地源热泵供热制冷地源热泵供热制冷节能环保系统节能环保系统

广西大学地源热泵研究所

广西钧富凰地源热泵有限公司

主讲：胡映宁

生活热水 南方气候潮湿、冬季气温变化大（经常在 10℃-20℃ 间变化）、夏季炎热，因此，洗澡用的生活热水成为南方人的生活必须 ；夏季空调制冷 南方夏季炎热，制冷空调已成为城市家庭和办公的基本设施 ；冬季采暖 16℃ 是人体对寒冷忍受程度的一个界限，南方冬季绝大多数地方的气温都会降至 16℃ 以下。

（ 1 ）南方对供热制冷的需求特点

（ 2 ）农业消费需求特点 需要温控的农业大棚、禽舍、鱼池等需求越来越旺。利用地源热泵技术，可以为现代农业提供价廉质优的温控系统

一、意义和必要性

一、意义和必要性 我国采暖和空调的能耗已占建筑总能耗的 55 ％，炎夏季节多数电网高峰负荷约有 1／ 3用于空调制冷，使许多地区用电高度紧张，拉闸限电频繁。 2004 年广西建筑能耗已经超过全社会总能耗的 20% 。 我国新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗要减少 50% 。

我国建筑能耗

33%夏季空调

45%其他建筑能耗

55%空调、采暖

一、意义和必要性 建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见（建科 [2006]231 号）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既有建筑总面积的 15% ，小城市要完成 10% ；太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达 25% 以上”

美国每年安装约 4 万套地源热泵系统 , 意味着降低温室气体 ( 如 CO2 等 ) 排放 100 万吨，相当于减少 50 万辆汽车的污染物排放或种植 404686 公顷 (100 万英亩 ) 树的效果，年节约能源费用可达 42 亿美元。 　　　　

地球表面吸收了太阳能的47％，相当于人类一年所需能量的 500 多倍

地球深处热流或较深层的地热能对地表浅层也起到了加热作用

我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量达 1.5 万亿千瓦，是我国目前发电装机容量４亿千瓦的 3750 倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有２亿千瓦。因此，许多专家将浅层地能比喻为一个巨大的“绿色聚宝盆”。

水泵的作用是把水从低处往高处送，热泵就是热传导的“水泵”。把低温的热源提升，提供生活用能。用１千瓦的电驱动热泵后，可以“搬运” 4 千瓦的浅层地能。 　　　　

地源热泵——冬天代替锅炉从土壤地源热泵——冬天代替锅炉从土壤中取热，向建筑物供暖，夏天代替普中取热，向建筑物供暖，夏天代替普通空调向土壤排热，给建筑物制冷。通空调向土壤排热，给建筑物制冷。

称为二十一世纪的 “绿色空调技术”

地源热泵——是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。

属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。

可见，地源热泵技术——

二、地源热泵系统的一般形式二、地源热泵系统的一般形式

地源热泵系统的特点及优势地源热泵系统的特点及优势 1 、可再生能源利用形式 地表浅层收集了 47%的太阳能量，它利用地表浅层的可再生能源，符合可持续发展的战略要求。

2 、高效节能 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% ～ 60% 运行费用；制冷时要比普通空调节能 30% 左右。

3、美观

传统空调系统的换热器置于室外，破坏建筑的外观；而地源热泵把换热器埋于地下，保持建筑物外观的完美。

地源热泵系统的特点及优势地源热泵系统的特点及优势 4 、保护环境 设备的运行没有燃油、燃煤污染。不抽取地下水，没有地下水位下降、地面沉降和开凿回灌井等问题，是真正的绿色环保能源利用方式。

