地源热泵系统的两种技术路线

近十年,作为一种清洁、环保、节能的可再生能源技术,地源热泵技术在中国得到很大发展。即使在经济危机来临的日子,地源热泵的安装总量仍保持着每年20%以上的增速。目前,地源热泵系统主要有欧系和美系两种技术路线。
定义与优劣势
从学术上讲,地源热泵是指一种利用少量高位能,实现从低位能向高位能转移的热泵空气调节系统;而通俗意义上,地源热泵是指一种通过浅层土壤(或地下水)进行热交换的,既可供暖又可制冷,并可提供生活用水的,高效、节能、无污染的空气调节系统。通常,地源热泵消耗1kW 的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量;同时,由于以0〜200m的浅层岩土体作为低温热源,并且不排放任何废气、废水、废渣,地源热泵是一种理想的“绿技术”。从能量转换角度来说,地源热泵是利用浅层岩土体作为蓄热体并利用其中的能量,而这些能量主要来源于太阳能和地热能,是一种用之不尽的可再生能源。
地源热泵节能节电,供暖时可节能40%〜60%,制冷时可节电30%〜50%;运行费用低,供暖时可节省50%〜70%的
运行费用,制冷时可节省30%〜50%。但是,
地源热泵的初装费较高,并需要可供热交
换用的土壤、地表水或地下水,推广受到
以上条件的限制。
地源热泵系统分为室内系统和室外系
统两个部分,其中室内系统有分散式和中
央式两类。中央式系统与传统的中央空调
系统的室内部分相同,由主机和末端装置
构成,这种室内系统在中国和欧洲被广泛
采用。分散式系统通常没有主机,热泵系
统同风系统或水系统合二为一,机组小型
化,分布于各个空调分区,每个分区单独
工作,这种系统在北美地区被广泛使用,
2000年后才逐步在中国得到应用。
根据换热方式不同,室外系统可以分
为利用土壤换热的封闭式地源热泵系统和
利用地下水、地表水及人工再生水换热的
开放式地源热泵系统。封闭式地源热泵系
统是指通常所说的埋管式地源热泵系统,
开放式地源热泵系则为通常所说的水源热
泵系统。
技术路线发展史
根据室内和室外系统形式不同,目前
地源热泵有两种技术路线:美系的土-气
(水)型地源热泵技术和欧系的水-水型地
源热泵技术。
欧系地源热泵的历史可追朔至1912年
瑞士的一个专利,之后在20世纪60年代
逐步发展成主要用于采暖的水-水型地源
热泵技术。目前,该技术主要在中北欧国
家(如瑞典、瑞士、奥地利、德国等)使用,
主要用于室内地板辐射供暖及提供生活热
水。
“能源危机”的出现成就了美系地源热
泵技术。20世纪80年代,美国在水-水
型地源热泵技术的基础上,开发出可以不
用地下水的,从浅层常温土壤中取热或向
其排热,并能直接转换成热风或冷风的土-
气型地源热泵系统。该系统既解决了冷暖
两用问题,提高了节能效率,大幅降低了
运行成本,又克服了限制开采地下水的障
碍。此后,土-气型地源热泵系统得到迅
速推广。
对中国来讲,地源热泵技术是舶来品,
无论是美系的封闭式地源热泵系统,还是欧
系的开放式地源热泵系统,都是从国外引进
的,但是两者在引进的方法、途径及推广方
式上有所不同。地源热泵技术由系统应用技
术和产品制造技术构成。美系地源热泵技术
是通过中美两国政府的地源热泵合作项目引
入中国的,经历了从技术引进到技术国产化
的过程。这一过程的重点首先放在系统应用
技术的引进,在市场成熟到一定程度时再引
进产品制造技术,从而完成该技术的国产化
进程。欧系地源热泵技术则是通过国内一些
厂商仿造欧洲地源热泵厂家机组的方式引入
中国的,是一个从机组制造技术引进到机组
国产化的过程,重点在机组仿造上,而不在
系统应用技术。
技术路线的推广
封闭式地源热泵系统利用土壤温度常
年恒定的特点,通过埋设在土壤中的封闭
管道内的水与土壤进行热交换为室内供暖
