华东和华北地区别墅空调采用地源热泵可行性分析 - secret

华东和华北地区别墅空调采用地源热泵可行性分析

一、地源热泵的发展

20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。经过近50年的发展，地源热泵技术在北美和欧洲已经非常成熟，是一种广泛采用的供热空调系统，有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个供暖空调系统的20%。

在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。

在北京，当代集团开发的Moma国际公寓，采用了地源热泵等一系列低能耗高舒适度的科技产品。这一项目的售价与在当时同地段楼盘相比创下了新高。

南京朗诗·国际街区，在项目中使用了包括地源热泵在内的十大科技体系，确立了朗诗“创新令生活高高在上”的品牌。

二、地源热泵工作原理

地源热泵系统，利用地下浅层土壤温度不被扰动时常年保持在10~20℃左右的特点，夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下，对

建筑进行降温；冬季通过热泵将大地中的低位热能提高品位对建筑进行供暖。

地源热泵系统由地下埋管系统，热泵机组和室内末端系统三部分组成，在夏季，地下埋管内的流体通过水泵进入冷凝器，把热泵机组排放的热量带走，向大地排热，蒸发器中产生的冷冻水由水泵送到房间的末端设备对房间降温。在冬季，热泵机组通过地下埋管吸收大地的热量，冷凝器40产生~50℃热水，由水泵送到房间进行供暖。地源热泵机组正常工作所需冷热源的温度范围：制冷10~40℃，制热-5~25℃。

地埋管换热器管内流体应保持紊流流态，以加强换热效果，降低管壁结垢可能。地埋管换热系统还应设有自动充液及泄漏报警系统。需要防冻的地区，设防冻保护装置。地埋管换热系统应设置反冲洗系统，每年冲洗宜不不少于2次。

三、地源热泵系统的分类

1、地下换热器按埋管方位可分为水平埋管和垂直埋管两种形式

图1-3 水平埋管地源热泵系统 图1-4垂直埋管地源热

泵系统

水平埋管是指埋管换热器是在浅层土地中（即埋设深度≤30M）埋设水平管。

垂直地埋管换热器是在大地中垂直钻孔埋设，根据项目情况埋管深度可达中埋（31~80M）或深埋（＞80M）深度。 水平埋管与垂直埋管特点比较： 类别 特点 水平埋管 垂直埋管 1、初投资低，虽然水平埋管1、初投资高，钻孔费用高，环路长度比垂直埋管增加中埋和深埋需要采用高承压15%~20%，但总体开挖费用及的塑料管。 埋管费用均低于垂直埋管系2、占地面积小，与水平埋管统。埋管深度一般大于1.5M相比，在同样的换热量下，且应在当地冻土层以下。 占地面积减少70%左右。 2、占地面积大，受外界影响3、深层岩土温度场受地面温大，埋管换热器换热性能不度影响很小，需注意冬夏季如垂直埋管，受地面温度影热平衡。 响大，可靠性较差，需较大空间埋设。 3、浅埋水平管受地表气候变化的影响大，浅层地下岩土冬夏热平衡好。 垂直埋管系统是最常用的系统形式，水平埋管系统通常用于有较

大园地的住宅和场地很大的建筑物。

2、地下换热器按连接方式可分为串联和并联两种方式 类别 特点 串联 并联 1、串联方式地埋管仅有一个1、埋管管径较小，管材成本回路，单位长度埋管换热量较少， 略高， 2、冬季气温低的地区，系统2、所需管径较大，管材成本内所需的防冻液少， 较高， 3、各并联管道的长度须尽量3、系统管径大，在冬季气温保持一致，以保证每个并联低的地区，系统内需的防冻回路阻力平衡， 液多。 4、埋管进回水处须使用较大4、管路系统不能太长，否则口径的管子做集水器。 系统阻力损失较大。 中、深埋管一般采用并联方式，浅埋管一般采用串联方式。

3按地源热泵机组可分为水-水热泵、水-空气热泵、水-冷媒等三种类型

类别 水-水热泵 水-冷媒热泵 水-空气热泵 特点 机组集中设置主机分散在各个房间或别机组分散在空在机房，冷热水墅各层，一个主机带一至调房间附近机通过水泵加压，三个吊项式风机盘管，主房内，新风与回末端采用风机机与风机盘管通过保温铜风经机组处理盘管或冷热辐管连接，铜管内充R22等，后送达每个空射毛细管供冷主机与风机盘管连接长度调房间。 热。 不宜超过10M。

四、地源热泵优点

一般来说，地源热泵系统具有以下方面的特点。 1、属可再生能源利用技术

地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。地源热泵技术利用储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，为人们提供供暖空调。 2、 属经济有效的节能技术

