地源热泵国内外发展状况对比

鲍 旭 明

(宁波大学岩土工程研究所，浙江 宁波 315211)



地源热泵国内外发展状况对比

鲍 旭 明

(宁波大学岩土工程研究所，浙江 宁波 315211)

介绍了地源热泵的类型及其特点，分析对比了地源热泵系统在国内外的发展方向和走势，并针对地源热泵在国内外发展中存在的问题，提出了解决措施，指出中国的地源热泵市场虽然起步晚，但发展迅猛，具有极大的上升空间。

地源热泵，地埋管，水源，节能环保

地源热泵技术利用浅层地热能，大幅降低了电能的消耗，具有节能、清洁、可再生等优点，因而在近年来受到广泛的推广。该技术在地下埋设换热器，通过冷凝液循环完成换热。在冬季时，地热能被提取出来实现室内制热；在夏季时，热量被注入地下实现室内制冷。通常，地源热泵空调产生一个单位热量所消耗的电能仅为普通空调的1/4。

正因为地源热泵技术的优势所在，国内学者对其技术的优缺点和适用性等开展了大量研究。姜波等[1]大体归纳了地源热泵技术整体的优缺点和我国发展地源热泵的现状及问题。袁继康等[2]对地源热泵系统的各项分类和经济性进行了分析，总结了地源热泵系统存在的主要问题。黄吉永等[3]针对地源热泵管埋设技术提出了基于静钻根植桩的地埋管方案。

1 地源热泵的分类及特点

热泵根据与环境换热介质的不同可以分为空气源热泵，水源热泵以及土壤源热泵。其中水源热泵和土壤源热泵合称为地源热泵。土壤源热泵根据布管方式不同，可分为垂直埋管式和水平埋管式。垂直埋管占地面积小、埋管深、稳定性好，是目前广泛采用的形式；而水平埋管施工简便，造价低廉，适用于场地面积足够大的情况。水源热泵根据热源不同可分为地下水源热泵系统和地表水源热泵系统。地下水源热泵系统简单经济，适合拥有丰富地下水且允许开采的地区；地表水源热泵最经济，包括污水源热泵系统、海水源热泵系统以及淡水源热泵系统，在地表水资源丰富的地区应用前景广阔(见表1)。

表1 地源热泵的分类及特点

2 国外地源热泵发展状况

地源热泵概念最早起源于瑞士，而地源热泵技术提出始于美国，但实际大范围使用是在石油危机以后。早期由于问题考虑、设计技术和施工水平有限，地源热泵的实际功用并没有达到概念宣传的程度。随着工程案例的增加，问题逐渐得到暴露，使得后期考虑问题更加周全，技术水平得到提高，施工工艺也得到改进。目前据2015年世界地热大会的统计数据显示，世界范围内地源热泵的利用量比2010年的统计数据增长了1.62倍，年均增长率为10.3%；地源热泵的设备容量为49 898 MWt(兆瓦热量)，5年间增长了1.51倍，年均增长率为8.65%。而且目前，世界各国地热资源利用量仍在不断攀升，开展地热资源利用的国家已经达到82个。其中，中国、美国、瑞典、土耳其、德国位列前五位。正是由于地源热泵的节能环保，各个关键技术得到攻克，各国才会大力推广。事实证明，使用地源热泵，对于个人，可以减少家庭电费支出，获得更舒适的生活环境；对于社会，可以节约能源保护环境，倡导绿色的消费方式；对于国家，可以增加能源储备，减少对资源的依赖性。

美国最开始使用开放式地下水源热泵，但由于系统的腐蚀失效问题，弃用后采用闭式地下水源热泵。同时开展土壤源热泵技术的研究，攻克地埋管计算设计等问题。目前美国使用最广泛的是土壤源热泵，此系统可以被高效应用于大部分地区，克服水源热泵的弊端。同时地方政府提供奖励、免税、资助、补贴等措施来激励地源热泵的发展。

德国热泵市场在1973年石油危机后快速发展，目前广泛使用的是土壤源热泵。其性能系数较好，加上政府在各权威平台上大力宣传和各种奖励措施，使得土壤源热泵市场整体呈现增长趋势。但目前由于空气源热泵的成熟技术和廉价服务、能源价格走低以及地源热泵安装麻烦等因素，地源热泵发展缓慢。

日本由于资源缺乏，对地源热泵的研究较深入，在国际上也处于技术领先地位。目前日本广泛使用的是水源热泵，主要应用于住宅、公共设施的供冷供暖。在日本大地震之后，对环境和能源的高要求，加上政府的补贴政策支持，地源热泵发展潜力巨大。

3 我国地源热泵发展状况

在20世纪80年代，我国地源热泵研究进入起步阶段；在2002年，在北京组织召开了世界第七次热泵大会；20世纪初，地源热泵得到逐步推广，地源热泵的研究也引起专家学者的广泛关注，论文专利数量屡创新高，但初期投资高，技术复杂等问题让众多开发商不愿使用；从2005年开始，在国家政策的推动下，地源热泵开始在建筑项目上得到大量应用。经过10年的发展，涌现了一批从事地源热泵勘察、设计、施工的单位。地源热泵技术也在近年来得到了快速的发展。能源桩技术[4]——一种桩基埋管的新型布管技术，在我国取得了初步应用，该技术的创新之处在于将换热器随打桩过程送入地下，降低了打孔费用，缩短了工期，并不断有工程实例证明其换热的可靠性。

