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美国土-气型地源热泵技术在中国推广
 
慧聪网   2006年5月12日13时54分   信息来源:中国泵阀网    

    摘要:2006年以来,美国能源部等国际上一批机构表示愿意继续帮助和支持中国推广这种具有明显节能、环保效果的新的地源热泵技术。中国科技部、国家经贸委、国家计委等机构和一些地方政府也表示将继续支持推广工作。人员培训和技术交流活动正日益增多。北京市计科能源新技术开发公司成立了专门从事地源热泵推广工作的热泵事业部,并派员赴美国进行了长时间的系统培训,成为国际地热泵协会会员和取得了该会注册工程师资格;同美国地热泵生产商、工程商和设计、技术开发、培训部门建立了广泛的联系和合作关系。合资生产土--气型地源热泵机组的准备工作正在紧张进行,预计今年年底第一家合资生产厂将投入生产。这一切都预示,大规模推广土--气型地源热泵技术的形势将在几年内形成。
 
    关键词:土-气型地源热泵技术 地源热泵

    1 地源热泵技术的特点

    1.1 地源热泵技术又称地热泵技术,是一种利用浅层常温土壤中的能量作为能源的先进的高效节能、无污染、低运行成本的既可供暖又可制冷的新型空调技术。地热泵技术是利用地下常温土壤或地下水温度相对稳定的特性,通过深埋于建筑物周围的管路系统或地下水与建物内部完成热交换的装置。它完全不需要任何的人工热源,彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤中取热,向建筑物供暖;夏季它代替普通空调向土壤排热给建筑物制冷。同时,它还能供应生活热水,被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。  
    1.2 目前国际上有两种地源热泵技术路线:土--气型地源热泵技术和水--水型地源热泵技术  

    土--气型地源热泵技术以美国的技术为代表,水--水地源热泵技术以北欧的技术为代表。二者的差别是:前者从浅层土壤或地下水中取热或向其排热,通过分散布置于各个房间的地源热泵机组直接转换成热风或冷风为房间供暖或制冷。后者是从地下水中取热或向其排热,经过热泵机组转换成热水或冷水,然后再经过布置在各个房间的风机盘管转换成热风或冷风给房间供暖或制冷。由于美国的土--气型地源热泵技术,可以不用地下水,采用埋设垂直管、水平管或向地表水抛设管路等多种方式,直接从浅层土壤取效或向其排热,不受地下水开采的限制,推广的范围更大、更灵活。另外由于美国技术减少了地热转换成热水和冷水的过程其热损失减少,能源效率更高,供暖、制冷运行费用更低。

    1.3 地热泵技术具有明显减排温室气体和应用地区广泛等特点  

    由于地热泵供暖时70%以上的能源来源于土壤中的能量,30%以下的能源来源于电能,所以用它替代冬季采暖锅炉,至少可减排温室气体70%以上。如能大面积推广,可明显减排温室气体。另外,土--气型地热泵技术所利用的能源是常温土壤中的能量,并不需要特殊的地热田或地下热水。它只要有足够进行热交换的浅层土壤(-3.5℃以上的土壤或地下水)就可满足地热泵所要求的技术条件。中国城市中约有30-50%的建筑物具备此条件,可以使用地热泵。从气候区上看,从寒冷的黑龙江到炎热的海南岛都可使用。世界上绝大多数国家也具备应用地热泵技术的条件。同时它不消耗也不污染地下水。在利用地下水时,地热泵只向水中排热或吸热,并不用水,所抽取的地下水要全部回灌地下。

    1.4 地热泵利用的是可再生能源,永无枯竭  

    地热泵从浅层常温土壤中取热或向其排热,浅层土壤之热能来源于太阳能,它永无枯竭,是一种可再生能源。所以,当使用地热泵时,其土壤热源可自行补充,持续使用,不存在资源枯竭问题。

    1.5 高效节能,运行费用低  

    在供暖时,地热泵技术可将土壤中的能“搬运”至室内,其能量70%以上来自土壤,制热系数高达3.5-4.5,而锅炉仅为0.7-0. 9,可比锅炉节省70%以上的能源和40%一60%运行费用;制冷时要比普通空调节能40%-50%,运行费用降低40%以上。高节能、低运行费用,为商业推广创造了条件。