地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10～25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，在寒冷地区供热时优势更加明显。这种温度特性使得水源热泵的制冷、制热系数可达3.5～5.5。

与传统的空气源热泵相比，空气源热泵的制冷、制热系数通常为2.2～3.0，水源热泵方式的能量利用效率要比空气源热泵高出40%以上（注：文献所述，未经证实）。

另外，地球表面或浅层地源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。 3、环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25％的充灌量，属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。 4、一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。 5、使用寿命长 与空气源热泵相比，地源热泵机组工作环境优于空气源热泵，设备维护量大为减少，设备使用寿命长。地源热泵系统地埋管寿命可达50年，机组使用寿命均在15年以上；而家用空气源使用寿命仅为10年。

6、对建筑立面无影响

地源热泵机组冷热源取自地下，与室外无冷热交换，主机可置于建筑物内地下室、厨房、卫生间、吊顶等处， 对建筑外立面无影响。

五、地源热泵空调系统与空气源热泵、VRV空调系统比较 地源热泵系统 空气源热泵系统 VRV空调系统 1、机组在室内，受1、室外温度为1、室外温度为外界环境影响小，即-15~45℃时机组可运-15~45℃时机组可运使在酷暑或严冬都转工作，但风冷热泵的转工作，但风冷热泵的可以满足制冷或制制冷制热与外界环境制冷制热与外界环境热要求，系统运行稳相逆，冬季制热能力会相逆，冬季制热能力会定。 随外界温度降低而明随外界温度降低而明2、与室外空气无热显下降，室外温度为显下降，室外温度为交换，对室外环境影-6~3℃时换热器会结-6~3℃时换热器会结响很小。没有室外机霜，供热效率下降更加霜，供热效率下降更加组，对建筑外立面几显著；夏季制冷能力也显著；夏季制冷能力也乎没影响。 会随外界温度升高而会随外界温度升高而3、使用寿命长，地降低，室外温度高于降低，室外温度高于源热泵系统地埋管35℃时，制冷效率下降35℃时，制冷效率下降寿命可达50年，机明显。 明显。 组使用寿命均在2、额定COP值约为2、制冷标定COP值为15~20年。 2.4~2.8。 3.00；制热标定COP4、制冷制热时COP3、主机与室外机进行值为3.52。 值约为3.2左右。 热交换，冬季吸取空气3、主机与室外机进行5、主机噪声值为48中的热量，排出再冷空热交换，冬季吸取空气分贝。 气；夏季向室外排出再中的热量，排出再冷空6、除地源埋管换热热空气，导致室外环境气；夏季向室外排出再器外，室内可采用毛更加恶劣。主机放置在热空气，导致室外环境细管吊顶辐射采暖室外，影响建筑物外立更加恶劣。主机放置在或制冷，系统COP面观感。 值更高。 室外，影响建筑物外立4、主机使用寿命较短，面观感。 7、除地源埋管换热约10年。 4、使用寿命较短，约器外，室内如采用风5、室外机噪声值为10年。 机盘管系统，其室内60~62分贝。 5、室外机噪声为54部分与空气源热泵6、寒冷地区，为防止分贝。 系统相同，可选用的室外机冻伤，应采用分6、室内设备管道含冷末端产品很多。 体式机组，其COP值更媒较多，冷媒泄漏影响低。 室内空气质量，补充冷媒的费用较高。

六、采用地源热泵系统一般应符合以下条件： 1、建筑物有供冷和供热需求，冬夏负荷相差不大；

2、如建筑物冷热负荷相差较大，应有其他辅助补热或排热措施，保证地下热平衡；

3、如仅单季供热，应有足够的地下换热器埋设空间和深度； 4、建筑物周围有可利用的绿地及其他空间，可埋设地下换热器； 5、采用地源热泵技术应通过经济比较后确定使用。

七、影响地埋管换热系统设计的因素

地源热泵系统的设计重点在于地埋管换热系统，影响地埋管换热系统设计的主要因素有以下几个方面： 1、大地初始温度 2、岩土的导热系数

3、回填料的导热系数 4、地源热泵系统的负荷

5、传热介质与“U”型管内壁的对流换热系数

大地初始温度平均值及岩土的导热系数宜采用现场测试，现场测试岩土体应在测试埋管状况稳定后进行，埋管深度或长度，测试一般应在测试埋管安装完毕72小时后进行。

设计前需要对现场岩土体热特性进行测定，并根据数据进行计算。此外建筑物全年动态负荷、岩土体温度的变化、地埋管及传热介质特性等因素都会影响地埋管换热器的换热效果。地埋管的长度应能满足地源热泵系统最大释热量和最大吸热量的要求，还应满足热泵机组长期运行的要求，也就是累计释热量和吸热量要求。因此，宜采用专用软件进行计算，而不能单纯依靠简单的试验方法得出的地下换热器每米的换热量来计算换热器的总数量。该软件应具有以下功能：

