部和建设部联合发布《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，每年投入上亿元的专项资金用于可再生能源在建筑领域的规模化应用，地源热泵技术应用作为专项资金的支持的重点领域。

地方政府也对该技术作出了积极的响应，随着大中型城市燃媒锅炉的取消，北方城市区域供热问题日益突出，这也使得地源热泵技术在北方大中城市得到推广普及。

北京市是推广地源热泵技术最为成熟的城市之一，2006年5月由北京市发改委、规划委等9家单位联合制定了《关于发展热泵系统的指导意见》，各类政府投资建筑优先使用地源热泵系统，其它各类项目供热制冷系统选用地源热泵系统的给予一次性补贴，标准为：地下（表）水源热泵35元/m2，埋管式地源热泵50元/m2。

同时北京市申办2008年奥运提出的“绿色奥运”也给地源热泵技术的发展带来了很大的契机。

沈阳市2006年陆续出台了《沈阳市“十一五”时期地源热泵技术应用专项规划》、《沈阳市地源热泵系统建设应用管理办法》、《关于全面推进地源热泵系统建设和应用工作的实施意见》，计划到2010年全市地源热泵技术应用面积达6500万m2，占供热面积的32.5％。

有了北方城市的大力推广，地源热泵技术也越来越受到全国的关注。

随着北方市场趋于稳定，地源热泵已呈现向南推进的态势，尤其是长江流域的夏热冬冷地区，国家的热网无法普及这类地区，使得冬季的采暖一直得不到有效的解决。

地处这一区域最显著的位置就是湖北省，武汉市2006年出台了《武汉市冬暖夏凉工程规划》、《热泵技术推广应用专项规划》，明确提出充分利用江水资源和地下水资源的地源热泵系统，地源热泵工程项目在武汉市已呈现出上升的趋势。

据不完全统计，2005年地源热泵市场规模为6亿元，占国内整个商用中央空调市场的3％。

预计到2010年，地源热泵中央空调市场规模将达到25亿元，占整个商用中央空调市场的11％。

这对于一个刚刚起步的领域来说已经是相当不容易了，结合目前已推广应用的态势，地源热泵未来的市场定位主要为：（1） 北方市场：供暖、热水市场，同时兼顾空调。

这类市场的地域可以从华北延伸到东北、西北地区，适用于住宅和公共建筑。

（2） 长江流域市场：采暖、空调、热水三联供市场，这类市场的区域主要集中在沿长江流域的夏热冬冷地区，适合于住宅和商业建筑。

（3） 南方市场：空调、热水联供市场，同时兼顾采暖。

这类市场主要集中在华南地区的夏热冬暖地区。

二、 国内应用现状地源热泵技术之所以能得到业主的青睐，主要得力于其一套设备就可以解决三种用途：夏季空调、冬季采暖和全年生活热水。

而目前对于大部分用户来说，要解决以上三种途径，一般需要三套设备。

对于夏季空调来说，目前流行的传统方式无非有两种：家庭用的单体分体空调和商业建筑的中央冷水空调；家用空调由于其安装简单，应用非常普遍，已经渗透到各类建筑中；而中央冷水空调系统更多的被大型建筑所采纳，能源管理方便；这两种方式一个最大的共同点就是都是把热量排到周围环境中，造成建筑周围热环境恶劣，也就是常说的“热岛效应”。

此外，家用空调对建筑美观的影响以及中央空调系统冷却塔设备噪音问题一直是长期以来备受争议的话题。

对于冬季采暖来说，北方地区的城市均采用集中供热方式，而对于南方地区由于没有热网普及，采用电采暖的方式居多。

北方传统的区域供热模式已经被证明为能源浪费严重的模式，由于设计过量，造成房间温度过高，冬天开窗现象非常严重，目前这种模式也在陆续进行改革。

而南方地区采用电采暖也是没有办法的办法，尽管各类厂家把产品做的非常时尚，但是电采暖的供热方式是能源最为浪费的，不仅用户承担的电费较高，对于以煤电为主的我国来说，无疑将加重环境的污染。

除了上述两大需求，全年生活热水也是必不可少的部分，目前的方式也较多，家用较多的是天然气（煤气）热水器、电热水器以及太阳能热水器（电辅助）；宾馆酒店普遍用的是燃油锅炉中央热水系统。

家用热水器产品目前非常成熟，但随着能源价格的上升，其运行费用较高，更重要的是煤气和电的安全问题；太阳能热水器经常会出现夏天不要热的时候很热，冬天需要热的时候没热，因此受天气气候影响很大。

而燃油锅炉热水系统就目前来说，油价上涨迅猛，很多宾馆酒店业主都在暗自叫苦。

三、 技术介绍首先来先描述一下“热泵”这个概念，为了更好的理解，以水泵为参照物讲述热泵的原理。

“水往低处流”是人人皆知的道理，其是一种自然自发的过程，但是我们通过水泵可以实现反其道行之。

水泵通过消耗电能来把低处的水搬运至高处，这个“从低到高”的搬运过程实际上是以消耗高品位的电能等能量，换来水的势能的提高。

同理，热量总是自发从高温热源流向低温热源，但是通过热泵，我们可以将这种“从高到低”的热量传输方向反向，同样也需要消耗少量的电能。

下面再来说“地源热泵”这个概念，所谓“地源”指的是土壤、地下水和地表水等资源，夏季制冷时，房间的空气是“低位能”，地源是“高位能”，通过热泵把热量从房间带走给地源，因此房间就降温了。