    1.6 地热泵在欧、美是一种非常成熟的已完全商业化了的技术  在美国、加拿大和北欧国家和地区,地热泵技术已得到广泛地应用,推广速度以每年15%的速度递增,形成了从制造商、工程商到培训机构、技术开发机构、专业管理机构等一整套完整的产业体系。国际地热泵协会(IGSHPA)、美国地热泵协会(GHPC)已建立,他们己完全实现了商业化。

    1.7 地热泵技术可实现分户计量、可分期投资,不设室外机  

    由于美国的土--气型地源热泵是分散布置在各户或各室的,它和普通家用空调一样,实行单独电费计量,克服了锅炉采暖和中央空调制冷时的分户计量难题。正由于它是分散安装的,可分期分批投资,解决了中央空调机组必须一次投资到位的要求,从而降低了融资成本。地源热泵空调,没有室外机和冷却塔,建筑物立面更清洁、更美观。

    2 中领国政府合作在中国推广美国地源热泵技术的工作内容
  
    中美两国政府合作推广美国土--气型地源热泵技术的协议书签署后,两国政府各委托一些专家就合作的具体内容共同起草合作计划。1998年11月,两国专家共同制定的《美国土--气型地源热泵技术在中国合作推广计划书》在美国华盛顿举行的中美两国《能源效率与可再生能源技术发展与利用领域合作议定书》工作小组的工作会议上获得通过。《计划》中规定:推广工作分三个阶段进行。  

    第一阶段:建设示范工程。计划在中国北方寒冷气候区、中国中部长江流域温带气候区、中国南方亚热带气候区,各建设一座美国土--气型地源热泵示范工程。建成后除供示范外,还要进行数据采集工作,检验在不同气候条件下,美国土--气型地源热泵的经济和技术效果,为大规模推广提供样板、数据和经验。示范工程建设采取政府支持企业运作的模式进行。  

    土--气型地源热泵技术的核心是如何实现与浅层土壤进行高效的热交换,确保在投资不高于普通中央空调的条件下能长时间地稳定地从土壤中取热或向其排热,实现供暖或制冷。考虑到中国还没有掌握美国的土--气型地源热泵技术,《计划》提出中方在从事新能源开发利用的单位中,分别从三类气候区各选择一家经济和技术实力强的机构,作为美国地源热泵技术的推广单位,同美方推荐的机构一起建设示范工程,确保示范工程成功。  

    第二阶段:合作推广。当示范工程建成后,三个地源热泵推广单位与美国伙伴一起在中国进行推广工作,提高公众的认知率。推广工作有两方面内容。一是在中国的更多地方和在不同规模、不同用途建筑物中建设不同取排热方式的地源热泵系统,己便获得广大用户的认知和认同。二是进行地源热泵基础设计能力建设和开展人员培训技术交流活动,普及土--气型地源热泵知识。同时建立中国地源热泵设计数据库,编制适合中国水文地质条件、建筑规范、供暖制冷标准和建材、设备、劳动力价格的设计软件,提高中国设计部门对美国土--气型地源热泵系统的设计水平。  

    第三阶段:合资生产。当美国先进的土--气型地源热泵技术己为公众认知,市场前景明朗之时,选择几家经济、技术实力雄厚、管理严格并建立了现代企业制度的中国厂家,本着自愿、平等、互利的原则,同美国实力雄厚、技术先进的地热泵生产厂商,经充分酝酿和洽商开展合资生产,降低地源热泵生产成本,逐步提高国产化水平。合资工作将严格按市场方式进行,要注意引进竞争机制,防止不顾质量盲目追求利润,败坏地源热泵技术信誉等恶性竞争现象发生。

    3 迎美国土--气型地源热泵示范班建设情况
   
    经过反复筛选和充分论证,中国科技部和美国能源部选定了北京市计科能源新技术开发公司等三家单位,作为三个地热泵推广单位,分别负责三座土--气型地源热泵技术示范工程的建设和推广工作。在中国科技部的领导和全力支持及美国能源部的大力协助下,三座地热泵示范工程相继于2001年上半年陆续完成,开始试运转。   

    三座美国土--气型地源热泵示范工程情况: 

