地源熱泵在國外的發(fā)展
時間:2022-02-08
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地源熱泵誕生于20世紀(jì)80年代中期，這是指地源熱泵作為真正興起的一門新技術(shù)，并開始獲得了應(yīng)用與發(fā)展的時期。但是地源熱泵的概念（或稱新設(shè)想）最早出現(xiàn)在1912年瑞士佐伊利的一份專利文獻(xiàn)中。之后的幾十年，地源熱泵基本處于實驗研究狀態(tài)，并開始先后有地表地下水熱泵系統(tǒng)、地下地下水熱泵系統(tǒng)、土壤耦合熱泵系統(tǒng)的問世與發(fā)展。
1.地表地下水熱泵
20世紀(jì)30年代，地表地下水熱泵系統(tǒng)問世，是地源熱泵中最早使用的熱泵系統(tǒng)形式之一。歐洲第一臺較大的熱泵裝置是1938～1939年間，在瑞士蘇黎世市政大廳投入運(yùn)行的。它以河水作為熱源，供熱能力175kW；日本于1937年在大型建筑物內(nèi)安裝了以泉水為熱源的熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
20世紀(jì)40～50年代，瑞士、英國早期使用的熱泵裝置中大部分是地表地下水熱泵。瑞士和英國早期使用的典型的地表水熱泵系統(tǒng)列在表3-2中。
表3-2 瑞士和英國早期典型的地表地下水熱泵系統(tǒng)
由表3-2可見：
?。?）20世紀(jì)40～50年代的瑞士和英國的地表地下水熱泵系統(tǒng)的供熱量比30年代大。一般均大于1500kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30年代地表地下水熱泵的供熱能力。
?。?）瑞士和英國的地表地下水熱泵的用途也比30年代廣泛。除了用于建筑物采暖外，還用于游泳池加熱、人造絲廠工藝加熱和鞋廠空調(diào)等。
歐洲其他一些國家也開始安裝地表水地下水熱泵系統(tǒng)，例如：
1954年比利時在韋斯德雷的水廠里安裝1臺地表地下水熱泵，供熱量為465kW，以河水為低位熱源，性能系數(shù)為3.3～3.5。
1956年法國在巴黎廣播電臺大樓安裝1臺以泉水為低位熱源的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，制熱量為4.9MW，制冷量為2.8MW。
這個時期的地表地下水熱泵系統(tǒng)雖然處于起步階段，但由于它在運(yùn)行中充分顯示節(jié)能性，對今后地表地下水熱泵的發(fā)展起到了一定的示范作用。
20世紀(jì)70年代末80年代初在瑞典和原蘇聯(lián)等區(qū)域供熱較發(fā)達(dá)的國家開始應(yīng)用以地表水、地下水、城市污水和工業(yè)廢水為低位熱源的大型熱泵站，單機(jī)容量在幾兆瓦。爾后，在美國、日本、羅馬尼亞、丹麥、德國也得到了迅速發(fā)展，單機(jī)容量甚至達(dá)到30MW，總裝容量達(dá)到160MW。
20世紀(jì)80年代以來，瑞典建立了一批大型熱泵站。現(xiàn)將以湖/海水、地下水為熱源的熱泵站列入表3-3中。到1987年，已有約100座熱泵站投入運(yùn)行，總供熱能力達(dá)到1200MW，已成為世界上應(yīng)用大型地表地下水熱泵站的代表國家之一。
表3-3 瑞典的地表水源和地下水源的大型熱泵站
1987年，原蘇聯(lián)的楊圖夫斯基等人對熱泵站供熱與熱化電站、區(qū)域鍋爐房集中供熱進(jìn)行比較，得出可節(jié)省燃料29.7%～32%，提出了利用莫斯科河水作低位熱源的熱泵站區(qū)域供熱方案。
爾后，大型地表水源、地下地下水熱泵在歐洲各國開始興建。芬蘭有6臺MW級裝置；荷蘭有1套1.5MW裝置；羅馬尼亞有7.5MW的吸收式熱泵15套，2.9MW的10套，8.7MW的1臺，用于區(qū)域供熱，連同其他約400套中型壓縮式熱泵一起，每年節(jié)約30000t煤當(dāng)量。
