来自技术节能的热泵

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  在建筑节能成为当务之急的今天,节能率达80%的热泵空调作为技术节能的新景观,对中国每年20亿平方米的建筑市场充满了诱惑。
  热泵作为一种能量增值技术,已广泛应用在工业和民用建筑领域。尤其是在建筑节能方面,热泵正扮演着重要的技术节能角色。2月16日建设部副部长仇保兴在国务院新闻办主持的建设部专题新闻发布会上强调,建筑节能主要包括使用墙体保温、门窗保温、供热系统、新型可再生能源,包括太阳能、地源热泵、水源热泵等。
  据悉,建筑物的采暖与空调能耗在国民经济总能耗中占有相当大的比例,我国的建筑能耗平均接近总能耗的20%,而在建筑能耗中,暖通空调能耗约占85%。中国正处于快速城镇化和工业化发展的时期,每年新建约20亿平方米的建筑总量,接近全球总量的一半。空调在我国建筑物中的快速普及使得我国空调总量已达到2000万台,占全世界空调利用率的12%。提高能源利用效率、调整能源结构、大力推广和发展节能环保节水新技术已经成为暖通空调行业研究的主要方向。
  热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热,经过电力做功,输出可用的高品位热能的设备,可以把消耗的电力变为3倍甚至6倍的热能。全国人大常委副主任王维城教授认为,热泵技术是科学、清洁的节能技术,采用热泵技术供暖比直接燃烧煤或天然气,可节能20%以上。
  能量无处不在,只要善加利用,都可以转变成可以再度利用的资源。以城市污水为例,其中存储着大量的低品位能量,以1万立方米/日计算,冬季从污水中提取温差7度的热量,可为约8.37万平方米的建筑供暖;夏季向污水中释放温差12度的能量,可为约6.5万平方米的建筑供冷。北京城市排水集团总经理杨向平介绍,2008年北京市的城市污水处理能力将达到268万立方米/日,可利用的能量为1298兆瓦,如指标按50瓦/平方米计,约可为3370万平方米的住宅供热,占现在北京市供暖面积的20%。
  同时,这种清洁的能量增值技术对因为燃烧而引起的环境污染有极好的减少作用。2004年,美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多水源热泵厂家组成的“美国水源热泵协会”做了一项调查统计:每年安装40万台水源热泵空调将降低温室气体排放1百万吨,相当于减少50万辆汽车的污染物排放或植树1百万英亩,每年节约的能源费用达4.2亿美元。
  据了解,热泵空调由压缩机、截留装置、蒸发器和冷凝器四部分组成。它的工作原理是外部热量通过压缩机压缩,变成高温高压的气体,通过冷凝器放热时送出热风后,变成高温高压的液体;高温高压的液体通过截流装置到蒸发器中再由液体变成气体,通过吸热送出冷风;蒸发后的气体被压缩机吸回,经压缩机压缩后重新变成高温高压液体,形成循环系统。
  热泵技术使获得能量的代价为能量的搬运成本,节省了初始的基础能量成本,从而使1度电获得3度电的能量,减少了产生初始能量的燃烧成本。与直接用电采暖相比,采用热泵可节电80%以上。若生产和生活中需要100度以下的热水,采用热泵比直接采用锅炉供热可节约燃料50%。
  热泵按照取源的不同,分为水源热泵、空气源热泵和地源热泵。据中国建筑学会暖通空调专业委员会主任吴元炜介绍,水源热泵空调是中国开发时间最早的热泵技术,现在已进入技术和产品成熟阶段。中国水源热泵空调投入运行的面积已超过2000万平米,使用类型最多的是水环热泵空调。空气源热泵空调的发展时间虽然略晚于水源热泵空调,但发展速度更快,已经大面积地推广到除中央空调系统之外的家用空调和新型的户式中央空调之中。全国现有的2000万台使用空调中,有75%的冷暖空调都采用了热泵技术。而土壤源热泵空调的应用较晚,目前还处于开发阶段,在全国的投入运营面积只有500万平米。
  按照一次性造价计算,水源热泵空调的成本最低,其次是空气源热泵,地源热泵空调造价最高。这是水源热泵得以在中国广受青睐的原因。在东北有些地区,淡水源热泵空调的造价已经由刚上市的110元/平米下降到了60-80元/平米,与传统城市热网70-80元/平米比已经基本一致,如果加上夏季制冷和热水供应的功能,以及使用的能源费用节约的话,具有非常强的经济价值。
  从经济性能看,热泵空调大大降低了取暖和制冷费用。根据各地采暖期长短和温度的不同,使用热泵空调平均一个采暖季的采暖费用由11-18元/平米不等,大大低于20-26元的水平。此外,冬季取暖、夏天降温和生活热水都可以通过大型热泵机组一机获得,减少了用户在夏季和热水方面的投资。
  我国政府大力倡导热泵空调节能技术的推广。最近,国家发改委联合建设部确立了大连作为我国第一个海水源热泵技术规模化应用示范城市。按照国家《建筑节能实施方案》要求,示范城市在“十一五”期间,水源热泵供热、供冷要达到500万平方米以上。示范内容包括水源热泵供热、供冷和相关的技术研发集成及产业化。对示范城市的示范项目,国家将提供专项资金用于补贴70%的增量成本。目前,大连被建设部初步确定的试点项目有小平岛、大窑湾、星海湾国际假日公寓、地博湾等4个,按照每平米90元的设备增量造价计算,每个项目的拨款额在300-700万之间。
  在国外,海水及土壤源热泵空调系统真正意义上的商业应用也只有近二十年的历史,但发展相当迅速。在中、北欧,海水源及土壤源热泵的研究与应用比较多,如瑞典、瑞士、奥地利、丹麦等国家,在民用住宅的供热装置中,热泵所占比例瑞士为96%,奥地利为38%,丹麦为27%,瑞典在利用海水源热泵集中供热供冷方面尤其发达。美国热泵技术的发展则以土壤源为主, 1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中新建筑中占30%,并且每年以10%的速度稳步增长。此外,加拿大、澳大利亚等国家海水及土壤源热泵也非常发达。
  与这些国家相比我国在地源热泵机组的优化设计和工程应用方面有相当大的差距,关键核心产品还需要进口,导致热泵产品成本较高,影响推广应用。加强核心技术攻关,研制具有自主知识产权的热泵产品已成当务之急。
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