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地源热泵应用与发展
地源热泵在国内的发展及应用
来源:中地大热能 2019-12-09
        1、我国地源热泵发展历史
         地源热泵技术自引进中国,从2004年开始得以迅速发展,年增长率超过30%,应用技术类型包括:地下水源热泵、地埋管地源热泵、地表水地源热泵(污水源、江、河、湖、海水源等),用来解决建筑供暖、供冷和生活热水需求。
       根据住房城乡建设部于2017年发布的《关于2016年建筑节能与绿色建筑工作进展专项检查情况的通报》,截止2016年底,浅层地温能应用建筑达到4.78亿平方米。根据住房城乡建设部于2017年发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》,在深入推进可再生能源建筑应用中提到:实施可再生能源清洁供暖工程,利用太阳能、空气热能、地热能等解决建筑供暖需求。在末端用能负荷满足要求的情况下,因地制宜建设区域可再生能源站。提高浅层地热能建筑应用水平,因地制宜推广使用各类热泵系统,满足建筑供暖制冷及生活热水需求。提高浅层地能设计和运营水平,充分考虑应用资源条件和浅层地能应用的冬夏平衡,合理匹配机组。鼓励以能源托管或合同能源管理等方式管理运营能源站,提高运行效率。全国城镇新增浅层地热能建筑应用面积2亿平方米以上。总之而言。地源热泵在我国的发展可以分为四个阶段:
        (1)起步阶段(20世纪80年代~21世纪初)
       从1978年开始,中国制冷学会第二专业委员会连续主办全国余热制冷与热泵学术会议。自20世纪90年代起,中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会第五专业委员会主办的全国暖通空调制冷学术年会上专门增设了有关热泵的专项研讨,地源热泵概念逐渐出现在我国科研工作者的视野里并得到逐步重视。2002年又于北京组织召开了世界第七次热泵大会。可以看出,我国对热泵技术的研究起步较早。
       这个阶段,地源热泵概念开始在暖通空调技术界人士中扩散,相关的设计人员、施工人员、集成商、产品生产商等也逐渐被这个概念说吸引,但整体看来,这一时期地源热泵技术还没有被市场所接受,专业技术人员对该技术普遍不了解,相关地源热泵机组和关键配件不齐全、不完善,造成这一阶段地源热泵系统发展规模不大,进展速度不快,所以将这个阶段称为我国地源热泵的起步阶段。
        (2)推广阶段(21世纪初~2004年)
       进入21世纪后,地源热泵在中国的应用越来越广泛,截止2004年底,我国制造水源热泵机组的厂家和系统集成商有80余家,地源热泵系统在我国各个地区均有应用。
       这个阶段相关科学研究也极其活跃。2000~2003年,年平均专利71项,为1989~1999年平均专利的5倍,有关热泵的文献数量剧增,相关高校的硕士、博士论文也不断增多,屡创新高。2001年,由中国建筑科学研究院翻译的《地源热泵工程技术指南》为我国广大地源热泵工作者普及了相关工程技术的概念和标准化做法,为我国地源热泵从业相关技术人员提供了参考。
       这个阶段,地源热泵发展逐渐升温,但由于缺乏统一的系统培训,技术实施人员的技术水平参差不齐,某些项目出现的问题引起了人们对此技术的担忧,而且房地产开发商更注重降低建设成本,而不注重新技术和建筑室内环境质量与科技理念,部分地源热泵企业在市场拓展方面遇到困难,艰难地生存。
        (3)快速增长阶段(2005~2013年)
       2005年后,随着我国对可再生能源应用与节能减排工作的不断加强,《可再生能源法》《节约能源法》《可再生能源中长期发展规划》《民用建筑节能管理条例》等法律法规的相继颁布和修订,外加财政部、原建设部两部委《建设部、财政部关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》的逐步实施,更是奠定了地源热泵在我国建筑节能与可再生能源利用中的突出地位,各省市陆续出台相关的地方政策,设备厂家不断增多,集成商规模不断扩大,新专利新技术不断涌现,从业人员不断增多,有影响力的大型工程不断出现,地源热泵系统应用进入了爆发式的快速发展阶段。