    3.1 中国北方冬季寒冷气候区地源热泵示范工程     

    项目名称:北京嘉和园国际公寓地源热泵示范项目     

    项目地址:中国北京市朝阳区霄云路32号     

    项目技术推广单位:北京市计科能源新技术开发公司     

    项目房屋开发单位:北京富阳物业发展有限责任公司     

    热泵安装完成时间:2000年12月     

    项目概况:     

   ·建筑类型:高档公寓     

   ·建筑结构:由三座塔式连体建筑组成,分别为30-32层。一层及裙房部分为会所、门厅以及公共活动区,二层为设备转换层,三层以上为办公用房和公寓住宅。地下三层包括设备用房及地下车库。住宅从75m2至365m2共16种户型     

   ·建筑占地:14175平方米     

   ·总建筑面积:88000平方米     

   ·采暖空调面积:70000平方米     

   ·热交换三:1300冷吨     

   ·热泵类型:土--气型地源热泵     

   ·地下热交换形式:地下水式     

   ·地源热泵机组数量:501台     

   ·地热泵机组生产厂家:美国Trane公司     

   ·深水井数量:4口,2抽2灌     

   ·井深:160米     

   ·井管直径:500毫米     

   ·单并涌水量:200吨/小时     

   ·气流组织形式:采用上(侧)送上回或上(侧)送门缝回,减少占用空间面积     

   ·噪音水平:立式机组设在一个小机房内,墙壁贴有吸声材料,门采用隔音门;卧式机组装在吸音吊顶内,四周墙壁贴有吸声材料,机组送、回风管均设有消声静压箱或采用消声管道(玻纤风管),使房间内噪声≤30dB(A) 

    投资及初步运行费用结论: 

地源热泵系统比传统中央空调系统总投资减少1.5%,为38.9万元;年度运行费减少43.6%,为116.l万元;占地费减少50%,为43.75万元。地源热泵系统平均初投资约为360元/平方米。 

    北京地区各种采暖方式运行费用比较: 

    据今年4月报载,经初步测算每采暖季(125天)北京地区每建筑平米的各种采暖运行费用:独立燃气采暖炉30-40元;电缆地板采暖20-25元;电热膜采暖20—34元;天然气集中供热28元;燃煤集中供热16元;北京地热泵示范工程初步测算12.9元。从中可见地热泵供暖运行费用最低。 

    3.2 中国中部夏季闷热、冬季阴冷气候区地热泵示范工程 

    项目名称:宁波雅戈尔工业城地源热泵示范项目 

    项目地址:中国浙江省宁波市 

    项目特点:玉栋建筑制冷取暖并重 

    项目规权:建筑面积92505平方米 

    总冷负荷:2483冷吨 

    系统类型:地下水式土--气地源热泵系统 

    项目预算:2500万元人民币,其中进口设备约134万美元 

    技术推广单位:中华企业集团上海鼎达能源新技术开发有限公司 

    项目进度:分期建设。第一期为38380平方米服装厂房,安装热泵150台,1070冷吨,进口设备价值42万美元,2001年5月安装完毕。第二期正在安装之中。 

    热泵机组生产厂商:美国Tane公司 

    3.3 中国南方亚热带气候区地热泵示范工程 

    项目名称:广州松田职业技术学院地热泵示范项目 

    项目地址:中国广东省广州市增城区 

    建筑类型:教学楼、办公楼 

    项目特点:制冷为主,取暖为辅 

    项目规模:总建筑面积52000平方米,分期建设 

    总冷负荷:2045冷吨 

    系统类型:水平管路加地下水式土--气地源热泵系统 

    项目预算:1474万元,其中进口设备1262558美元 

    技术推广单位:广州信利达热泵科技有限公司 

    美国热泵生产厂家:Florida Heat Pump Environmcntal Equipment公司 

    第一期热泵安装完成时间:2000年10月 

    第一期工程概况: 

    ·房屋类型:教学楼 

    ·建筑面积:6000平方米 

    ·制冷面积:3250平方米 

    ·地热泵数量:48台 

    ·井深:43米 

    ·水量:38吨/小时 

    ·循环水量:113吨/小时 

    ·总造价:243万元 

    ·平均造价:405元/建筑平米 

    运转测试情况(以语音室为例) 