1、能计算或输入建筑物全年动态负荷； 2、能计算当地岩土体平均温度及地表温度波幅；

3、能模拟岩土体与换热管间的热传递及岩土体长期储热效果； 4、能计算岩土体、换热工质及换热管的热物性；

5、能对所设计系统的地埋管换热器的结构进行模拟（如钻孔直径、换热器类型、回填情况等）。

目前，在国际上比较认可的地埋管换热器的软件有：瑞典隆德lund大学开发的地下换热器设计软件程序，美国威斯康辛Wisconsin-Madison大学Soiar Energy试验室开发的TRNSYS程序，

美国俄克拉荷马州Okiahoma大学开发的GLHEPRO程序，国内一些大学也曾对地埋管换热器的计算进行过研究，并编制了计算软件。

八、华东、华北主要城市气候条件及冷热负荷比较 1、华东、华北地区主要城市气象参数

地区 城市 年平均冬季夏季夏季最大冻极端最极端最温度空调空调空调土深度低温度高温度（℃） 室外室外室外（㎝） （℃） （℃） 计算计算计算温度 干球湿球温度 温度 华北北京 11.4 地区 天津 12.2 华东上海 15.7 地区 南京 15.3 杭州 16.2

2、华东地区总冷热负荷比较

（1）南京、上海地区（深圳建科院计算资料） 地区 南京地区 上海地区 -12 -11 -4 -6 -4 33.2 26.4 85 33.4 26.9 69 34.0 28.2 8 31.4 28.3 9 35.7 28.5 - -27.4 40.6 -22.9 39.7 -10.1 38.9 -14.0 40.7 -9.6 39.9* 建筑类别 现行不节能符合节能标现行不节能符合节能标建筑 准的建筑 建筑 准的建筑

采暖最大52.7W/㎡ 瞬时热负荷 空调最大86.6W/㎡ 瞬时冷负荷 采暖与空1∶1.64 调最大瞬时负荷比率 累计全年117.0KWh/采暖热负㎡·Y 荷 40.3W/㎡ 53.4W/㎡ 42.3W/㎡ 69.4W/㎡ 84.6W/㎡ 68.3W/㎡ 1∶1.72 1∶1.58 1∶1.61 107.7KWh/㎡·Y 107.8KWh/㎡·Y 91.4KWh/㎡·Y 累计全年69KWh/㎡·Y 60.1KWh/空调冷负荷 采暖与空1.70∶1 调累计全年负荷比率

（2）杭州地区（际高公司资料提供）

1.79∶1 ㎡·Y 62.2KWh/㎡·Y 54.8KWh/㎡·Y 1.73∶1 1.67∶1 假定别墅单体建筑面积为300㎡，以杭州北秀湾会所作相似计算，该会所建筑面积为3047㎡，空调区建筑面积为2500㎡，全年总冷负荷为238234.02KWH（千瓦时），热负荷为76129.30 KWH（千瓦时）。 地区 空调全年采暖全年生活热水全年总热全年总冷总冷负荷 总热负荷 全年总热负荷 负荷 杭州 23456KWH 7496KWH 6744KWH 热负荷比较 14240KWH 1.65︰1 3、华北地区总冷热负荷比较

北京顺义联排别墅，建筑面积500㎡，全年总冷负荷为23054KWH，总热负荷为21590KWH。总冷负荷与总热负荷之比为1.07：1，全年总冷负荷与总热负荷基本持平。（际高公司资料提供）

北京地区单位建筑面积总冷热负荷各为62396 kWh/m2和160044 kWh/m2，总冷负荷与总热负荷之比为2.5：1。（深圳建科院资料提供） 4、分析结论

施工企业际高公司提供的结果与深圳市建科院提供的总冷热负荷资料的比较结果截然不同。际高公司资料显示，即使设置了生活热水平衡，华东地区总冷负荷仍多于总热负荷，北京地区总冷负荷与总热负荷基本持平；深圳市建科院资料显示，无论华东还是华北地区总热负荷都大于总冷负荷。

