地源熱泵節(jié)能環(huán)保冷熱源系統(tǒng)

1、地源熱泵供熱制冷節(jié)能環(huán)保系統(tǒng),廣西大學(xué)地源熱泵研究所 廣西鈞富凰地源熱泵有限公司,,,主講：胡映寧,生活熱水 南方氣候潮濕、冬季氣溫變化大（經(jīng)常在10℃-20℃間變化）、夏季炎熱，因此，洗澡用的生活熱水成為南方人的生活必須 ；夏季空調(diào)制冷 南方夏季炎熱，制冷空調(diào)已成為城市家庭和辦公的基本設(shè)施 ；冬季采暖 16℃是人體對寒冷忍受程度的一個界限，南方冬季絕大多數(shù)地方的氣溫都會降至16℃以下。,（1）南方對供熱制冷的需求特點,（2

2、）農(nóng)業(yè)消費需求特點,需要溫控的農(nóng)業(yè)大棚、禽舍、魚池等需求越來越旺。利用地源熱泵技術(shù)，可以為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供價廉質(zhì)優(yōu)的溫控系統(tǒng),一、意義和必要性,一、意義和必要性,我國采暖和空調(diào)的能耗已占建筑總能耗的55％，炎夏季節(jié)多數(shù)電網(wǎng)高峰負(fù)荷約有1／3用于空調(diào)制冷，使許多地區(qū)用電高度緊張，拉閘限電頻繁。 2004年廣西建筑能耗已經(jīng)超過全社會總能耗的20%。 我國新建建筑全面執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑能耗要減少50%。,一、意義和必要性,建設(shè)部關(guān)于貫徹《

3、國務(wù)院關(guān)于加強節(jié)能工作的決定》的實施意見（建科[2006]231號）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑節(jié)能改造的面積要占既有建筑總面積的15%，小城市要完成10%；太陽能、淺層地能等可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例達(dá)25%以上”,美國每年安裝約4萬套地源熱泵系統(tǒng),意味著降低溫室氣體(如CO2等)排放100萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植404686公頃(100萬英畝)樹的效果，年節(jié)約能源費用可達(dá)42億美元。,地球

4、表面吸收了太陽能的47％，相當(dāng)于人類一年所需能量的500多倍,地球深處熱流或較深層的地?zé)崮軐Φ乇頊\層也起到了加熱作用,我國近百米內(nèi)的土壤每年可采集的低溫能量達(dá)1.5萬億千瓦，是我國目前發(fā)電裝機容量４億千瓦的3750倍，而百米內(nèi)地下水每年可采集的低溫能量也有２億千瓦。因此，許多專家將淺層地能比喻為一個巨大的“綠色聚寶盆”。,水泵的作用是把水從低處往高處送，熱泵就是熱傳導(dǎo)的“水泵”。把低溫的熱源提升，提供生活用能。用１千瓦的電驅(qū)動熱泵后，可

5、以“搬運”4千瓦的淺層地能。,地源熱泵——冬天代替鍋爐從土壤中取熱，向建筑物供暖，夏天代替普通空調(diào)向土壤排熱，給建筑物制冷。,稱為二十一世紀(jì)的 “綠色空調(diào)技術(shù)”,地源熱泵——是目前效率最高、對環(huán)境最有利的熱水、取暖和制冷系統(tǒng)。,,屬于經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益顯著的社會公益技術(shù)。,可見，地源熱泵技術(shù)——,二、地源熱泵系統(tǒng)的一般形式,,,,地源熱泵系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢,,1、可再生能源利用形式 地表淺層收集了

6、47%的太陽能量，它利用地表淺層的可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。2、高效節(jié)能 制熱系數(shù)高達(dá)3.5～4.5，而鍋爐僅為0.7～0.9，可比鍋爐節(jié)省70%以上的能源和40%～60%運行費用；制冷時要比普通空調(diào)節(jié)能30%左右。 3、美觀 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的換熱器置于室外，破壞建筑的外觀；而地源熱泵把換熱器埋于地下，保持建筑物外觀的完美。,地源熱泵系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢,,4、保護環(huán)境 設(shè)備的運行沒有燃油、燃煤污染

7、。不抽取地下水，沒有地下水位下降、地面沉降和開鑿回灌井等問題，是真正的綠色環(huán)保能源利用方式。5、多功能、系統(tǒng)控制和管理方便 —套地源熱泵系統(tǒng)可以替換原有的供熱鍋爐、制冷空調(diào)和生活熱水加熱的三套裝置或系統(tǒng)。6、壽命長 普通空調(diào)壽命一般在15年左右，而地源熱泵的地下?lián)Q熱器由于采用高強度惰性材料，埋地壽命至少50年。,,,,,,建設(shè)部啟動《可再生能源行動計劃》。主要是：太陽能屋頂計劃和淺層地?zé)崮芾糜媱潯?,,,,,2

