广西地源热泵节能系统国内领先

    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。”

　　地源热泵系统的定义

　　地源热泵系统是随着全球性的能源危机和环境问题的出现而逐渐兴起的一项热泵技术，主要是运用热泵从浅层地能中（土壤、地下水或地表水）吸取大量的低温位热量（或冷量），通过热泵系统循环把吸取的热量从低温位提升到高温位，为用户提供冬季供暖、夏季制冷空调、全年热水供应或制冷空调和热水联供。它只需消耗少量的高品位能源（如电能），就能获得高于输入能量数倍的热能效果，它是一种高效、环保、节能的温控系统。属于经济效益、社会效益和生态效益显著的社会公益技术。

　　地源热泵系统的工作原理

　　地源热泵GSHP（ground-source heat pumps）技术是一种利用浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能的空调技术。热泵的理论基础源于卡诺循环，与制冷机相同，按照逆循环工作。即热泵消耗较少量的高质能Ｗ，通过循环从低温热源环境(温度为Ｔ0)中吸取大量的低温热ＱL，获得的输出热量为ＱH=Ｗ+ＱL(用户的用热温度为Ｔ2),从而回收利用了低温热ＱL。由于全年地温波动小，冬暖夏凉，因此，冬季从地表浅层吸取低温热量，夏季向地表浅层排放热量（吸取冷量），通过循环把热量从低温位提升到高温位，为用户提供冬季供暖、夏季制冷以及全年热水供应。

　　地源热泵系统的一般形式

　　地源热泵系统，由室内部分和室外部分组成，室内部分包括热泵机组、风道系统（或风机盘管系统、地板辐射采暖系统和水环热泵空调系统等）和控制系统，与传统空调系统相似。室外部分是地热能热交换部分，有埋地管系统、地表水系统和地下水系统三种形式。地表水系统和地下水系统一般采用开路形式。地下水系统换热效率相对高，但是地下水系统要特别注意地下地质情况的勘探，分析其地下水的出水量和换热能力，实施地下水的有效回灌措施，确保地下水位不下降、回灌井不堵塞、不破坏地层结构。相对来说，地表水系统和埋地管系统是比较安全可靠的形式，但需要具备相应的自然条件，如江河、湖泊或足够的土地换热面积。埋地管系统将闭环循环水埋于地表浅层土壤中，循环水经水管壁面直接与土壤进行热量交换。夏季循环水将制冷机组吸收的热量向土壤散热，冬季从土壤吸热并将热量经热泵机组传递至室内。埋地管系统有垂直埋管（U形、套管等）、水平埋管和螺纹盘管等多种形式。

　　国外地源热泵系统的应用情况

　　美国能源部（ＤＯＥ）和美国环境保护署（ＥＰＡ）均已确认，地源热泵系统是目前效率最高、对环境最有利的热水、取暖和制冷系统。1998年，美国暖通空调工程师学会的ASHRAE技术奖就颁发给一地源热泵系统。

　　广西地源热泵系统的应用情况

　　目前，广西大学已申请了多项地源热泵相关设备发明专利和实用新型专利，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，制热能效比显著提高。“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。目前广西大学根据南方土壤和气候实际，已形成了一套由土壤换热器（同时可灵活组合冷却塔、太阳能集热器）、热泵机组、控制系统等科学集成的工程系统技术。拥有富水土壤换热器垂直浅埋管技术、自然能源优化互补利用技术、夏季工况热量多级分流技术、智能控制等多项自主创新技术。不需抽取地下水、因地制宜、设计灵活，避免了过度取热形成冻土或排热量过大形成干燥土壤所引起的新的生态环境失衡等种种弊端。真正体现了可再生能源良性的、生态的合理利用。

　　广西“十一五”期间建筑节能的目标与任务

　　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%。浅层地热能、太阳能属于低品位能源，按照分级用能原则，最适合满足生活用能的需要。地源热泵技术是既开发利用了可再生的新能源——浅层地能，又显著节能的不可多得的新技术，具有开源和节能的双重效果。被称为二十一世纪的“绿色空调技术”。因此，利用浅层地热能（或与太阳能耦合）为南方建筑制冷采暖、热水供应、温控农业，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。

　　建设部提出：到“十一五”期末，夏热冬暖地区新建居住建筑实现节能220万吨标准煤；加强政府办公建筑和大型公共建筑节能运行管理与改造，实现节能3000万吨标准煤，大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25%，中等城市要完成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。根据广西的气候特点及资源条件，供冷时间长（６－８个月），常年供热水，供暖时间短（１－２个月）。广西河流数量多，大多数城市（镇）临江而建，地表水丰富。广西雨水充足，地下水也相当丰富，全区有600多条地下河；绝大多数城镇地下水位较高，富水土壤比例大，为土壤换热式地源热泵系统应用提供了得天独厚的条件，一般富水土壤换热井20-30米，换热效果就很明显。设计合理的话，10口垂直U型管土壤换热井就可获得约20千瓦的热量（或冷量）。因此，广西在新建建筑和要进行节能改造的既有建筑采用地源热泵供热制冷节能环保系统具有非常有利和广阔的条件。土壤全年恒温，冬暖夏凉。

　　在广西采用地源热泵制冷采暖，与普通冷暖空调相比，节电40%左右。采用地源热泵产热水，保证一年四季有充足的生活热水。与电加热产热水相比，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，每户投入相当于一个中等价格的太阳能热水器，全年耗电比太阳能+电加热的热水器节电30%以上。