5 、多功能、系统控制和管理方便 — 套地源热泵系统可以替换原有的供热锅炉、制冷空调和生活热水加热的三套装置或系统。

6 、寿命长 普通空调寿命一般在 15 年左右，而地源热泵的地下换热器由于采用高强度惰性材料，埋地寿命至少 50 年。

建设部启动《可再生能源行动计划》。主要是：太阳能屋顶计划和浅层地热能利用计划。

2006 年是开展示范的第一年，第一批下达的 25 个项目资金共 10368 万元，占首批可再生能源建筑应用示范项目补贴预算的 50% 。

这是一个显著的政策信号，政府投入带动若干倍的社会资金，从而强力拉动新能源在建筑领域的应用，推动国家节能、环保战略目标的尽早实现。

（ 1 ）地表 ( 下 ) 水源方式

我国实施地源热泵工程主要有两大类

利用河水、湖水、地下水为冷源或热源，换热效率高 , 初期投资成本较低。

广西河流数量多，大多数城市（镇）临江而建。地下水也相当丰富，全区有 600 多条地下河。

土壤换热器以垂直埋管居多。广西雨水充足，绝大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，土壤的水对流传热起重要作用，为土壤换热式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件。一般土壤换热井 20-30米，换热效果就很明显。 10口土壤换热井就可获得约 20 千瓦的热量（或冷量）。

而北方干性土壤垂直埋管深度一般要超过 60 米，而换热量则一般小于 50W/m

我国实施地源热泵工程主要有两大类（ 2 ）土壤换热器的闭式系统

夏季采用供冷的冷凝热制热水，制热水不耗电能，实现冷热联供，能效比 1 ： 7 ；

冬季制热水时热泵的低温热源为土壤源。

三、不同建筑类型冷热需求情况分析三、不同建筑类型冷热需求情况分析（ 1 ）对需同时供冷和供热水的酒店、或以供热水为主的学生公寓（民用住宅）和短时供冷的食堂（餐厅）

（ 2 ）浅层地热能 + 太阳能耦合系统 对一些已安装了太阳能的系统进行改造，解决其冬天耗电（或耗油）大的问题，技术关键是太阳能集热器与土壤换热器合理耦合的问题，如太阳能的被动利用与浅层地热能的主动利用的匹配和智能控制。

我们已获得实用新型专利“太阳能 -地源热泵空调热水设备”

（专利号 ZL200320101152.8 ）

三、不同建筑类型冷热需求情况分析三、不同建筑类型冷热需求情况分析

已完成的广东工业大学龙洞校区学生公寓地源热泵 - 太阳能 - 冷却塔耦合的热水示范工程

（改造原有的太阳能+燃油锅炉系统）

（ 3）对于夏热冬暖地区，一般供冷负荷大于采暖负荷 50% 以上。

冬季采暖时热泵的低温热源为土壤热源，土壤换热器按冬季采暖负荷匹配。

夏季制冷通过土壤换热器与冷却塔散热，可减少土壤换热器的埋管长度，减少土壤换热器的投资和埋管所需占用的土地面积。

需要解决建筑冷热负荷与土壤换热的平衡问题，对土壤换热器与冷却塔进行合理匹配。

三、不同建筑类型冷热需求情况分析三、不同建筑类型冷热需求情况分析

系统验收

太阳能集热蒸发器设计

热泵设计

自动控制设计

用户冷热负荷

地层结构

理论模型

实验模型

设备制造

系统集成安装

试营运

土壤换热器设计

技术路线流程图

四、地源热泵系统设计

产品系列

宾馆医院

小区家庭用户

学校部队

农业大棚养殖

地源热泵

空调 -热水设备

GXDKYRB30-A

地源热泵

热水设备GXDKYRB15-A

地源热泵 -太阳能

空调 -热水设备GXDKYRB3-A

地源热泵

温控设备GXDKYRB20-A

8 万大卡制冷（热）为一标准台套

注意三个现象：

不该用的地方在用；不懂技术的人在安装；不懂运行的人在运行。

五、广西大学 -- 技术特点与优势项目关键技术：适合亚热带资源条件的土壤换热器设计以及系统的科学集成。

自主创新技术：富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术冷热联供热量多级分流技术系统自动控制技术

技术成果水平2005 年 3 月，广西大学完成的“亚热带及温带地区地源热泵供热制冷节能系统技术研发”科技项目通过了广西科技厅组织的技术鉴定。（成果登记号 200568003 ） 专家的鉴定意见为：项目针对亚热带及温带地区在利用浅层埋管技术、优化埋地换热器及系统节能方面达到国内领先水平。 产品质量检测单位经国家空调设备质量监督检验中心现场检测，机组制热水工况的能效系数 COP达4.5 ，系统的能效系数 COP达 4.0 ，换热量大于 60w/m。