8、006年是開展示范的第一年，第一批下達(dá)的25個項目資金共10368萬元，占首批可再生能源建筑應(yīng)用示范項目補貼預(yù)算的50%。,這是一個顯著的政策信號，政府投入帶動若干倍的社會資金，從而強力拉動新能源在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，推動國家節(jié)能、環(huán)保戰(zhàn)略目標(biāo)的盡早實現(xiàn)。,（1）地表(下)水源方式,,我國實施地源熱泵工程主要有兩大類,利用河水、湖水、地下水為冷源或熱源，換熱效率高, 初期投資成本較低。 廣西河流數(shù)量多，大多數(shù)城市（鎮(zhèn)）臨江而建。地下

9、水也相當(dāng)豐富，全區(qū)有600多條地下河。,土壤換熱器以垂直埋管居多。廣西雨水充足，絕大多數(shù)城鎮(zhèn)地下水位較高，富水土壤比例大，土壤的水對流傳熱起重要作用，為土壤換熱式地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用提供了得天獨厚的條件。一般土壤換熱井20-30米，換熱效果就很明顯。10口土壤換熱井就可獲得約20千瓦的熱量（或冷量）。 而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超過60米，而換熱量則一般小于50W/m,,我國實施地源熱泵工程主要有兩大類,（2）土壤換熱器的閉式

10、系統(tǒng),夏季采用供冷的冷凝熱制熱水，制熱水不耗電能，實現(xiàn)冷熱聯(lián)供，能效比1：7； 冬季制熱水時熱泵的低溫?zé)嵩礊橥寥涝础?三、不同建筑類型冷熱需求情況分析,（1）對需同時供冷和供熱水的酒店、或以供熱水為主的學(xué)生公寓（民用住宅）和短時供冷的食堂（餐廳）,（2）淺層地?zé)崮?太陽能耦合系統(tǒng) 對一些已安裝了太陽能的系統(tǒng)進行改造，解決其冬天耗電（或耗油）大的問題，技術(shù)關(guān)鍵是太陽能集熱器與土壤換熱器合理耦合的問題，如太陽

11、能的被動利用與淺層地?zé)崮艿闹鲃永玫钠ヅ浜椭悄芸刂啤?我們已獲得實用新型專利“太陽能-地源熱泵空調(diào)熱水設(shè)備”（專利號ZL200320101152.8）,三、不同建筑類型冷熱需求情況分析,,已完成的廣東工業(yè)大學(xué)龍洞校區(qū)學(xué)生公寓地源熱泵-太陽能-冷卻塔耦合的熱水示范工程（改造原有的太陽能+燃油鍋爐系統(tǒng)）,,（3）對于夏熱冬暖地區(qū)，一般供冷負(fù)荷大于采暖負(fù)荷50%以上。 冬季采暖時熱泵的低溫?zé)嵩礊橥寥罒嵩?，土壤換

12、熱器按冬季采暖負(fù)荷匹配。 夏季制冷通過土壤換熱器與冷卻塔散熱，可減少土壤換熱器的埋管長度，減少土壤換熱器的投資和埋管所需占用的土地面積。 需要解決建筑冷熱負(fù)荷與土壤換熱的平衡問題，對土壤換熱器與冷卻塔進行合理匹配。,三、不同建筑類型冷熱需求情況分析,四、地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計,產(chǎn)品系列,注意三個現(xiàn)象：,不該用的地方在用；不懂技術(shù)的人在安裝；不懂運行的人在運行。,,五、廣西大學(xué)--技術(shù)特點與優(yōu)勢,項目關(guān)鍵技術(shù)：適合亞

13、熱帶資源條件的土壤換熱器設(shè)計以及系統(tǒng)的科學(xué)集成。,自主創(chuàng)新技術(shù)：富水土壤垂直淺埋管換熱器設(shè)計技術(shù)多種可再生能源能源互補利用的系統(tǒng)優(yōu)化匹配技術(shù)冷熱聯(lián)供熱量多級分流技術(shù)系統(tǒng)自動控制技術(shù),技術(shù)成果水平,2005年3月，廣西大學(xué)完成的“亞熱帶及溫帶地區(qū)地源熱泵供熱制冷節(jié)能系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)”科技項目通過了廣西科技廳組織的技術(shù)鑒定。（成果登記號200568003）,,,專家的鑒定意見為：項目針對亞熱帶及溫帶地區(qū)在利用淺層埋管技術(shù)、優(yōu)化埋地?fù)Q熱器

14、及系統(tǒng)節(jié)能方面達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。,產(chǎn)品質(zhì)量檢測單位經(jīng)國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心現(xiàn)場檢測，機組制熱水工況的能效系數(shù)COP達(dá)4.5，系統(tǒng)的能效系數(shù)COP達(dá)4.0，換熱量大于60w/m。,,知識產(chǎn)權(quán)情況,課題組已申請地源熱泵相關(guān)設(shè)備發(fā)明專利1項，實用新型專利2項，發(fā)明專利“多功能地源熱泵烘干設(shè)備”已通過初審（申請?zhí)枺?00510032803.6）。,“太陽能-地源熱泵空調(diào)熱水設(shè)備”（專利號：ZL200320101152.8）和“多用途節(jié)能型

