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热泵供热技术应用现状及发展趋势

焦平坤

山东易可润能源环境设备有限公司2015-11-18


主要内容热泵供热技术的应用背景

常见的热泵供热技术及其特点

热泵供热技术的应用领域及现状

制约热泵技术推广发展的因素

热泵供热技术的发展动向


热泵供热技术的应用背景全国供热需求面积每年平均以10%的增长率递增，供热能力（热源）严重不足。


热泵供热技术的应用背景

雾霾中国酸雨中国


热泵供热技术的应用背景

供热方式

分散供热集中供热

热泵锅炉房

燃气锅炉燃煤锅炉

燃油锅炉生物质锅炉

电锅炉

空气源热泵水地源热泵

多热源集成热泵


常见的热泵供热技术及其特点热泵分类及工作原理

空气源热泵水地源热泵


空气源热泵供暖系统


水地源热泵

土壤源热泵系统：水平埋管、垂直埋管

地表水热泵系统

地下水热泵系统

水地源热泵分类

地表水热泵系统：开式系统、闭式系统

地下水热泵系统：全部回灌、部分回灌


土壤源热泵供暖系统


地下、地表水热泵供暖系统


热泵供暖系统的经济性分析


几种制热方式的能量利用系数

供暖方式能量利用系数

热污染（热排放）计算条件

电热直接采暖 0．34 0.66 热网效率0.98，电厂供电效率0.35

分散锅炉 0．64 0.36 热网效率0.98，锅炉效率0.65

集中锅炉 0．78 0.22 热网效率0.98，锅炉效率0.8

空气源热泵 1．03 -0.03热网效率0.98，电厂供电效率0.35，制热系数为3

水地源热泵 1．58 -0.58热网效率0.98，电厂供电效率0.35，制热系数为4.6



常见几种热能价格 RMB/GJ

热能类型价格说明

燃煤锅炉 52 泰安市热电厂销售给热力公司的价格

燃气锅炉

114天然气价格3.5元/m3，热值33MJ/m3,锅炉效率95%，热网效率98%

72天然气价格2.5元/m3，热值36MJ/m3,锅炉效率98%，热网效率98%

热泵

59 电价0.5元/kWh，热泵COP=2.4,热网效率98%







几种供热方式对环境的影响(提供同样的100kJ热量)

供热方式 \污染物排放量CO2 SO2 NO2

燃气锅炉 2．1L 2．5 mL 1.66mL

燃油锅炉 4．5L 6．5 mL 3.6mL

电锅炉 6．1L 8．7 mL 4.8mL

水地源热泵 0 0 0

热泵供暖系统的环保分析


热泵供热技术的应用领域及现状

热泵绿色供热中心


家庭热水+采暖

住宅小区热水+采暖

校园热水+采暖

医院热水+采暖

车间、高铁站等大空间采暖

温室大棚采暖

warm

warmwarm warm

warmwarm


全国采暖区域划分

哈尔滨

克拉玛依

北京、天津

上海

广州、深圳

济南


空气源热泵全国市场分布从图上可以看出空气源热泵主要分布在中国的中南部


水地源热泵全国市场分布

从图上可以看出水地源热泵主要分布在中国的华北、华东、华中、华南。


水地源热泵市场占比分析


水地源热泵市场增速


制约热泵技术推广发展的因素

制约因素

技术因素非技术因素

空气源热泵地表水热泵土壤源热泵

超低温空气源超低温水源土壤热平衡

电垄断

供热许可

国家推广政策

国家资金扶持


空气能是分散能源，制热速度慢，热效率较低；空气源热泵当室外温度较低时，容易出现结霜问题；

当室外温度低于零下7℃左右的时候，普通的空气源工作效率降低50%左右甚至不能工作；受地域限制，空气能热泵更适合在中南部使用；

技术难点（空气源）

解决办法（超低温空气源）

利用喷气増焓技术，超低温空气源热泵可以在-25℃的

低温环境下高效工作，由于其低环温，高水温的运行特性，北极星非常适用于中国的华北，华东的长江流域，西北等地区，也适用于东北的大多数地区。


超宽的运行范围超低温空气源热泵


超高能效

结论：制热运行时，当环境温度相同时，超低温喷气増焓比普通热泵能效高出15%,能力高出20%以上。

超低温空气源热泵


埋地换热器受土壤性能影响较大，土壤的热工性能、能量平衡、土壤中的传热与传湿对传热有较大影响；连续运行时热泵的冷凝温度和蒸发温度受土壤温度的变化发生波动；土壤导热系数较小，换热量较小。已有的经验表明，其持续吸热速率一般为45W/m，所以当供热量一定时，换热盘管占地面积较大，埋管的敷设无论是水平开挖布置还是钻孔垂直安装，都会增加土建费用。