    ·室外气温:32.3℃,晴,有阳光照射 

    ·教室面积:150平方米 

    ·房内人数:53人 

    ·机组配置:5冷吨1台、3冷吨1台,共8冷吨 

    ·测试时段:下午2:30-4:15 

    ·运行情况: 

    开机10分钟,室温30℃ 

    开机20分钟,室温26.5℃ 

    开机30分钟,室温23.6℃,以后保持在23.6℃ 

    ·室内最大温差:正负l℃ 

    ·两台热泵总功率:6.29KW 

    目前,三座美国土一气型地热泵示范工程除北京地热泵示范工程已全部建成外,其他两座只完成第一期工程的建设,后续工程将于明后年全部建成。 

    4 下一步工作 

    三座美国土--气地源热泵示范工程的建成,特别是作为世界上单体建筑物采用地源热泵供暖和制冷的建筑中高度第一,建筑面积第二(仅小于美国肯塔基州路易斯威尔市高特·豪斯饭店),技术最先进的北京土--气型地源热泵示范工程的投入运行,己经在国际和国内引起广泛地关注,国内外参观访问者应接不暇,美国土--气型地源热泵技术的认知度迅速提高。北京市计科能源新技术开发公司等三个美国土--气型地源热泵技术推广单位,相继进入了推广阶段。 

    4.l 全面系统地开展数据采集和经济技术分析工作 

    北京市计科能源新技术开发公司在有关部门的支持下,投入人力和资源,对北京地热泵示范工程开始了数据采集和经济技术分析工作。数据采集将从投资、运转费用、供暖制冷效果、技术参数等方面进行全方位的采集工作。数据采集将持续一年。在取得整个供暖季和制冷季的完整数据的基础上,结合与其他采暖、制冷技术的比较,进行经济技术分析,就初投资、采暖制冷效果、技术稳定性、运行费用节省情况,节能效果等方面给出严格、科学的结论,为在中国大规模推广美国土--气型地源热泵技术和提高、改进设计水平,提供科学依据。 

    4.2 采用市场运作方式进行推广工作,建设新的土--气地源热泵工程 

    目前,中国政府加大了对大气污染的控制与治理力度,北京等一批冬季采暖的大城市陆续通过立法限制冬季燃煤取暖。公众也将改善大气质量作为自己改善生活质量的重要内容而给予积极配合。这就为无污染的地热泵技术提供了巨大的市场需求。同时,随着天然气等价格较贵能源进入采暖消费领域,土--气型地热泵与之相比;运行费用低廉的优势更加明显(每采暖季每平方米采暖费,地热泵可以比天然气采暖降低60%以上)。还有,城市绿地的增加为采用土--气型地热泵技术提供了更多的可利用的土壤条件,这也将导致美国土--气型地源热泵技术的认同迅速扩大。从三个推广单位接到的想采用土--气型地源热泵技术的众多项目看,其地域范围北起黑龙江南到广东,东起上海西到甘肃、青海。新疆,几乎涵盖了中国大部分区域。北京市计科能源新技术开发公司等三个单位正在建设和酝酿、筹划建设的新土一气地源热泵项目,其总冷吨数,将超过三座示范工程的总冷吨数,这标志三座示范工程的示范作用已得到发挥,推广工作正在稳步进行。 

    4.3 国际合用将得到扩大,合资生产美国土--气地源热泵机组有可能提前实现,人员培训、技术交流将广泛展开 

    2006年以来,美国能源部等国际上一批机构表示愿意继续帮助和支持中国推广这种具有明显节能、环保效果的新的地源热泵技术。中国科技部、国家经贸委、国家计委等机构和一些地方政府也表示将继续支持推广工作。人员培训和技术交流活动正日益增多。北京市计科能源新技术开发公司成立了专门从事地源热泵推广工作的热泵事业部,并派员赴美国进行了长时间的系统培训,成为国际地热泵协会会员和取得了该会注册工程师资格;同美国地热泵生产商、工程商和设计、技术开发、培训部门建立了广泛的联系和合作关系。合资生产土--气型地源热泵机组的准备工作正在紧张进行,预计今年年底第一家合资生产厂将投入生产。这一切都预示,大规模推广土--气型地源热泵技术的形势将在几年内形成。

 
 
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