际高公司技术人员表示： 对于别墅等建筑密度小、占地面积较大、建筑负荷较小的建筑，宜按冷热负荷中最高的一方数值作为热泵

机组的选型依据，不必采用其他辅助冷热源，但要根据冷热负荷的不平衡情况，适当调整地下埋管的间距。 5、工程范例

际高公司工程实例：北京地区某别墅，建筑面积500㎡。 夏季建筑能冬季建筑能地热负荷排地热负荷吸耗（kwh） 一月 二月 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 合计 3155 3870 5547 4613 3163 20348 耗（kwh） 9202 6145 2169 2765 8676 28957 热量（kwh） 热量（kwh） 3681 4515 6471 5382 3690 23739 6901 4609 1627 2074 6507 21718 际高公司用地下换热器软件进行25年流体温度模拟计算，结果如下：需要钻孔数量为4个，双“U”管，孔深100米，孔间距6米；流体最低平均温度出现在第2年一月末，为4℃；流体最高平均温度

出现在第25年七月末，为31℃。这样，流体最低平均温度在5℃以下，地埋管换热器系统中需加防冻液；最高平均温度控制在31℃，系统可以高效运行。

九、地源热泵系统经济分析

以南京地区某别墅为例，假定建筑面积为400㎡的，计算冷负荷86.6W/㎡，计算热负荷为52.7W/㎡，计算冷负荷为34KW，计算热负荷为21.1KW。考虑同时使用系数0.8，则机组选型冷负荷为27.2KW，热负荷为16.9KW。

本项目预计需钻孔8个，每孔深约50米，粉质粘土每米钻孔费用为25~50元/米，岩石每米钻孔费用为150~200元/米。 1、地源热泵价格估算

（1）按重庆建筑大学实验文献估算：粉质粘土埋管造价以79元/米计，埋管造价约为3.16万元，合资主机加水泵等设备约比约克风冷主机贵1到1.5万元，风冷热泵系统总计造价以200元/㎡计，折算项目投资费用约为12.2~12.7万元，即每平米305元~317元。如地质为岩层，则折算项目投资费用约为16.2到18.7万元，即每平米405元~468元。

（2）参考北京康桥国际别墅方案估算：北京康桥国际别墅建筑面积300㎡，建筑总热负荷Q=18KW，采用垂直埋管方式将管路埋于地下，孔深50米，根据负荷计算，系统需6个环路，孔间距取6米左右,每个孔为一个环路，孔底部采用U型弯头连接，各环路采用并

联的方式连接，埋管后的孔需要回填，主机4万，地下埋管系统材料，1.47万，地下埋管系统敷设1.61万，室内空气系统1.5万，合计8.58万。折算成本项目投资费用约为13万元，即每平米324元。

（3）美意公司方案及项目估算：别墅打8口井；孔深60米，孔径约为110mm~150mm，孔与孔间距为4米(如果地下有石头或其他硬物，则需另外考虑)，地下埋管环路设计采用同程式。 名称 规格型号 数量 水水热泵机组 单价合计备注 （元） （元） 47260 制冷量13.7KW/台 MSR-J064 2台 23630 风机盘管 MFC51HB 6台 653 3918 2.7KW/台 风机盘管 MFC204HB 1台 1512 1512 10.8KW/台 地埋管循环水泵 室内循环水泵 1台 1258 1台 1160 1套 1258 1160 5000 机房部分估价 流量箱，阀门及其附 件 风管、水管、管材及 其附件安装费 1套 6500 室内安装部分估价

打孔费用，管材费 用，人工费，填料费等 总价

1套 38400 地埋管部分估价 105008 元 2、地源热泵与空气源热泵、VRV空调系统价格比较 （1）总价及单价比较 地源热泵系统 地源热泵系统 （粘土地质） （岩石地质） 总价 平米总价 单价 空气源热泵系VRV空调系统 统 平米单价 326元 平米单总价 平米总价 价 单价 13万324元 16.2~18.7405~4688万元 200元 13.1元

（2）使用寿命期每年静态投资费用比较 地源热泵系统 地源热泵系统 （粘土地质） （岩石地质） 万元 元 万元 空气源热泵系VRV空调系统 统 1.31万元/年 0.87万元/年 1.08 ~1.25万元/0.80万元/年 年 地源热泵

13万元÷15年=0.87万元/年（粘土地质）

16.2万元~18.7万元÷15年=1.08万元/年~1.25万元/年（岩石

地质）

空气源热泵系统

8万元÷10年=0.80万元/年 VRV空调系统

13.1万元÷10年=1.31万元/年

十、地源热泵应用现状

目前，我国已经形成了一批可以提供成熟热泵技术、产品和服务的厂家，如北京市计科能源新技术开发公司、北京恒有源科技发展有限公司、法国CIAT公司、山东富尔达公司、广州信利达热泵科技有限公司、际高集团有限公司、山东海利丰地源热泵有限公司、清华同方、富莱克斯、上海开利、中科能、东宇制冷、山东荷泽热泵厂等企业。清华同方、际高公司等一些企业自己已经有了较成熟的产品。还有一批从事地源热泵技术推广的相关单位，仅在北京地区，掌握地源热泵技术的系统集成商就有大约有20多家。

