地源热泵热水系统在广州地区的应用分析

发现一篇很有研究价值的文章,推荐给网友们;

地源热泵热水系统在广州地区的应用分析*

陈文明1，王成勇1，王雁生1，胡映宁2，林俊2

（1.广东工业大学机电工程学院，广州 510090；2.广西大学机械工程学院，南宁，530004）

Introduction of ground-source heat pump systems（gshps） applied in hot-water supply in Guangzhou

[摘 要]本文针对广州地区生活热水供应的现状与面临的问题，通过将地源热泵热水系统与几种常用的热水系统进行对比，分析地源热泵系统在技术性、经济性等方面的优势；从政策、技术基础、地质气候等方面，论证了广州地区采用地源热泵热水系统的可行性。介绍了本实验室自主开发的耦合性地源热泵实验系统及适应于广州地区的地源热泵热水工程。通过对比分析、应用实例介绍，表明在广州地区采用地源热泵热水系统是可行的，该技术将在建筑节能中发挥重要的作用，政府部门应该积极推广该项技术的发展。

[关键词]地源热泵 热水系统 广州地区 应用实例

0 前言

　　地源热泵技术GSHPS（Ground-Source Heat Pump Systems）是一种利用热泵技术，消耗较少的高位能，把不能直接利用的低位热能（浅层土壤等）转换为可直接利用的高位热能，实现建筑空调、生活热水的新型节能技术。该技术属可再生能源利用形式，具有系统能效比高、环保等特点。自上世纪90年代以来，得到了国内学者的广泛关注，经过十多年的研究，取得了一定的研究成果，同时在北京、天津、山东等地相继建立了多处应用工程[1-3] ，促进了该项技术在国内的发展。但是，地源热泵技术具有很强的地域特点，不同地质、气候、工程条件下，地源热泵的设计、换热优化、技术实施差别很大。目前，针对以广州为代表的珠江三角洲地区的地源热泵研究开展得还很少。

本文介绍了广州地区生活热水供应的现状与面临的问题，全面论阐述结合广州的地质和气候条件运用地源热泵热水系统的优势与可行性。以广东工业大学-广西大学地源热泵联合试验室在广州不同地区的应用工程运行参数为基础，验证地源热泵热水技术在广州地区运用的可行性。

1 广州地区生活热水供应的现状与面临的问题

1.1 广州地区生活热水供应的现状

广州位于我国的南部的珠江三角洲地区，按照全国热工气候类型分布，属于夏热冬暖地区。该地区为典型的亚热带湿润季风气候，需要热水洗澡天数占全年80%以上。长期以来，各种热水锅炉和家庭热水器为广州人解决了生活热水问题，既有其便利之处，又有各方面不足和局限[4] 。

*广州市科技计划项目 (056Z211001): “地源热泵—太阳能—冷却塔”耦合型节能环保冷热联供系统;

目前，广州家庭用生活热水系统主要采用电热水器和燃气热水器两大类产品，主要靠消耗电能和城市煤气来制备热水。近些年来，太阳能热水器在乡村、城乡结合部、别墅等地区也得到大量的应用，但是由于可靠性和节能效果等原因，市场占有率还比较低。

在学校、工厂、医院、酒店等公共建筑的集中式生活热水系统中，随着《中华人民共和国节约能源法》、建设部《民用建筑节能管理规定》等相关法规和政策的出台，太阳能+辅助加热、空气源热泵等多种新型节能技术得到了政府及相关部门的大力推广，现在进入快速发展阶段。据调查，目前广州的中央式太阳能热水系统的市场占有率飙升至60%－70％，广州市高校学生公寓生活热水供应中太阳能+辅助加热形式的热水系统的使用率已达90% 。

1.2 广州地区热水供应面临的问题

1.2.1能源需求总量大

广州虽然处于典型的夏热冬暖地区，全年的平均温度较高，但是由于历史、习惯等原因，大多数广州人仍需要全年用热水冲凉。广州有1100万人口，约350万个家庭，若每日供应55℃热水100升（温升35℃计算），按照全部用电热水器来估算，全年就约需54.7亿度电，也就是说每年需要190万吨优质煤。对于广东这个煤、石油、电力严重缺乏的省份，研究与推广高效、节能、环保的热水系统就显得尤为重要。

1.2.2 传统热水系统面临淘汰

目前，在广州市学校、工厂、酒店等集中式热水系统中，传统的燃煤、燃油锅炉依然占据一定的比例。燃煤锅炉成本低，但污染严重；燃油锅炉污染比燃煤稍好，但是柴油价格的不断上涨，运行成本偏高，安全性也令人担忧。基于以上原因，2005年起执行的《广州市大气污染防治规定》第二十八条明文规定：“禁止服务业的锅炉、热水炉使用煤和含硫量在百分之一点五以上的重油，应当逐步改用燃气、电、太阳能或者其他清洁能源。”

1.2.3 新型热水系统节能效果差强人意

太阳能热水系统与空气源热泵热水系统，作为新型的热水系统，具有一定的优势，但两者的节能效果并不能令人满意。就太阳冷热水系统而言，其在广州地区的市场占有率低于全国平均水平，主要有以下两个原因：首先，太阳能热水系统对天气、日照要求很高，全年用水需求与日照变化的矛盾很难解决。往往是夏天热水用不完，冬季热水不够用，特别是每年的1～3月气候寒冷潮湿，阴雨连绵，而此时是需要热水量最多的时期，太阳能几乎不起作用。其次，太阳能系统对建筑楼顶的面积要求高。广州新建建筑以高层建筑为主，人均的楼顶面积很小。若按每人50升/天设计，很难实现广东省规范要求的太阳能集热板人均0.85 m2的设计要求[6] ，所以很多高楼大厦只能望“阳”兴叹 。而相对于太阳能热水系统，空气源热泵热水系统，它具有系统简单，初投资较低等优点，但主要缺点是：空气温度较低的情况下空气源热泵的能效比cop值显著降低，系统用电量急剧增加，节能效果下降；另外，空气源热泵风机所引发的噪声污染问题也是一个不可忽视的大难题。