地源热泵在国外的发展
时间:2022-02-08
点击:
110
地源热泵诞生于20世纪80年代中期，这是指地源热泵作为真正兴起的一门新技术，并开始获得了应用与发展的时期。但是地源热泵的概念（或称新设想）最早出现在1912年瑞士佐伊利的一份专利文献中。之后的几十年，地源热泵基本处于实验研究状态，并开始先后有地表地下水热泵系统、地下地下水热泵系统、土壤耦合热泵系统的问世与发展。
1.地表地下水热泵
20世纪30年代，地表地下水热泵系统问世，是地源热泵中最早使用的热泵系统形式之一。欧洲第一台较大的热泵装置是1938～1939年间，在瑞士苏黎世市政大厅投入运行的。它以河水作为热源，供热能力175kW；日本于1937年在大型建筑物内安装了以泉水为热源的热泵空调系统。
20世纪40～50年代，瑞士、英国早期使用的热泵装置中大部分是地表地下水热泵。瑞士和英国早期使用的典型的地表水热泵系统列在表3-2中。
表3-2 瑞士和英国早期典型的地表地下水热泵系统
由表3-2可见：
（1）20世纪40～50年代的瑞士和英国的地表地下水热泵系统的供热量比30年代大。一般均大于1500kW，远远大于30年代地表地下水热泵的供热能力。
（2）瑞士和英国的地表地下水热泵的用途也比30年代广泛。除了用于建筑物采暖外，还用于游泳池加热、人造丝厂工艺加热和鞋厂空调等。
欧洲其他一些国家也开始安装地表水地下水热泵系统，例如：
1954年比利时在韦斯德雷的水厂里安装1台地表地下水热泵，供热量为465kW，以河水为低位热源，性能系数为3.3～3.5。
1956年法国在巴黎广播电台大楼安装1台以泉水为低位热源的热泵空调系统，制热量为4.9MW，制冷量为2.8MW。
这个时期的地表地下水热泵系统虽然处于起步阶段，但由于它在运行中充分显示节能性，对今后地表地下水热泵的发展起到了一定的示范作用。
20世纪70年代末80年代初在瑞典和原苏联等区域供热较发达的国家开始应用以地表水、地下水、城市污水和工业废水为低位热源的大型热泵站，单机容量在几兆瓦。尔后，在美国、日本、罗马尼亚、丹麦、德国也得到了迅速发展，单机容量甚至达到30MW，总装容量达到160MW。
20世纪80年代以来，瑞典建立了一批大型热泵站。现将以湖/海水、地下水为热源的热泵站列入表3-3中。到1987年，已有约100座热泵站投入运行，总供热能力达到1200MW，已成为世界上应用大型地表地下水热泵站的代表国家之一。
表3-3 瑞典的地表水源和地下水源的大型热泵站
1987年，原苏联的杨图夫斯基等人对热泵站供热与热化电站、区域锅炉房集中供热进行比较，得出可节省燃料29.7%～32%，提出了利用莫斯科河水作低位热源的热泵站区域供热方案。
尔后，大型地表水源、地下地下水热泵在欧洲各国开始兴建。芬兰有6台MW级装置；荷兰有1套1.5MW装置；罗马尼亚有7.5MW的吸收式热泵15套，2.9MW的10套，8.7MW的1台，用于区域供热，连同其他约400套中型压缩式热泵一起，每年节约30000t煤当量。
1982年丹麦建造最早的海地下水热泵站，供区域供热，到1990年，区域供热用热泵装机容量达350MW，热泵台数可达100台。
2.地下地下水热泵
地下地下水热泵诞生于20世纪30年代。凯姆勒和奥格勒斯贝在他们所著《热泵应用》一书中提到，到1940年美国已安装了15台大型商业用热泵，其中大部分是以井水为热源。表3-4给出截至1940年美国地下地下水热泵系统。1937年日本在大型办公楼内安装2台194kW压缩机带有蓄热箱的井地下水热泵系统，其性能系数达4.4。
表3-4 截至1940年地下地下水热泵供暖系统
美国有20世纪40～50年代里应用的地源热泵主要是地下地下水热泵。1948年地下地下水热泵系统在俄勒冈州运行之后，美国西部乃至全美均开始大量安装地源热泵，华盛顿逐渐成为美国地源热泵安装和使用的领头羊。1950年，美国拥有约600台热泵，其中53%为地下水热泵。早期安装的大部分都是地下地下水热泵，由于采用的是直接式系统，这些系统在建成5～15年都由于腐蚀和生锈失效了。由此地下地下水热泵系统的应用进入低潮期。直到20世纪70年代，世界石油危机的出现，又引起人们对地下地下水热泵的关注与兴趣，又开始大量安装与使用地下地下水热泵。由于欧洲板式换热器的引入，闭式地下地下水热泵系统系统的安装与使用更为广泛。1983年地下地下水热泵被认为是一种省钱和节能的采暖空调方式。
20世纪90年代以后，环保要求的进一步提高，美国地下地下水热泵系统的应用一直呈上升趋势。美国能源信息部的调查表明：美国地下地下水热泵的生产量1994年、1995年、1996年、1997年分别为5924台、8615台、7603台、9724台，除了1996年外，基本呈直线上升趋势。美国在过去的10年内，地源热泵的年增长率为12%，每年大约有5万套地源热泵在安装，其中开式系统占15%。在肯塔基州的路易维尔市的一幢旅馆办公建筑中安装的供热能力为10MW的地下地下水热泵空调系统是全美最大的系统，也是世界最大的地下地下水热泵系统。
欧洲一些国家由于采取积极的促进政策（包括财政补贴、减税、优惠电价和广告宣传等），热泵市场等到快速发展。1997年欧洲发展基金会重新提出热泵发展计划。到2000年，欧洲用于供热、热水供应的热泵总数约为46.7万台，其中地下水热泵约占11.75%。一些国家热泵应用情况列入表3-5。
表3-5 欧洲各国热泵的应用
3.地埋管式地源热泵
地埋管式地源热泵技术初始于美、英两国。20世纪40年代末50年代初，由于地源热泵技术的日趋成熟，有力地促进了浅层地热能的广泛利用。近几年来，各国浅层地热能的开发利用规模和发展速度都在快速增长。从国外发展趋势看，开发利用浅层地热能（蕴藏于地球浅部岩土体中的低温能源），将是地热资源开发利用的主流和方向。