加拿大、美国等国外公司纷纷在中国设立办事处，并在中国合资办厂，美意公司在安吉设立了地源热泵生产线，美国专业地源热泵厂家埃美公司与宁波圣龙公司共同投资2500万美元生产地源热泵机组。

到2004年底，北京有500多万平方米的建筑利用地源热泵系统供暖(冷)。这些建筑既有普通住宅、办公大楼、高级宾馆，也有学校、幼儿园、商场、医院、敬老院、档案馆、体育场馆、厂房、污水场站、

景观水池等。大的建筑如北京金四季购物中心有118000平方米，小的建筑如海淀外国语学校体育馆有4000平方米。

上海世茂佘山庄园80栋别墅及会所等采用了地源热泵，长宁区新天地河滨花园，规划总建筑面积125167平方米， 其7,9,10,11号楼拟采用地源热泵技术。上海闵行区 “浦江智谷”将集成当今国际上成熟实用的外保温墙体、外遮阳窗、100%新风、楼板埋管和地源热泵等五大节能技术。美意工程师介绍，上海地区属于冲积平原，地表土壤层较厚，适宜采用地源热泵。

南京已有珍珠泉国际建筑公园、朗诗花园别墅安装了地源热泵，艺兰斋美术馆也考虑使用，南京江北的佛手湖附近将建的五星级度假村也正筹备利用这一技术。南京市测绘勘察研究院总工程师仲锁庆认为，南京市区地面覆盖层厚度大多在20~ 60米之间，引用这种空调技术从地面条件而言应该没有问题。

建设部办公厅联合建设部政策研究中心、 科技司 、北京市建委对北京市利用地源热泵情况进行了调研，调研指出：

“使用地源热泵技术，在北京地区仅供暖可节省能源30-50％。 根据现有实际工程测算，地下水式地源热泵，系统初投资为300-400元/平方米；土壤地源热泵系统，初投资约为350-450元/平方米。总体地说，初投资比之目前常规燃煤锅炉房供暖系统，高出1-3倍，比之热电联产集中供热系统，高出34％—150％。但这种比较均未计算传统供热输送基础设施投资，也未量化计算地源热泵系统除供暖，还能制冷，提供新风、热水的带来的成本节约。”

不久前，由中国建筑科学研究院主编的《地源热泵供热空调技术规程》已通过专家委员会审查，该规程规范了地源热泵系统的施工及验收，使地源热泵设计及施工管理有章可依，也标志着地源热泵技术在我国走向成熟。

这一切都预示，大规模推广土--气型地源热泵技术的形势将在几年内形成，北京、上海、南京使用地源热泵的技术环境和社会环境已经成熟。

天津由于凿井容易造成咸淡水串层，导致水污染，天津对地埋管式地源热泵凿井严格控制，要求地埋管式地源热泵项目办理凿井审批手续， 并对施工过程及后期运行实施监督。 十一、总结与结论

风冷热泵的制冷制热与外界环境相逆，冬季吸取空气中的热量，排出再冷空气；夏季向室外排出再热空气，导致室外环境更加恶劣。而地源热泵冷热源取自地下相对恒温土层，对环境气候几乎没有影响。同时地源热泵对建筑外立面没有要求，不影响建筑外立面观感。

制冷时，地源热泵空调系统COP值高于空气源热泵系统，与家用VRV空调系统COP值相当。制热时，外界气温越低，空气源热泵和家用VRV空调系统效率衰减越明显，当室外温度在-6~3℃时，空气源热泵和家用VRV空调系统效率因结霜徒然下降，室外温度低于-15℃时，机器不能运转，采暖时，空气源热泵和家用VRV空调系统实际效率很低；而地源热泵系统受外界环境影响小，不会结霜，即使室外严寒，机组运行仍平稳正常，效率影响不大，地源热泵在采暖方面的优势尤

其显著。

粘土地质地源热泵空调系统总造价高于空气源热泵系统，略低于家用VRV空调系统；岩石地质地源热泵空调系统总造价高于空气源热泵系统和家用VRV空调系统。折算成每年设备静态投资，粘土地质地源热泵空调系统年投入与空气源热泵相当，远低于家用VRV空调空调系统；岩石地质地源热泵空调系统年投入高于空气源热泵系统，低于家用VRV空调空调系统。

