地源热泵应用现状调研及优化建议

地源热泵应用现状调研及优化建议

赵碧莹

合肥热电集团有限公司 安徽省合肥市  230031

摘要：热泵是在电能驱动下，通过热力学逆循环连续地将热量从低位热源转移到高温物体或者介质，并用于制取热量的装置。可以利用一份电能提取3~4份可再生能源中的低位热能，共同向用户供热，因此，热泵供热是一种节能、环保、高效的供热方式，在建筑供暖和生活热水供应上获得了广泛应用。正是由于其这一特性，热泵技术的发展始终同能源与环境问题息息相关，紧密联系在一起。进入21世纪，气候变化及能源问题更加严峻，热泵技术作为可再生能源利用的有效途径，成为国际能源署认定的节能减碳关键技术之一，在我国获得了广泛的应用。

关键词：地源热泵；应用现状；优化建议

引言

能源革命、低碳能源、清洁供暖目前已经成为我国能源战略的重要组成部分。面对严峻的能源危机，国家大力支持低碳清洁能源的开发和利用，建筑行业领域也迎来能源革命。在建筑领域，地源热泵系统作为一种使用清洁能源的采暖（制冷）系统，可以利用少量的高位能（一般为电能），将浅层的地热能转化为高位热能。地源热泵主要是将土壤所储藏的庞大太阳能作为热源，通过热泵系统进行能量的相互转换，是一种实用的节能技术。从长期来看，地源热泵系统具有良好的发展前景，国家大力支持，随着科学技术的进步，未来，其势必获得更广泛的利用。

1热泵发展现状

根据热泵利用的低位热源不同分为：空气源热泵、地源热泵、太阳能热泵，其中地源热泵包括地埋管地源热泵、地下水地源热泵和江、河、湖、海、污水及再生水等地表水源热泵。按照低位热源的可得性、稳定性及技术经济性，空气源热泵和地源热泵是我国热泵应用主要类型。空气源热泵早期以冷暖空调形式应用推广，以供冷为主、供热为辅，主要应用于分散式短期供暖的长江流域及以南地区。近年来随着我国清洁取暖国家战略的实施，空气源热泵供暖成为分散电代煤的主要技术形式，应用范围不断北扩。长江流域供暖需求的日益增加，空气源热泵在这一区域的应用也进一步推广。建筑节能工作的不断深入推进，迈入近零能耗时代，建筑负荷需求大幅度降低，供能灵活性要求提升，空气源热泵集成新风、净化、除湿的多功能产品不断涌现。地源热泵引入我国晚于空气源热泵，在我国历经起步阶段、推广阶段、快速增长阶段后目前已进入平稳发展阶段，我国地源热泵的应用面积超过5亿平米。目前我国空调热泵产业制造能力已居世界首位，地源热泵应用量也是世界第一。

2运行模式

研究表明，地热泵系统全年主要以三种模式运行:(1)夏季模式。控制系统优先选用运行时间较短的无热回收热泵机组，打开选定热泵机组的蒸发器和冷凝器阀门，打开阀门后，打开空调一侧的循环水泵和用户冷却负荷大于当前运行中的热泵主机的冷却量并保持一段时间后，自动将另一个热泵主机及相应的循环水泵加载到地面源一侧；当系统冷却荷载仅需要一组热泵时，地源热泵主机和相应的水泵可以根据指定的时间自动更新。当热水槽温度低于设定值时，会自动打开源热泵中央机组和相应的水泵阀(源循环水泵)，其热回收运行时间较短。 (2)冬季模式。冬季运行模式下的控制过程与夏季相似，但系统热泵主机的负荷部分修改如下:系统运行超过当前运行热量的负荷并持续一段时间后，地源热泵主机和相应的水泵可以根据指定的时间自动更新。(3)过渡时期模式。家庭热水需求在过渡季节较低，通常没有热回收装置停机，只需使用单个带热回收的热泵主机即可满足用户家庭热水需求。当具体模式是热水槽温度低于45℃时，控制系统自动打开热泵中央机组及水泵相应阀门(回热循环水泵、陆源循环水泵)关闭中央热回收装置及时关闭水泵和阀门，国产热水循环水泵将热水输送给用户。