冬季采暖时，地源是“低位能”，房间的空气是“高位能”，通过热泵把热量从地源带到房间，因此房间就升温了。

给出比较专业一点的说法如下：地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源（也称为地源能，包括土壤、地下水、地表水等）的既可制冷空调又可采暖和提供热水的高效节能空调技术。

地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，同时实现建筑采暖、空调和生活热水的三联供。

地源热泵主要包括三种系统：土壤埋盘管系统、地下水系统、地表水系统。

如果空调建筑附近有可利用的海、湖或水池，地表水系统可能是最具有节能优点而又最经济的闭环系统。

地下水系统一般采用开环系统，适用于已有水井或地下水源丰富的地区。

对于地表水和地下水源缺乏的地区，土壤埋管系统是最佳的选择。

埋管将闭环循环水埋于地表浅层土壤中，循环水经水管壁面直接与土壤进行热量交换。

夏季循环水将制冷机组吸收的热量向土壤散热，冬季从土壤吸热并将热量经热泵机组传递至室内。

四、 技术特点地源热泵技术在短短几年内取得了长足的进步，主要得益于他独特的技术优势，包括这么几个方面：（1） 可再生能源：利用浅层地热能（地源能）作为冷热源，实现冷热联供；（2） 节能：性能系数高，节省运行费用30～50％；（3） 环保：取消锅炉，减少热污染；（4） 一机多用：一套系统实现三种用途，节省建筑空间；（5） 性能稳定：温度波动小，不受环境影响；（6） 美观：无室外机，不影响建筑外观；但同时地源热泵技术也受限于本身的一些缺陷，主要包括：（1） 初投资较高，比中央空调系统要高20％左右；（2） 建筑周围需要一定场地用于埋设盘管，或者具有丰富的地下水和地表水资源；（3） 施工要求较高，需要专业化的工程队伍。

五、 应用领域应该来说，地源热泵技术适合于各类建筑，以下着重对建筑进行一下归类，根据不同建筑功能地源热泵方案的设计会有所不同。

（1） 住宅建筑这类建筑是最大的群体，但是地源热泵技术应用于此类建筑通常受到限制；对于一般的住宅家庭，全年的空调时间毕竟有限，而且住宅建筑的开放商基本不会去考虑给用户装空调，更别说是地源热泵，因此对于普通住宅，地源热泵技术推广比较困难。

而只有在住宅小区引入绿色、环保等因素，才会考虑这项技术。

而对于高档住宅建筑比如别墅建筑，地源热泵技术的应用相对要容易得多，主要有这么几个原因，初投资所占比例相对较低，高档建筑周围有地源热泵埋管所需的空间，高档建筑对室内冷热环境的要求高，以及别墅建筑美观要求等。

（2） 办公建筑和商场这类建筑主要是夏季空调和冬季采暖需求，也是目前地源热泵推广最多的建筑，尤其是政府的办公楼，更多的建筑节能工作是从政府部门开始的。

这类建筑的空调和采暖负荷较大而且集中，宜采用集中式地源热泵系统，对于江边的建筑或者周围土地空间较广的建筑，非常适合用地源热泵系统。

（3） 宾馆酒店和医院这类建筑不仅有夏季空调、冬季采暖需求，还有全年热水需求，如果具备地源热泵实施的条件，将具有非常显著的节能环保效益，给业主带来可观的经济效益。

（4） 学校这类建筑也是非常潜在的领域，随着生活水平提高，许多学校的教室开始采用空调为学生创造良好的环境，因此对于学校的建筑，楼层不高，周围空间较大，非常适宜推广应用地源热泵。

此外学生宿舍楼的热水需求也是地源热泵推广的潜在领域。

六、 投资成本地源热泵中央空调＋锅炉初投资北方：200～250元/m2南方：300～350元/m2北方：150～200元/m2南方：200～250元/m2年运行费用北方：35～40元/m2南方：50～55元/m2北方：60～65元/m2南方：80～85元/m2回收期北方：2～3年南方：3～4年七、 工程实例中国科学院广州能源研究所经过十几年来的不断努力和研究探索，在各方面的大力支持下，地源热泵技术得到了较大的发展，从实验室研究到开发应用都已积累了一定的人力和物力基础。

2002年承担了国家“十五”重点攻关项目—高温地源热泵与采暖、空调、热水联供示范系统，并已于2001年对中科院外国专家公寓原“锅炉＋制冷机”系统进行了改造，取得了很好的经济效益。

此外，研究所还一直致力于地源热泵在南方地区的推广，先后在广东肇庆皇朝酒店、广东外商活动中心建立了示范工程，为地源热泵推广应用打下了坚实的基础。

广州能源研究所从事地源热泵技术推广已有四年，典型的工程示范项目如下：1．中国科学院外国专家公寓地源热泵示范工程：该系统采用地源热泵技术对原系统（制冷机＋城市热网＋燃油锅炉）进行改造。

两台地源热泵机组总制冷量为758kW，总制热量为871kW，公寓面积为10000m2。

系统全面解决公寓的采暖、制冷空调及生活热水，每年节约公寓的能源费用40%以上。

系统改造的总投资为160万元，采用地源热泵技术后的经济性数据如下表所示：项目 原有系统 改造后地源热泵系统节约 全年生活热水费用38.88万元 15.88万元 23万元全年采暖费用 23.8万元（冬季）9.52万元（过渡季）15.92万元（含过渡季）17.4万元全年制冷费用 19.6万元 17.55万元 2.05万元 总计 91.8万元 49.35万元 42.45万元 从上表中可以看出，利用地源热泵技术改造后，系统全年可节约能源费用42.45万元（46％）,整个系统有望在四年后收回全部的初投资。