Douglas Cane等对25个加拿大和美国的应用地源热泵的实例进行了跟踪调查,并按建筑类型统计了各个实例的年均费用,其中,最早投入运营的实例在1981年,最晚的为1995年,并且有20个实例是在1990年及之后投入运营。与传统空调系统相比,地源热泵系统在运行费用(主要包括能耗费用和维护费用)方面有较大优势。如在商业应用中,节能达到17%;住宅应用中的能耗则减少32.4%。
4.2国内应用状况
中国地源热泵的研究和应用虽刚刚起步,但其对地方缓解能源压力、推动经济的作用正日益受到认同,地源热泵作为生态环境保护、高效节能和自然资源再利用的21 世纪可持续发展的新技术和建筑环境供热制冷系统的换代产品,体现出旺盛市场需求的势头。国外的技术已相当成熟,为此,我们一方面要积极借鉴国外的先进技术和成熟经验;另一方面切忌生搬硬套、盲目引进,应该因地制宜、把握优势合理的利用浅层地热能,避免出现新的生态环境失衡。
我国从1995 年开始学习和引进欧洲产品,直到1997年才出现有规模的地源热泵采暖工程项目,美国特别看好中国市场,美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书,其中一项内容就是地源热泵发展战略。该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑,以推广运用这种“绿色技术”,缓解中国对煤炭和石油的依赖程度,从而达到能源资源多元化的目的。到1999年底,全国大约有100套供暖/制冷系统,而且全部为开式循环系统。2000年12月由日本政府无偿援助,日本地热工程株式会社负责,长春市地热开发有限公司和吉林大学参与,在长春完成了一个 1000m2建筑面积的地源热泵供暖/制冷示范项目,为国内第一个闭式循环系统。2001年,重庆大学、北京工业大学、山东建筑工程学院也纷纷建成了各自的封闭循环系统示范工程。
近两年来,在我国北方,已成功建立了一批上规模的地源热泵应用示范工程。山东建工学院、北京工业大学等具有较雄厚的理论基础并建立了典型的示范工程,但这些示范工程以采暖为主;在南方,以广州能源所为代表,主要以是地下水式地源热泵应用技术为主,土壤源的地源热泵应用技术在南方还非常薄弱。
目前,我国实施地源热泵工程主要有两大类:
(1)地下水源方式 我国目前实际应用的地源热泵工程大部分是利用地下水源方式。事实表明,打井抽水虽然实施地下水回灌,由于循环消耗,仍不可避免的要损失相当一部分水源,加上抽水时虽有过滤网,但一些细纱粒移位或随水一起抽上来,日长月久会破坏地层结构,有些地方在抽水井附近出现了莫名的坍塌。我国一些地方也出现开式地源热泵系统运行短短几个月,就造成回灌通路细纱堵塞甚至无法回灌造成废井的状况。因此,打井抽水在一些城市是受到严格控制甚至禁止的。
(2)土壤换热器的闭式系统 我国闭式系统的土壤换热器以垂直U 型埋管居多,实用经验还非常有限。北方地区实施的大多数采暖工程属于贫水土壤,由于干性土壤传热性能差,垂直埋管深度一般要超过60米,而换热量则一般小于50W/m,使得埋管的总埋深较大,往往造成初期投资大,效果不够理想,一般用户难以接受。一些地方没有经过长期地温变化监测,实施几万平方米甚至十几万平方米的大型地源热泵取暖系统,很难预计,几年后或十多年后这样的系统其效率和对周围的地温影响如何,北方已有些系统在运行两三年后出现效率明显下降的情况。
5.两广地区土壤源地源热泵技术研发及应用情况
5.1技术成果水平
2005 年3月,广西科技厅组织专家对广西大学完成的“亚热带及温带地区地源热泵供热制冷节能系统技术研发”科技项目进行了技术鉴定。专家的鉴定意见为“该项目针对我国南方亚热带及温带气候,采用了地源热泵-冷却塔混合型冷热源应用技术,有效地实现了自然资源的互补利用,在地源热泵系统配置、能源优化和自动控制方面取得了较大的研究进展,在对地源热泵技术的系统集成与优化应用方面有较大的创新。该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。”
产品质量检测单位是国家空调设备质量监督检验中心,经现场检测,范例工程南宁市三中空调-热水系统在运行两年多后,其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。
5.2 知识产权情况
广西大学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,自主开发地源热泵系统设计软件一套。其中“太阳能-地源热泵空调热水设备” 已经获得国家实用新型专利(专利号:ZL200320101152.8),该技术有别于国外以太阳能集热通过储热罐方式作为热泵的辅助热源的形式,克服其效率低、体积庞大弱点,本专利采用独特的太阳能吸热方式,大大提高太阳能的吸热效率和减少了集热面积,而且浅层地热能-太阳能互补利用,使系统始终保持高效节能运转,制热能效比在1:4以上。“多用途节能型热泵孵化机”已经获得国家实用新型专利(专利号;ZL03246721.4),与电热孵化系统相比节能50%以上。