地源热泵系统在国外已有50的研究和应用，国内对地源热泵的研究也有十几年，近五年国内地源热泵的研究和应用已成蓬勃之势，地源热泵的技术环境与社会环境已基本成熟，《再生能源法》和《地源热泵供热空调技术规程》即将颁布。 综上所述，天津由于凿井容易造成水污染，地源热泵项目需政府审批，天津地区采用此技术应慎重。在北京、上海和南京地区，尤其是在采暖需求较大的北京，在粘土层较厚、地质条件较好的区域，建设容积率较低的别墅建筑，最适合采用地源热泵技术。 十二、其他建筑类型中地源热泵的应用方式

对于住宅和中小型建筑，设计热负荷高于设计冷负荷，宜按冷负荷来选配热泵机组，夏季仅采用地源热泵来供冷，冬季采用地源热泵和辅助热源联合供热；设计冷负荷高于设计热负荷，宜按热负荷来选配热泵机组，冬季仅采用地源热泵供暖，夏季采用地源热泵和冷却塔联合工作。

对于大型建筑，为保证系统的安全可靠和降低系统的初投资，宜

采用复合式系统。由于设计冷热峰值负荷出现的时间短，按设计冷热负荷匹配将导致机组容量和系统投资增加。宜按基本负荷来匹配地下换热器，其余冷负荷排热由冷却塔来承担，热负荷由辅助热源来承担。

策划设计

中心

杨海

波

二OO五年十一月

二十二日

附件：建设部办公厅“对北京市利用地源热泵情况的调研”

工作调研与信息

应大力推广使用新型和可再生能源

建设部办公

厅 2005年4月1日

---对北京市利用地源热泵情况的调研

根据部领导的指示，3月9日，建设部调研小组与北京市建委的有关同志，对北京市利用地源热泵技术的情况进行了调研。调研组与恒有源科技发展有限公司、北京友谊医院、山东富尔达公司、中电国华北京热电分公司等单位的负责人和技术专家进行了座谈，并实地考察了海淀区法院大楼等利用地源热泵技术的示范工程，通过会议座谈、实地考察、资料查考，并会同有关专家研究讨论，对于北京市利用地源热泵的状况有了初步了解，现将有关情况报告如下： 一、关于地源热泵技术及在全国的应用概况

地源热泵是一个广义的术语，它包括了使用土壤、地下水和地表水作为热源和冷源的系统，即地下土壤热交换器地源热泵系统、地下水热泵系统、地表水（湖水、河水、海水及污水）热泵系统。 地源热泵供暖（冷）系统通过吸收大地的能量，包括土壤、井水、湖泊等天然能源，冬季从大地吸收热量，夏季向大地放出热量，再由热泵机组向建筑物供冷供热，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调供暖系统，可广泛应用于商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等建筑物。据专家测算，我国浅层地能资源潜力巨大，仅百米内的土壤每年可采集的低温能量约为1.5×1012kw，而百米内地下水的每年可采集的低温能量约为2.2×108kw，分别相当于目前我国发电装机容量4亿kw的3750倍和一半。

地源热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉或增加辅助加热器，没

有氮氧化物、二氧化硫和烟尘的排放，因而无污染。由于是分散供暖，大大提高了城市能源安全。简单的系统组成，使得地源热泵系统无需专人看管，也无需经常维护，运行和维护费用低。简单的控制设备，运行灵活，系统可靠性强。没有冷却塔和其它室外设备，节省占地和空间。通常机组寿命均在15年以上。供暖（冷）的同时，可提供生活热水。

20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。经过近50年的发展，地源热泵技术在北美和欧洲已经非常成熟，是一种广泛采用的供热空调系统，有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。在美国地源热泵系统占整个供暖空调系统的20%，是美国政府极力推广的节能环保技术。目前美国地源热泵的销售数量以每年20%的速度递增。

在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近5年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践，与此相关的热泵产品应运而生，掀起了一股“地热空调”的热潮。在工程应用方面，地下水地源热泵应用最多，主要采用“异井抽灌”和“单井抽灌”技术，最大单项工程建筑面积已达16万平方米。土壤源地源热泵发展最快，最大单项工程建筑面积已达13万平方米。1996年至今，在北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北、上海、西藏等地建成了地源热泵工程，全国地源热泵系统的应用估计超过2000万平方米，地源热泵技术正被越来越多