或制冷,不需使用地下水,对水质、地质
不会产生任何影响,适用性更广泛。
由于封闭式地源热泵系统的换热主要
是通过固态岩土体进行的,换热机理十分
地源热泵系统的
两种技术路线
中国可再生能源学会 李元普 王晔华无论是欧系还是美系地源热泵技术,都已十分成
熟,在中国的推广应用要本着因地制宜的原则,根
据各地的气候、水文地质和经济发展状况以及工程
需要,引进适合的地源热泵技术体系和产品。
复杂,同时岩土体本身的结构与成份也非常复杂,增加了封闭式换热系统的设计难度。完全掌握这类系统的设计方法,并在施工时按相关规定正确完成换热器安装的技术难度很大,这也是目前出现很多失败案例的主要原因。目前,在地质条件恶劣的地区,封闭式地源热泵系统的室外地耦管部分的施工费用偏高,影响了该系统的市场推广速度。
开放式地源热泵系统的室外施工费用相对较低,无需占地,受建筑周围环境影响小,机组换热效率较高。其中,地下水式系统的室外换热系统设计难度低,得到较为广泛的应用。尽管开放式系统使用流体进行换热,系统设计相对简单,但是对地下水的水质及水量都有较高要求,如果水质及水量不能满
足系统要求,将难以达到良好的换热效果。而地下水的水质和水量情况是由地下水本身的资源状况决定的,若在未充分了解资源的情况下盲目使用,会导致水量不够、回灌不利甚至无法回灌等情况发生。另外,开放式系统需要使用地下水资源,如果不能严格按相关规定使用,将会对地下水造成浪费和污染。
如果地源热泵系统只提供单一的制冷或供暖,就可能对岩土体温度的年度平衡产生影响。从静态宏观角度看,在浅层岩土体中,无论是太阳能还是大地热流,都不可能在一个供暖周期内为体积庞大的建筑提供热能。温度的自然恢复是缓慢的,在特定条件下也许是有意义的,但一般情况下远远不能满足大型工程的需要。从动态微观角度看,对某一区域而言,岩土体中的热量是不断转移和变化的。在岩土体中的地下水渗流将加速热的扩散,而且地下水渗流在很大程度上决定了地下温度的恢复速度。相邻换热区域的岩土体,通过渗流和传导机制为换热区域带来或带走大量的热,这也是某些排热与取热非平衡的地源热泵分散项目能够安全运行多年的重要原因。美国能源部资助Stockton大学就地耦管对地温的影响,进行了为期6年的实测,研究结果表明,埋管地区土壤温度变化幅度在0.01℃之内,远远小于太阳能
对地温的影响,地源热泵使用引发的岩土
体热量不平衡问题可以忽略不计。
但是,随着中国地源热泵城市级应用
的高速发展,这种使用风险在日益加大,
尤其是相邻的两个或数个地源热泵系统之
间的热干扰,已经在一些项目中出现并引
起了系统瘫痪的重大事故。地源热泵系统
的关键部件是地下换热器,设计地下换热
器的关键则是年冷热负荷的平衡,必须保
持全年释热量与取热量的基本平衡。地源
热泵系统利用的“热”主要来源于工程上
的补充,而不是简单的自然储存或再生热
能。在设计上不考虑这些因素的系统,迟
早将面临崩溃的危险。尽管这种风险是长
期的和非确定的,但必须引起各方的足够
重视。国土资源管理部门的研究重点也应
从浅层地热能总量评估转到加快管理政策
制定上来。
另外,由于欧系和美系地源热泵系统
源于两个不同的技术流派,系统在机组制
造标准、进/出水温度设定、压缩机和换
热器的选配以及末端装置的形式上存在很
大差异。目前,对室外地埋管系统的设计,
无论是理论,还是设计公式和软件,均来
源于美系地源热泵系统的理论和设计方法。
而这些方法和理论都是基于美系分散式系
地源热泵系统统及其标准进行研发的。在中国,很多推
广项目简单地把欧系中央式机组与按美系
技术计算得来的地耦管系统结合使用,造
成了不少失败案例,出现机组出水结冰、
系统无法连续运行或运行达不到预期节能
效果等情况。究其根本原因,是室内系统、