       据不完全统计,截止2012年底,我国以地源热泵相关设备产品制造、工程设计与施工、系统集成与调试管理维护的相关企业已经达到了4000余家,总面积达24000万平方米。到2013年底,我国地源热泵应用总面积达到40000万平方米,2013年增加面积达到16000万平方米,年度增加面积为之前累计应用总面积的67%。项目比较集中的地区有北京、天津、河北、辽宁、山东、河南、江苏、重庆和广西,78%的项目集中在我国华北和东北南部地区。
         (4)平稳发展阶段(2014年至今)
       2014年,随着地源热泵技术的不断成熟,部分省市的示范补贴逐步取消,地源热泵应用推广的上升动力减弱。随着越来越多的地源热泵投入运行,过程中出现未能百分之百进行地下水回灌、水资源费及电费过高导致运行费用偏高、设计负荷过大导致运行能力偏大的问题,尤其是随着各地对地下水资源的重视程度越来越高,管理越来越严格,要取得地下水、江海湖泊的取水资格越来越困难,部分地区明文规定,不得使用地下水资源。地下水源热泵的应用受到较大影响,整体地源热泵的应用增长速度出现下降,应用规模放缓,预示进入理性发展阶段。
         2、我国目前地源热泵应用规模
       根据自然资源部中国地质调查局等4单位2018年8月公开发布的《中国地热能发展报告(2018)白皮书》,截止2017年年底,我国地源热泵装机容量达2万MW,位居世界第一,年利用浅层地热能折合1900万t标准煤,实现供暖制冷面积超过5亿平方米,京津冀开发利用规模最大。
         3、发展特点
       综合地源热泵在我国应用的现状,当前我国地源热泵发展特点为:
         (1)应用建筑类型多样,公共建筑居多
       通过地源热泵系统在建筑中的使用情况来看,住宅建筑和公共建筑都有涉及。其中住宅项目包括经济适用房、商品房小区、高档公寓、别墅与农村建筑;公共建筑中涉及政府办公建筑、商务办公写字楼、商业购物商场、宾馆酒店、会展中心、医院、休闲健身娱乐度假场所、学校建筑(图书馆、宿舍)、科研基地与实验室、培训及宣传基地、体育场馆、博物馆等;还有部分工业建筑也使用的此系统,包括产品生产基地与装备制造基地等。根据现有总结资料看出,几乎所有类型的建筑都可以采用地源热泵系统进行冷热供应。由于地埋管地源热泵应用比例较高,公共建筑项目中进行吸排热平衡调节更加便捷,因此,公共建筑中应用地源热泵的比例高于其他类型建筑。
        (2)系统类型多样,项目规模化发展
       我国土壤、地下水、地表水(江河湖海、污水)、工业冷却水等均有应用于热泵系统供热供冷项目,说明我国关于地源热泵的概念普及的比较广泛,应用比较多元化。地源热泵系统形式的选择与当地可再生能源的资源类型、赋存情况和末端建筑的需求紧密相关,复合式地源热泵系统扩大了地源热泵系统对末端需求的适宜性,提高了地源热泵系统的供能安全性,得到了更为广泛的选用。与此同时,今年来地源热泵项目呈现规模化发展,有多项国家级、省市级重点项目规模化应用。北京城市副中心以浅层地热能为主,将实现供暖制冷面积300万平方米;重庆江北城江水源热泵项目,规模达400万平方米;中石化江汉油田燃煤替代项目,规模达570万平方米;南京江北新区地源热泵项目,规模将达1600万平方米。雄安新区起步区规划通过“地热+”的供能模式实现供暖制冷面积1亿平方米。
         (3)中深层地埋管热泵研究与应用活跃
       中深层地埋管热泵是一种新的地热能利用技术,由于岩土具有向下温度逐步升高分布的特点,该技术适合单取热,用于建筑供暖,近年来在我国已经有多个项目示范应用,主要采用同轴套管式换热器或者U型管式换热器,其技术路径也在不断完善中,是我国当前地源热泵研究的一个热点。
        (4)技术及产品细致化发展
       随着建筑节能工作的不断深入和清洁供暖工作的全面开展,推动了地源热泵市场需求的变化,地源热泵产品及系统应用呈现出差异化、细致化发展。针对我国特有的大规模地源热泵项目,高效机组研发、水力输配系统节能、控制策略优化以及大规模系统土壤热承载力的研究都是行业的关注热点。对于清洁能源供暖中用到的小型地源热泵供热系统,则从符合用户使用习惯、增加系统的调节能力、便于实施行为节能和改善住户热环境等多个方面着手。在经过爆发式增长后的市场平稳发展阶段,细致化高质量发展成为地源热泵技术应用的新特点。


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