较为成功的使用地源热泵系统案例，例如上海的东方海港国际大厦，总建筑面积39 889.6 m2，采用桩基空当内垂直埋管的土壤源热泵，以水为换热介质。基于场地地热能储量、冬季热负荷和夏季冷负荷计算结果，该系统所在场地可以在25年内维持热平衡[5]。

在政策推动下，我国地源热泵市场发展迅速。总体上来说，地源热泵应用面积从2005年3 000万m2增长到2014年3.6亿m2，呈爆发式发展状态；从地区发展水平来说，目前我国的地源热泵市场主要集中在山东、北京、辽宁、河北等地，而在东南部地区，地源热泵技术的应用较少；从地源热泵种类来说，我国仍主要以水源热泵为主，占地源热泵使用量的54.59%，而且形势多样，土壤源、地下水源、地表水源等都有应用，主要原因是我国幅员辽阔，水系发达，而水源热泵简单经济，施工方便；从地源热泵行业来讲，企业规模从100万元至数亿元不等，截至2013年，5 000万元以下占54.5%，整体以中小企业居多，行业发展还是处于起步阶段；从使用范围来讲，各类型建筑都有涉及，包括住宅、公共建筑和工业建筑等，地源热泵都能有效运行[6]。

4 我国地源热泵发展面临的问题

1)一次性投资费用高昂。采用地源热泵空调系统的建筑初投资较高，这是由技术本身所决定的。单体型住宅每平方米费用增加400元左右，在节约空调年运行费用30%～40%的基础上，经过投资回收期分析，地源热泵空调系统投资回收期为6年～8年，相对于一般投资来说，投资回收期较长。

2)施工质量难以保证。由于地源热泵技术复杂程度相比于传统的空调技术高，专业性强且应用时间短(仅10年)。目前，相关行业还缺乏统一的执行标准和科学评价体系。加上大量设备制造企业和工程承包商急速涌入，施工团队技术准备和人才储备都不充分，使得部分工程项目的建设质量得不到有效保障。

3)使用寿命有待考证。地源热泵系统机组的设计寿命为30年，地埋管换热器的设计寿命为50年。但地源热泵技术在20世纪60年代由美国首次提出后，整体发展也不过50年左右，对地源热泵真实的使用寿命还需要更多的时间验证。同时地埋管意外损坏以及寿命期以后的维修工作较为困难，要考虑重新安装的问题，比较麻烦。

4)不适合改造项目。地源热泵工程需要较大面积做预埋管道，已有建筑很难有充足的场地进行地埋管埋设，即使附近有地下水或者河流，也会受到当地环境保护的限制。

5 对我国地源热泵发展的建议

1)地埋管优化设计。改进设计和安装的方法来最小化地埋管的长度，并采用合理的埋管方式，降低地源热泵的初始投资，提高系统的稳定性和经济性。

2)政府激励政策。地方政府可以提供各种鼓励补助政策，比如财政补贴，降低贷款利率，延长还款时间等，降低地源热泵的初期投资费用。

3)完善行业规范。建议政府尽快完善相关法规，行业内部规范地源热泵技术，制定行业统一标准，相关部门对地源热泵设计、运行、验收过程中发生的人员资质进行审核，同时加强专业知识的培训，加强监督。

4)可行性分析。地源热泵前期地质勘探信息需要得到重视，通过计算确定该地区地源热泵最大功率能否满足设计要求。同时针对改造项目，要收集场地大量信息确定安装地源热泵系统的可行性，不能盲目跟风。

；

[1] 姜 波,海 洋.我国地源热泵技术发展综述[J].中华建设,2010(7):68-69.

[2] 袁继康,张 凯.地源热泵空调系统研究综述[J].住宅产业,2014(7):39-42.

[3] 黄吉永,邓岳保,郑荣跃.基于静钻根植桩的地源热泵管埋设技术[J].浙江建筑,2014(12):33-36，39.

[4] 王佳玉,周德源,薇薇安·洛夫特尼斯.绿色建筑暖通空调方案——能源桩系统及其发展综述[J].动感(生态城市与绿色建筑),2012(1):50-55.

[5] 鲁和祥,刘振宏.上海地源热泵技术的应用及质量监督探索[J].福建工程学院学报,2010(S1):135-137，238.

[6] 可再生能源蓄能技术在低能耗建筑的应用课题组，徐 伟.中国地源热泵发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社，2013：4-67.

The development comparison of ground source heat pump at home and abroad

Bao Xuming

(GeotechnicalEngineeringInstitute,NingboUniversity,Ningbo315211,China)

This paper introduced the types and characteristics of ground source heat pump, compared and analyzed the development direction and trend of ground source heat pump system at home and abroad, and according to the existing problems of ground source heat pump development at home and abroad, put forward the solving measures, pointed out that though the ground source heat pump market in China started late, but developing rapidly, had great rise space.

ground source heat pump, buried pipe, water supply, energy saving and environmental protection

1009-6825(2016)20-0126-03

2016-05-07

鲍旭明(1994- )，男，在读本科生

TU832

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