3热泵应用政策机制

热泵应用推广在各地主要体现于绿色建筑政策、能源政策中，特别是清洁取暖政策体系当中。政策因地区差异侧重点各有不同，地热能的热泵利用由于其资源的普遍性和可得性高，在大部分地区省市政策中均有提及，空气源热泵鼓励政策则在华北、华东和华中地区较多，长江流域地表水资源丰富的江苏、重庆等有水源热泵鼓励政策。财政支持机制分两个层级，国家财政部通过2009年的可再生能源示范城市和示范县项目实施，支持了四十余个示范城市可再生能源应用示范，推动了我国地源热泵迎来了快速增长期。2017年实施的清洁取暖试点，推动了空气源热泵为主的热泵供暖快速增长，到目前为止已经有六十个清洁取暖试点城市，在其中应用热泵替代散煤供暖，均有国家级财政拨款补贴。地方财政支持力度各不相同，全国具有地源热泵补贴政策的有北京、上海、重庆和吉林，补贴以政府投资项目或可再生能源示范项目为主。对于空气源热泵，主要是清洁取暖试点城市根据国家政策拨款进行地方政府配套资金支持。此外部分经济发达省市积极探索绿色金融投资，引导其进行热泵及可再生能源利用方面投资，推动热泵技术应用金融化市场化发展。

4地源热泵存在的问题

地源热泵是一项重要的建筑节能技术，正在迅速发展，并得到国家政策的大力支持。但是，对地源热泵的理论研究需要进一步深化和改进。目前，与实际工程地源热泵一起需要解决的主要问题有:(1)物理-地球工程热参数研究。因为它是地源热泵系统能效以及前期投资和运营成本的关键因素。在进行中的项目中，根据物理-地球工程热参数确定的埋管之间的热交换往往是根据经验估计的，而且准确度很低，导致埋管孔增加，投资增加，对热泵机组效率产生影响。因此，深入研究地球工程热物理测试方法和设备至关重要。（2)地埋管的热干涉研究。埋地管道内换热器之间的热干扰可能直接影响系统的运行性能，但可能无法满足建筑需求，地面温度非常不平衡，如果不节省能源和成本，系统就无法长期运行。

6总结及建议

（1）基于地方电网能力及用电特性，结合政府财政情况，给予热泵供能优惠电价。电能作为热泵主要的驱动能源，其价格是影响热泵供能经济性的主要因素，电价优惠是提升热泵供能经济性竞争力的有效保障措施。因地制宜的制定电价优惠政策，如在绿电占比大、供电能力供大于求的地区，可为热泵供能提供普惠电价；在供电能力饱和，峰谷需求差异大的地区，制定分时阶梯电价，引导热泵分时供能，满足建筑供能需求的同时平抑电网波动。（2）加强产品和工程标准建设，提升热泵能效水平。提高热泵产品及系统能效是扩大热泵供能系统竞争力的另一个关键点，需要通过不断提升标准规范要求引导技术发展，推动能效水平提升，加强热泵技术的竞争力。对于新型热泵技术的应用推广需要规范的支撑，保障其科学的应用，切实发挥其低碳节能高效的作用。（3）政策从引导性向强制性转换。以我国双碳目标发展战略为契机，制定细分化支持政策，进一步加强在能源供应领域对热泵技术的支持力度，在适用地区对热泵技术应用成熟的领域，可逐步尝试从推荐性应用技术政策上升为强制性应用技术政策，提升热泵应用比例。（4）加强应用效果监测和项目后评估，推动热泵高效发展，基于物联网云平台的发展成果，加强热泵系统应用管理，重视系统能效后评估，积极推广高效运行管理系统，使热泵供能向按需供能方向发展，切实发挥其节能减排作用。行业主管部门可根据后评估成果进行奖惩，引导市场从重建设向重运行转变，将热泵高效运行落到实处。

结束语

总之，地源热泵在使用可再生能源方面具有相当大的优势，在节能和减少建筑物排放方面发挥着重要作用。虽然地源热泵的理论研究和技术应用仍然是一个挑战，但随着地源热泵理论的发展、技术和相关产业的发展以及国家政策鼓励使用地源热泵，地源热泵研究的应用将越来越广泛和面向市场。

参考文献

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