知识产权情况 课题组已申请地源热泵相关设备发明专利 1 项，实用新型专利 2 项，发明专利“多功能地源热泵烘干设备”已通过初审（申请号： 200510032803.6 ）。

“ 太阳能 - 地源热泵空调热水设备”（专利号： ZL200320101152.8 ）和“多用途节能型热泵孵化机” （专利号： L03246721.4 ），已经获得国家实用新型专利。

自主开发技术之一：富水土壤垂直浅埋管换热器设计技术 根据南方地区土壤地下水位高、含水量丰富、液相对流传热起重要作用的特性，提出富水土壤换热器的设计理论和方法，实施垂直U型管的浅埋技术方案。使土壤换热器投资比干性土壤减少 30% 以上。

如南宁市三中的地源热泵系统，在埋管深度＜ 32 米时，获得＞ 66w/m 的换热量，地源热泵机组制热水工况的性能系数＞ 4.5，制热水与电锅炉比节能 70% 以上。

地源热泵系统设计软件 采用浅层地热能采用浅层地热能 -- 太阳能耦合的冷热联供太阳能耦合的冷热联供系统设计软件系统设计软件，包括土壤换热器、冷却塔、太，包括土壤换热器、冷却塔、太阳能集热器的换热量计算；系统匹配；系统自阳能集热器的换热量计算；系统匹配；系统自动控制设计；复合型系统的经济性评价等模块动控制设计；复合型系统的经济性评价等模块。。

自主开发技术之二：

南方气候一年中约有一半以上天数的环境温度高于 20℃，冬季又有一半以上天数的环境温度高于 12℃ 。

充分利用南方暖气候优势，实现土壤源、空气源、太阳能多种可再生能源间歇或互补利用的系统优化匹配，避免了由于过度取热，出现系统效率下降的问题。

环境温度(¡æ )

(COP)

能效

比

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

8 12 16 20 24 28 32

空气源地源

多种可再生能源能源互补利用的系统优化匹配技术

自主开发技术之三：冷热联供热量多级分流技术

冷热联供工况实现热量多级分流技术。将制冷产生的热量用于制热水、向土壤和冷却塔散热，空调工况制热水不耗能，大大提高了能源利用率，并减少了制冷所需的埋地盘管长度，降低了系统的初期投资。

实现系统运行参数实时数字显示，配置远程控制接口，可实现远程控制。

自主开发技术之四：系统自动控制技术

自主开发技术之五：一机多用，投资运行成本低

一套系统实现供冷、采暖和供热水多重功效。系统投资在 2-4 年内从节省的能源开支中回收，以后便进入低成本运行状态，用户满意认可。

方案 每年运行费用（万元）

平均每人每天热水费用

（元）

采用地源热泵制热水每年节约费用比较

①燃油锅炉 118.1 0.76方案⑤比方案①节约 82.2 万元 ;比方案②节约 102.6 万元 ;比方案③节约 20.8 万元 ;比方案④节约 33.3万元。 方案⑤比方案①节约 69.6%;比方案②节约 74.1%;比方案③节约 36.7%;比方案④节约 48.1% 。

②电热锅炉 138.5 0.89

③ 空 气 源 热泵 56.7 0.36

④ 太阳能 +电热锅炉 69.2 0.44

⑤地源热泵 35.9 0.23

六、经济效益 (5000 人学生公寓 )

同时，可提供 3600平方米的空调冷量，节约空调运行费用 9.68 （万元），节省空调设备投资 80 多万元。

广西大学行健文理学院学生公寓热水 -食堂空调地源热泵系统

综合能效比达 1:7以上

安装地源热泵空调的学生餐厅

建设部工程质量司尚副司长、广西建设厅何总工考察行健文理学院学生公寓热水 -食堂空调地源热泵系统

方案 每年运行费用（万元）

平均每户每年热水

费用（元）

平均每户每天热水费用

（元）

采用地源热泵制热水每年节约费用比较

① 电 热 锅炉 59.3 1584 4.4

方案⑤比方案①节约 51.6 万元 ;比方案②节约 46.9万元 ;比方案③节约 17万元 ;比方案④节约 16.6 万元。 方案⑤比方案①节约 87%;比方案②节约 85.9%;比方案③节约 68.3%;比方案④节约 68.3% 。