的人们所了解。

二、北京市地源热泵应用情况和未范项目节能效果分析 （一）应用情况

近几年来，北京利用地源热泵技术为建筑物供暖（冷）的工程项目数量迅速增加。到2004年底，北京有500多万平方米的建筑利用地源热泵系统供暖（冷）。既有普通住宅、办公大楼、高级宾馆，也有学校、幼儿园、商场、医院、敬老院、档案馆、体育场馆、厂房、污水场站、景观水池等。大的建筑如金四季购物中心有118000平方米，小的建筑如海淀外国语学校体育馆4000平方米。恒有源科技发展有限公司自2001年在北京推出中央液态冷热源环境系统后，到2004年10月，应用工程已超过百项，面积达到200多万平方米。 据初步了解，目前，已经形成了一批提供供热泵技术、产品和服务的厂家，如北京恒有源科技发展有限公司、山东富尔达公司、法国CIAT公司、清华同方、富莱克斯、上海开利、中科能、东宇制冷、山东荷泽热泵厂等。还有一批从事地源热泵技术设计的单位。在北京地区，掌握地源热泵技术的系统集成商大约有20多家。 （二）示范项目节能效果分析

1、海淀区政府项目。该建筑为办公楼，建筑面积57000平方米，为普通非保温建筑。2003-2004年一个采暖季，在既供暖、又供新风和热水的情况下，每平方米耗电量31.91度，折合标准煤12.5公斤。如与采用燃煤锅炉房供暖能耗每平方米25公斤标准煤相比①，节能50%。

2、海淀区法院项目。该建筑为办公楼，建筑面积28978平方米，为普通非保温建筑。2003-2004年一个采暖季，在既供暖、又供新风和热水的情况下，每平方米耗电量26.12度，折合标准煤10.23公斤。如与采用燃煤锅炉房供暖，能耗每平方米25公斤标准煤相比，节能59%。

3、松麓饭店项目。该项目属于宾馆建筑，建筑面积10400平方米，是既有的普通非保温建筑。也是北京市统计局信息咨询中心监测的11个采用地源热泵技术中耗能排行第二高的项目，2003-2004年一个采暖季，在既供暖，又大量供应热水的情况下，每平方米耗电48.82度，折合标准煤19.13公斤，如与原燃煤锅炉房供暖能耗每平方米25公斤标准煤相比，节能24%。

4、北京菊儿胡同小区。该小区用地下水热泵供暖。每平米供暖折标准煤15公斤，比原燃煤锅炉房供暖能耗每平方米25公斤标准煤相比，节能40%，投资增量回收期约为6年。 5、初步结论

能耗。通过对典型项目的比较分析，使用地源热泵技术，仅供暖，可节省能源30-50%。

初投资。根据现有实际工程测算，地下水式地源热泵，系统初投资为300-400元/平方米；土壤地源热泵系统，初投资约为350-450元/平方米。总体地说，初投资比之目前常规燃煤锅炉房供暖系统，高出1-3倍，比之热电联产集中供热系统，高出34%-150%。但这种比较均未计算传统供热输送基础设施投资，也未量化计算地源热泵系

统除供暖，还能制冷，提供新风、热水带来的成本节约。

运行费用。根据北京市统计局信息咨询中心对采用地源热泵技术的11个项目的冬季运行分析报告，在供暖的同时，还供冷、供热水、新风的情况下，单位面积费用支出从9.48-28.85元不等，63%的项目低于燃煤集中供热的采暖价格，全部被调查项目均低于燃油、燃气和电锅炉供暖价格。据专家初步计算，使用地源热泵技术，投资增量回收期约为4-10年。

三、推广应用中的主要问题

目前，地源热泵技术在推广应用过程中存在的主要问题表现在： （一）认识问题。由于我国长期以来对于节约能源和保护环境的宣传教育不够，没有形成强大公共舆论和社会环境，使得社会各方对于使用节能技术和设备缺乏紧迫感，积极性、主动性不够。此外，地源热泵技术开发使用过程短，社会对其认知不足，尤其是业主单位的主要决策人员的认知不足，直接影响此项新型能源技术的广泛使用。 （二）价格问题。地源热泵技术的初投资看似偏高影响着一些业主对于采用该技术的选择。但该系统免除了能源传递输送过程的基础设施投资，以及该系统还能同时供冷和供新风，综合成本大大节约的这种价格优势。并未能被业主全面认识。

（三）设计问题。设计单位普遍对此项能源技术不甚了解，在设备选型中不予使用或者使用不恰当。北京市有设计单位500多家，但对于地源热泵技术具有全面系统了解并能够应用的，为数很少。在调查中我们也看到某使用单位在使用该技术的过程中出现了设计偏于

保守，设备数量配置偏多的情况。

（四）传统能源使用的惯性。如北京市已经形成了使用传统能源的基础设施、管理服务设施和体系，传统的能源使用方式也在进行技术改造，扩大用户，形成规模，事实上形成了与新型可再生能源使用的竞争和冲突问题。 四、几点建议