1982年丹麥建造最早的海地下水熱泵站，供區(qū)域供熱，到1990年，區(qū)域供熱用熱泵裝機(jī)容量達(dá)350MW，熱泵臺數(shù)可達(dá)100臺。
2.地下地下水熱泵
地下地下水熱泵誕生于20世紀(jì)30年代。凱姆勒和奧格勒斯貝在他們所著《熱泵應(yīng)用》一書中提到，到1940年美國已安裝了15臺大型商業(yè)用熱泵，其中大部分是以井水為熱源。表3-4給出截至1940年美國地下地下水熱泵系統(tǒng)。1937年日本在大型辦公樓內(nèi)安裝2臺194kW壓縮機(jī)帶有蓄熱箱的井地下水熱泵系統(tǒng)，其性能系數(shù)達(dá)4.4。
表3-4 截至1940年地下地下水熱泵供暖系統(tǒng)
美國有20世紀(jì)40～50年代里應(yīng)用的地源熱泵主要是地下地下水熱泵。1948年地下地下水熱泵系統(tǒng)在俄勒岡州運(yùn)行之后，美國西部乃至全美均開始大量安裝地源熱泵，華盛頓逐漸成為美國地源熱泵安裝和使用的領(lǐng)頭羊。1950年，美國擁有約600臺熱泵，其中53%為地下水熱泵。早期安裝的大部分都是地下地下水熱泵，由于采用的是直接式系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在建成5～15年都由于腐蝕和生銹失效了。由此地下地下水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)入低潮期。直到20世紀(jì)70年代，世界石油危機(jī)的出現(xiàn)，又引起人們對地下地下水熱泵的關(guān)注與興趣，又開始大量安裝與使用地下地下水熱泵。由于歐洲板式換熱器的引入，閉式地下地下水熱泵系統(tǒng)系統(tǒng)的安裝與使用更為廣泛。1983年地下地下水熱泵被認(rèn)為是一種省錢和節(jié)能的采暖空調(diào)方式。
20世紀(jì)90年代以后，環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，美國地下地下水熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用一直呈上升趨勢。美國能源信息部的調(diào)查表明：美國地下地下水熱泵的生產(chǎn)量1994年、1995年、1996年、1997年分別為5924臺、8615臺、7603臺、9724臺，除了1996年外，基本呈直線上升趨勢。美國在過去的10年內(nèi)，地源熱泵的年增長率為12%，每年大約有5萬套地源熱泵在安裝，其中開式系統(tǒng)占15%。在肯塔基州的路易維爾市的一幢旅館辦公建筑中安裝的供熱能力為10MW的地下地下水熱泵空調(diào)系統(tǒng)是全美最大的系統(tǒng)，也是世界最大的地下地下水熱泵系統(tǒng)。
歐洲一些國家由于采取積極的促進(jìn)政策（包括財政補(bǔ)貼、減稅、優(yōu)惠電價和廣告宣傳等），熱泵市場等到快速發(fā)展。1997年歐洲發(fā)展基金會重新提出熱泵發(fā)展計劃。到2000年，歐洲用于供熱、熱水供應(yīng)的熱泵總數(shù)約為46.7萬臺，其中地下水熱泵約占11.75%。一些國家熱泵應(yīng)用情況列入表3-5。
表3-5 歐洲各國熱泵的應(yīng)用
3.地埋管式地源熱泵
地埋管式地源熱泵技術(shù)初始于美、英兩國。20世紀(jì)40年代末50年代初，由于地源熱泵技術(shù)的日趨成熟，有力地促進(jìn)了淺層地?zé)崮艿膹V泛利用。近幾年來，各國淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用規(guī)模和發(fā)展速度都在快速增長。從國外發(fā)展趨勢看，開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽ㄌN(yùn)藏于地球淺部巖土體中的低溫能源），將是地?zé)豳Y源開發(fā)利用的主流和方向。