机组和室外系统采用的不是同一个技术流
派的产品,或者设计标准不一致。
地源热泵的市场前景
欧系和美系地源热泵技术并不是对立
的,而是相互补充的。虽然开放式水-水
型地源热泵技术诞生并发展于西欧和北欧,
封闭式土-气型地源热泵技术流行于美国
等北美国家,但是如今欧洲也在应用封闭
式地源热泵技术,美国也有开放式地源热
泵系统和产品,两种技术路线已相互融合
为一个地源热泵技术整体。而在其他地区,
如中国、澳大利亚、日本等国家,地源热
泵技术都取得了很大发展,并出现了适应
当地实际情况的技术改进。区别只在于,
在欧洲开放式地源热泵系统的应用比例大
于封闭式地源热泵系统,而在美国正好相
反,封闭式地源热泵系统的应用比例大于
开放式热泵系统。
由于中国幅员辽阔,各地气候、经济
发展和生活水平差异较大,中国空调市场
在不同区域呈现不同的发展态势,这对地
源热泵的市场潜力的发挥有较大影响。根
据中国空调市场的特殊情况及相应的气候
特点,可以将中国市场划分为南部市场、
中部市场和北部市场。南部市场包括广东、
福建、广西、贵州、云南和海南,主要为
珠江流域省区;中部市场包括山东、河南、
江苏、安徽、湖北、湖南、重庆、四川、江西、
浙江和上海,主要为长江及淮河流域省区;
北部市场包括北京、天津、河北、山西、
辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古及西北五省,
基本为黄河以北省区。根据这种划分方法,
华南属于南方市场,华中、华东及西南一
部分属于中部市场,华北、西北及东北则
属于北方市场。
从技术上说,无论是南部亚热带气候、
中部夏季酷热冬季阴冷气候和北部严寒气
候,还是各种房型、不同用途的建筑物,
只要能安装空调和暖气的地方都可以使用
地源热泵,具有非常广泛的适用范围。但是,
由于外部技术条件、开启时间、电价的不
同,地源热泵在初期投资、安装费用和运
行费用等方面的经济优势,虽然在所有适
用范围都能得到体现,但是发挥程度却有
较大差异。电价高的地区,使用时间越长,
采暖和制冷时节省的费用越多,用户受益
越大,性价比越高。
无论是欧系还是美系地源热泵技术,
都已十分成熟,在中国的推广应用要本着
因地制宜的原则,根据各地的气候、水文
地质和经济发展状况以及工程需要,引进
适合的地源热泵技术体系和产品。
三星电子并购波兰白电制造工厂
韩国三星电子宣布,斥资约7600万美元收购波兰A m i c a公司的冰箱和洗衣机工厂,这将成为三星电子首个欧洲生产基地。三星电子并购这两家工厂旨在打破博世西门子和伊莱克斯一统欧洲白电市场的格局,并在2015年实现欧洲白家电市场份额第一的目标。
此前,三星电子在欧洲市场销售的白电产品,主要由中国及东南亚工厂生产。此次本地化完成后,三星电子在欧洲的产品供货时间将缩短4周以上。
Miele进军印度市场
M i e l e高端家电产品开始进入印度市场。该公司的产品将通过10个分销网点,在德里和新德里地区销售。Miele即将在印度销售的产品包括:酒柜、咖啡机、冰箱、蒸汽烤箱、洗碗机、洗衣机、滚筒式干衣机和吸尘器。
Tecumseh Products公司2009年第三季度销售额下降
Tecumseh Products公司宣布,2009年第三季度,该公司净销售额为2.08亿美元,比2008年同期的2.562亿美元有所下降。冰箱冷柜用压缩机销售额同比下降19.4%,空调和其他电器用压缩机销售额同比下降19.3%。
G o r e n j e公司2009年第三季度销售额提高
G o r e n j e公司宣布,该公司2009年第三季度利润为340万欧元,第三季度销售额为2.98亿欧元,比第二季度提高6%。该公司2009年前三季度累计销售额为8.66亿欧元,同比下降12.7%。2009年第三季度,该公司在东欧和东南欧市场的销售额显著提高。