（一）即刻着手组织进行科学权威的经济、技术、环境评价。为了科学、慎重、有效地推广使用地源热泵技术，应当由有关主管部门，按照规定的程序，对于该技术及其使用效果，进行经济、技术、环境的权威评价，以明确其宜使用范围，使用的限制条件，必须配套使用的技术、设备，与技术使用相应必须采取的保护环境和生态的措施等，为推广这一技术打好基础。

（二）在能源使用政策中给予新型可再生能源以应有的地位。政府的能源使用政策对于推广新型能源的使用至关重要。例如北京市“煤改气”的政策，就彻底改变了该市原有的能源使用结构。国家和地方的能源政策应当给予浅层地热能源以应有的地位，逐步地建立起不可再生能源和可再生能源相结合，新型可再生能源比重不断加大的能源使用结构。

（三）制定地方能源使用种类和区域布局的专门规划，明确地方的能源使用技术路线，从整体规划中安排新型可再生能源的使用范围。目前，能源的使用存在多种可替代的产品结构和技术路线。各地方应当根据本地能源的自然分布情况、能源使用的历史和现实、基础

设施状况，本着加大使用新型可再生能源种类、数量的思想，进行综合的技术经济分析，进行能源使用结构和区域布局的总体规划，注意提高新型可再生能源的使用比重。

（四）制定鼓励使用新型可再生能源的经济政策。业主是建筑物使用何种能源的决策者，业主的决策依据更多地偏重于经济性。因此，可以采取如下的政策措施，剌激业主使用新型可再生能源替代传统能源。

1、通过新型可再生能源技术进步等途径降低能源的最终产品使用价格。

2、对于使用可再生能源的业主减免税负、给予补贴。对于确实没有使用传统能源基础设施的工程建设项目减免应当缴纳的基础设施配套费。对于新型可再生能源技术、设备提供商适当减免营业税。 3、对使用不可再生能源的供热、供冷系统适当征收能源使用税，提高不可再生能源的最终使用价格。

4、建立节能技术开发、投入的政策性融资机制，对于新型可再生能源的研制和相应投资部分给予全额或适当额度的贴息贷款。 5、推出建筑物使用过程能源消耗和能源成本的标准计算方法，并在建设工程竣工验收报告和售房说明书中明确标识，引导全社会树立建筑物全寿命能源消耗和能源成本的意识，正确进行能源使用投资选择。

（五）使设计开发单位成为新型可再生能源使用的积极倡导者和实践者。一方面。尽快地制定成熟的可再生能源的使用规范和标准，

使得新型可再生能源的使用有规范、标准可依；另一方面，要定期对于设计人员进行继续教育，将一些有关节约能源的规范和技术做为强制性的继续教育的内容，使设计人员能够掌握最新的节能技术，并在设计中加以贯彻和应用。

（六）对于政府投资工程，强制使用技术成熟的可再生能源替代传统能源。建设行政主管部门等相关部门可联合要求政府投资工程限时达到节能标准。地方可以结合本地实际情况，制定政府投资工程推荐使用新技术、新材料、新工艺一览表，将一些成熟的节能技术列入其中；同时加强对于政府投资工程的施工图审查，将使用节能技术的情况作为审查的重要内容。

（七）加大对于传统的能源使用制度的改革。通过供热制度改革，将政府的暗补改为明补，将居民的间接消费变为直接消费，建立节约能源，促进使用新型可再生能源的利益机制。

（八）加强对于相关的科学研究的投入和推广。国家对于节能效益显著，具有良好应用前景的新型可再生节能技术的基础研究，应当给予一定的研究经费支持，对于具有商业价值的应用研究，应当以企业为主体展开。建设行政主管部门应当建立一个建筑节能技术及相关技术的宣传推广平台，在该平台上，及时公布一些技术成熟、经济可行的节能技术。建设行政主管部门还可以推出节能示范工程，将其所使用新型节能材料、技术、工艺给予权威展示，也是一个很好的宣传推广途径。

①据涂逢祥、王庆一《建筑节能研究报告》。1980-1981年北京

市居住建筑节能设计标准规定的基准数，即通用设计计算值，采暖能耗相当于每平方米消耗标准煤25公斤。

调研组组长：王铁宏 王珏林 张兴野 技术顾问：徐 伟

成 员：李德全参加单位：建设部政策研究中心 执 笔：李德全

梁俊强 刘波 刘肖群 王俊清 科技司 北京市建委 中国建筑科学研究院 刘 波

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