② 燃 油 锅炉 54.6 1440 4.0

③太阳能 +电热锅炉 24.7 655 1.8

④ 空 气 源热泵 24.3 644 1.8

⑤ 地 源 热泵 7.7 204 0.56

六、经济效益（ 377 户住宅）

序号 系统名称 规模 使用效果1 南宁三中学生公寓地源热泵

生活热水系统364 个房间，2600 人住宿

热泵功率 54kw，电锅炉需功率 800kw以上，，比电锅炉节能 70% 以上，最低能效比 3.618 ，每年节电 30 多万元。

2 南宁国际大酒店包厢空调和中央热水系统

450 个房间，2300m2 空调

原燃油锅炉制热水成本为每吨 33元，现约为 6 元（每吨热水 6.8 度电），每年节约空调、热水费用 120 万元以上

3 南 宁 市翔云大酒店中央空调 - 热水工程

200 套房（三星级）

与原燃油锅炉比，每年节约热水、空调费用 30 多万元，当年收回投资费用。

4 广西大学研究生公寓地源热泵热水系统

96 个房间，住宿 198 人

整栋楼的热泵功率仅为 5.4kw，每吨热水电费 5-6 元。

5 广西大学行健学院 13栋地源热泵热水系统

256 个房间，住宿 1024 人

人均每天耗电费 0.23元。

6 广西职业技术学院学生公寓热水 - 餐厅空调地源热泵系统

7000 人住宿，700m2 空调

与电锅炉比，每年节省 100 多万元；与燃油锅炉比，每年节省 50 多万元。

六、经济效益（典型工程）课题组采用自有技术，目前已成功实施了多项与冷却塔联合运行的混合式地源热泵、风源热泵工程：

安装地源热泵空调的节能建筑情况七、国外应用

建筑面积 2200m2 土壤井 16口建筑空间 8000m3 平均井深 95m

楼层数 4层 总钻深 1600m

制冷功率 84kw38w/m2

埋管形式 双 U型管

制热功率 93kw42w/m2

井间距 7m

系统能效比：夏天 EER5.4 ，节能 28%；

冬天 COP5.7，节能 37%

八、意大利的建筑节能策略

欧盟制定了能效标识，意大利政府要求， 2008 年以前 1000m2 以上的建筑要有能效标识； 2010 年所有建筑都要有能效标识。要求建筑一般达到 C级以上。给建筑发放白色证书。

欧盟建筑能耗占 40% ，工业占 17% ，运输占 43% ；

意大利建筑能耗占 50%

　　采用辐射形式供热（冷），低温供热（ 60 ℃→35 ℃ ），高温供冷 (5℃→10-15 ℃) ，节能 30% 。

每年建筑面积 2000万平方米浅层地热能应用面积 300万平方米（按 15%计算）

普通空调每天耗电 80万千瓦小时 地源热泵空调 /热水工程产值

6亿元

增量投资 (20%) 1.2亿元 年节约标准煤 336000吨地源热泵全年节省能耗费用 ( 平均节能 40% ， 0.6 元 /度 )

5760万元 年 减 少 CO2 排量

873600吨

增量投入产出比 48% 年 减 少 SO2 排量

8064吨

广西浅层地热能应用——达到“十一五” 目标的效果

广西浅层地热能应用——采用地源热泵产热水的效果

保证一年四季有充足的生活热水，与电加热相比，节电 70% 以上，大概 1 万人每年就可节约 300 万度电 ,按广西的平均民用电价，可节约 200 万元左右。一次性投入，收益几十年 !

因此，因地制宜、有序开发广西的浅层地热能（或与太阳能耦合），是解决建筑制冷采暖空调、热水供应、温控农业用能的经济途径，对替代常规商品能源，改善能源结构，保障能源安全，建设资源节约型、环境友好型社会以及实现可持续发展具有重要战略意义。

谢谢！