土壤源热泵技术难点


土壤源热泵热平衡装置

本装置采用工程实践法，利用测量仪表计量地源热泵系统夏季实际排入地下土壤中的热量和冬季实际从地下土壤中提取的热量，并计算出排热和取热的差，然后根据差额的方向和大小，控制额外的散热设备或补热设备的运转，并计量其相应的散热量或补热量，使其散热量或补热量与地源热泵系统的热不平衡差相等，从而使地源热泵系统的热不平衡率维持在5%以内


地表水冬季温度低，无法使用

开发了超低温的水源热泵低至进水温度4℃低至出水温度0.5℃已可靠使用超过4年时间

地表水的权属（江河湖海）

地表水的使用费用

地表水源热泵技术难点

低温水源热泵


多热源互补供热技术

热泵供热技术的发展动向

峰谷电价蓄热技术

供暖水温度区间的发展

热泵将成为集中供热主角


多能互补太阳能热泵采暖系统


多热源（空气源+太阳能）热泵采暖系统


在冷负荷大于热负荷时，若以夏季冷负荷设计埋管会大大增加初投资，冬季又浪费能源，因此可以采用冷却塔辅助冷却，减少埋管尺寸，降低安装费用。这种形式的系统已成功运用在了多个商用建筑中。

冷却塔补偿系统

冷却塔辅助冷却复合地源热泵采暖系统


在北方，热负荷大于冷负荷，采用太阳能板辅助加热，可以减少土源热泵的尺寸，提高热泵效率。夏季还可以提供生活用热水。

太阳能辅助加热复合地源热泵采暖系统


背景

随着我国经济的发展、城市规模的扩大和用电结构的改变，使得城市以及地区电网昼夜电力负荷差值越来越大。空调系统是用电大户，迄今，发达地区大中城市，空调用电负荷已达电网总负荷的25%以上，由于空调用电与电网峰谷基本同步，使得电力负荷峰谷差较大，影响电网安全、合理和经济运行。因此，使用蓄冷蓄热技术对电网“削峰填谷”起着至关重要的作用。

原理

水蓄冷技术将夜间电网多余的谷段电力与水的显热相结合来蓄冷，并在白天用电高峰时段使用蓄藏的低温冷冻水提供空调用冷。

蓄热（冷）节能技术


蓄冷部分

蓄冷总量主机供冷部分

蓄冷方式下

的装机容量

22:0008:00 18:00 22:00

蓄冷运行时间空调运行时间

非蓄冷方式下的装机容量

负荷

低电价高电价



电力负荷峰谷差能源浪费

用户侧调峰最佳手段：蓄冷

社会效益（能源合理化利用）

峰谷电价差政策降低用户运行费用经济效益（享受低价电力）

蓄热（冷）的应用意义


高大空间采暖节能（trnsys）数值模拟

10元/平方米*季，只有燃气辐射采暖的20%，节约80%的运行费用

远程定位射流节能技术


高温热泵技术

喷气冷却循环


高温热泵技术

专用冷媒EEEGreen RR03

热水温度可达到98℃


热泵供热-集中供热的新主角

河北省计划2017年新增新能源供热面积达到8千平方米以上，将全部采用废热供暖、天然气供暖、地源热泵供暖等环保的供热方式。

青岛市今年利用清洁能源的供热面积达470．6万平方米，其中土壤源热泵274．6万平方米、污水源热泵110．3万平方米、海水源热泵85．6万平方米，覆盖3．5万户居民。按每户90平方米计算，可节约标准煤15万吨，年减排二氧化碳37．4万吨。

天津市供热面积达3.73亿平方米，其中，热电联产、燃气和清洁能源比例达到64.7%，燃煤锅炉下降到35.3%。

济南市2015年将有超过50万平方米的供热面积采用新能源供热。预计整个采暖季将会减少标准煤消耗7500吨，减少二氧化碳排放18693.75吨。


典型应用案例

面积：17万平米类型：小区系统：螺杆式水 + 风机盘管使用：I期7万平米使用3年，II期10万平米使用1年，III期施工中费用：采暖9元/平方米*季，制冷0.18元/平方米*天

河南安阳恒昌上海城小区（水源热泵）

空气源热泵

面积：13000平方米

性质：展厅

空气源热泵


性质：娱乐


典型应用案例

面积：3.2万平米使用：3年费用：10元/平方米*季，只有燃气辐射采暖的20%，节约80%的运行费用

山东煤机集团土壤源热泵+高大空间采暖节能（trnsys）数值模拟系统


典型应用案例

低温水源热泵


性质：综合商厦

低温水源热泵

面积：13万平方米

性质：住宅小区

使用：3年


Many Thanks！

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