美国西尔斯公司2009年第三季度亏损美国西尔斯公司宣布,截至2009年10月31日,该公司亏损1.27亿美元,2008年同期的亏损额为1.46亿美元;第三季度销售额下降4%,为101.9亿美元。开业1年以上的
美国本土门店销售额下降2.3%,包括西尔斯和凯马特的门店。
巴西CBD计划收购Casas Bahia公司巴西家电连锁企业C B D(C o m p a n h i a Brasileira de Distribuicao),计划收购该国家电连锁零售商Casas Bahia公司的绝大部分股权。两家公司合并后,年销售额将达到400亿雷亚尔,约为家乐福和沃尔玛在巴西市场年营业收入的两倍左右;门店总数将突破1800家,基本覆盖巴西全国市场。
Panasonic计划开发家庭绿技术
日本Panasonic公司计划在2012年前投资
10亿美元开发包括节能监视系统在内的家庭绿技术。Panasonic计划提供家庭能源管理系统,并开发用于电动汽车、太阳能板和智能设备的锂离子电池。Panasonic 家庭绿产品的理念之一,是开发一个系统让使用者能够通过电视机监视太阳能板的发电情况和家用电器的用电情况。
汤姆逊进入破产保护程序
法国汤姆逊公司宣布,该公司的破产保护申请已得到法院审批,将与主要债权人协商债务重组。经营
业绩大幅下滑导致债务缠身是汤姆逊公司申请破产保护的主要原因。2008年该公司营业额下降12.6%,亏损19.3亿欧元。截至2009年9月30日,该公司的债务总额已攀升至21.7亿欧元。
Panasonic欲推广170美元廉价冰箱P a n a s o n i c海外业务主管大月均表示,该公司计划在多个国家生产面向当地市场的廉价白家电,迎击低成本竞争对手的挑战。Panasonic已在印度尼西亚生产面向当地市场的、单价为170美元的冰箱,并计划2010年以该项目为蓝本,在印度、中国、巴西、墨西哥、土耳其和尼日利亚等国,生产一系列廉价的冰箱、空调、洗衣机和电视机。大月均承认,Panasonic在短期内不可能瞄准所有国家的大众市场,需要将精力集中在那些已设有Panasonic工厂的地区。
LG电子确定3D电视销售目标
为了在竞争激烈的3D电视市场取得先机,L G电子宣布,该公司2010年3D电视的销售目标为40万台,2011年的销售目标为340万台。
L G电子计划在2010年下半年推出采用新技术的全系列3D电视,销售对象是零售消费者。目前,L G电子可以提供一种47英寸3D电视,但由于价格很高,这种3D 电视主要面向企业用户。
JVC平板电视计划退出日本市场
由于日本平板电视价格持续滑落,J V C计划退出日本市场,将关注重点转移到欧洲和美国,该公司希望集中精力获得最大利润。2007年,J V C液晶电视销售量为100万台,日本市场销售量为30万台。
Panasonic完成收购三洋交易
日本 Panasonic公司宣布,该公司已经获得三洋半数以上股权,完成收购三洋的交易。截至
2009年12月9日,Panasonic 公司已经成功转换所持的三洋优先股,共拥有三洋50.27%的股权。Panasonic公司表示,将保留三洋品牌,三洋的股票将继续继续在东京证交所交易。
2009年全球家电产值预计下降15%
日本电子信息技术产业协会(J E I T A)发布的2009年世界电子信息产业预估报告称,受全球经济不景气影响,2009年上半年平板电视、个人电脑等主要数字家电产品销售低迷,虽然下半年市场有所改观,但是仍未能抵消上半年同比大幅下降的不利影响,预计2009年全球家电、半导体产业产值同比下降约15%,减少到190.2887兆日元。J E I A T 预测,2010年全球半导体、家电产值将同比增长5%左右,达到200.4359兆日元。