15、熱泵孵化機” （專利號：L03246721.4），已經(jīng)獲得國家實用新型專利。,,自主開發(fā)技術(shù)之一：富水土壤垂直淺埋管換熱器設(shè)計技術(shù),根據(jù)南方地區(qū)土壤地下水位高、含水量豐富、液相對流傳熱起重要作用的特性，提出富水土壤換熱器的設(shè)計理論和方法，實施垂直U型管的淺埋技術(shù)方案。使土壤換熱器投資比干性土壤減少30%以上。,如南寧市三中的地源熱泵系統(tǒng)，在埋管深度＜32米時，獲得＞66w/m的換熱量，地源熱泵機組制熱水工況的性能系數(shù)＞4.5，制熱水與電

16、鍋爐比節(jié)能70%以上。,,,地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計軟件,采用淺層地?zé)崮?太陽能耦合的冷熱聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計軟件，包括土壤換熱器、冷卻塔、太陽能集熱器的換熱量計算；系統(tǒng)匹配；系統(tǒng)自動控制設(shè)計；復(fù)合型系統(tǒng)的經(jīng)濟性評價等模塊。,,,,自主開發(fā)技術(shù)之二：,南方氣候一年中約有一半以上天數(shù)的環(huán)境溫度高于20℃，冬季又有一半以上天數(shù)的環(huán)境溫度高于12℃。,充分利用南方暖氣候優(yōu)勢，實現(xiàn)土壤源、空氣源、太陽能多種可再生能源間歇或互補利用的系統(tǒng)優(yōu)化匹配，避免了由于過度

17、取熱，出現(xiàn)系統(tǒng)效率下降的問題。,多種可再生能源能源互補利用的系統(tǒng)優(yōu)化匹配技術(shù),,,自主開發(fā)技術(shù)之三：冷熱聯(lián)供熱量多級分流技術(shù),冷熱聯(lián)供工況實現(xiàn)熱量多級分流技術(shù)。將制冷產(chǎn)生的熱量用于制熱水、向土壤和冷卻塔散熱，空調(diào)工況制熱水不耗能，大大提高了能源利用率，并減少了制冷所需的埋地盤管長度，降低了系統(tǒng)的初期投資。,,,,實現(xiàn)系統(tǒng)運行參數(shù)實時數(shù)字顯示，配置遠(yuǎn)程控制接口，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。,自主開發(fā)技術(shù)之四：系統(tǒng)自動控制技術(shù),,,,自主開發(fā)技術(shù)之五：

18、一機多用，投資運行成本低,,,一套系統(tǒng)實現(xiàn)供冷、采暖和供熱水多重功效。系統(tǒng)投資在2-4年內(nèi)從節(jié)省的能源開支中回收，以后便進入低成本運行狀態(tài)，用戶滿意認(rèn)可。,,,,,,,六、經(jīng)濟效益(5000人學(xué)生公寓),同時，可提供3600平方米的空調(diào)冷量，節(jié)約空調(diào)運行費用 9.68（萬元），節(jié)省空調(diào)設(shè)備投資 80多萬元。,,,廣西大學(xué)行健文理學(xué)院學(xué)生公寓熱水-食堂空調(diào)地源熱泵系統(tǒng)綜合能效比達(dá)1:7以上,,,,,安裝地源熱泵空調(diào)的學(xué)生餐廳,,,建設(shè)

19、部工程質(zhì)量司尚副司長、廣西建設(shè)廳何總工考察行健文理學(xué)院學(xué)生公寓熱水-食堂空調(diào)地源熱泵系統(tǒng),,,,,六、經(jīng)濟效益（377戶住宅）,六、經(jīng)濟效益（典型工程）,課題組采用自有技術(shù)，目前已成功實施了多項與冷卻塔聯(lián)合運行的混合式地源熱泵、風(fēng)源熱泵工程：,,,,,,,安裝地源熱泵空調(diào)的節(jié)能建筑情況,七、國外應(yīng)用,系統(tǒng)能效比：夏天EER5.4，節(jié)能28%； 冬天COP5.7，節(jié)能37%,,,,,,,八、意大利的建筑節(jié)能策略,歐盟制

20、定了能效標(biāo)識，意大利政府要求，2008年以前1000m2以上的建筑要有能效標(biāo)識；2010年所有建筑都要有能效標(biāo)識。要求建筑一般達(dá)到C級以上。給建筑發(fā)放白色證書。,歐盟建筑能耗占40%，工業(yè)占17%，運輸占43%；意大利建筑能耗占50%,采用輻射形式供熱（冷），低溫供熱（60 ℃→35 ℃ ），高溫供冷(5℃→10-15 ℃)，節(jié)能30%。,廣西淺層地?zé)崮軕?yīng)用——達(dá)到“十一五” 目標(biāo)的效果,廣西淺層地?zé)崮軕?yīng)用——采用地源熱泵產(chǎn)熱水的