韩国家电企业提升泰国产能
2010年1月生效的东南亚国家联盟自由贸易协定(A F T A)中的零关税政策,推动韩国家电企业相继强化泰国工厂的生产能力。其中,三星电子将变频空调生产转移到泰国工厂,L G 电子开始在泰国启动LED 液晶电视等新产品的生产。
日本2009年11月平板电视均价同比下跌16%
日本平板电视市场价格呈现不断走低态势。民间调查机构统计数据显示,2009年11月,日本平板电视零售均价同比下跌16%,为10.12万日元,其中42英寸及46英寸平板电视的价格下降明显。受日本政
府环保补贴及家电连锁自行降价影响,与2008年相比,同等机型市场均价下降二到三成。
受降价及政策利好刺激,2009年11月,日本国内平板电视销售量和销售额均出现大幅增长势头,其中销售量同比增长六成以上,销售额同比增长四成左右。
家得宝在美国召回约2000台除湿机
2009年12月17日,美国消费品安全委员会(C P S C)与家得宝公司共同发出自愿性召回公告,建议消费者立即停止使用该公司销售的存在火灾隐患的进口除湿机。
召回产品为2000年11月~2007年5月该公司以120~150美元的价格售出的约2000台Hampton Bay 品牌HB-50除湿机。
目前,该公司已收到18起该型号除湿机起火事故报告,以及1起消费者前臂烧伤事故报告。该产品内部部件失灵可能会导致除湿机过热,并引发火灾。
美国G o o d m a n公司召回3万台空调热泵机组
美国消费品安全委员会(C P S C)宣布,美国空调制造商G o o d m a n 公司自愿召回3万台存在火灾隐患的空调热泵机组(PTACs)。召回产品包括Amana、Comfort-Aire 和Century 三个品牌的5kW 机型。上述召回产品2007年2月~2008年6月在美国各地销售。该公司已经收到11起因电源线过热引发冒烟、起火的事故报告,但尚无人员伤亡报告。
东芝召回6.4万台洗衣机
日本东芝家用电器公司宣布,召回该公司生产的6.4万台带烘干功能的洗衣机。召回的洗衣机是2002年8月~2003年8月生产的,具有烘干功能,型号分别为T W -742E X、T W -742M X 和
T W -742V5。该公司已收到至少4起起火事故报告,分别发生在日本国立、东京、横滨、伊势原4个城市,均未造成人员伤亡。事故原因可能是液体清洗剂渗透到洗衣机内,腐蚀电路绝缘套,导致机器起火。
U-Line推出两款台下式家电新产品
U-Line 公司新推出两款符合无障碍设计要求(A D A)的产品——24英寸冰箱和15英寸制冰机,将于2010年2月上市。产品型号为A D A24R 的24英寸台下式冰箱,符合无障碍高度要求,并能够存贮7个以上容量12 盎司的饮料。该型号实心门产品符合能源之星能效等级(CEE)3级标准。15英寸台下式制冰机,可以用少于3加仑的水,生成和储存高达25磅的冰块,需要的电力比一个75W 的灯泡还要少,且无需排水。
通用将生产
新一代高端节能洗衣机
美国通用电气公司(G E)消费与工业部计划从2012年开始生产新一代高端的节能节水洗衣机和干衣机,预计此项目的投资将超过8000万美元。其中,高端节能洗衣机将于2012年第三季度投产,干衣机将于2013年第三季度投产。
这种新型洗衣设备可以根据不同纺织物,制定不同的蒸汽烘干和减震洗涤时间。同时,通过智能电网技术,这些设备可以与公用电表连接,以减少用电高峰期的能源消耗,消费者还可以通过这一系统控制用电量,以达到节省开支的目的。

本文发布于:2024-09-22 04:03:00,感谢您对本站的认可!

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