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北京市热泵应用情况及

地埋管热物性参数测试北京工业大学环境与能源工程学院“传热强化与过程节能”教育部重点实验室唐志伟北京市热泵应用情况及

地埋管热物性参数测试北京工业大学环境与北京工业大学北京工业大学创建于1960年，是一所以工为主，理工、经管、文法相结合的多科性“211”重点大学。位于北京市朝阳区平乐园100号。学校占地面积为80余万平方米，建筑面积近70万平方米，在校学生2万余人。北京工业大学北京工业大学创建于1960年，是一所以工为主，理2实验室简介“传热强化与过程节能”教育部重点实验室“传热与能源利用”北京市重点实验室实验室简介“传热强化与过程节能”教育部重点实验室31国内外发展总体情况随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，热泵技术得到广泛的应用。目前，热泵技术发展最快的是欧洲和美国，从应用情况来看，北欧国家主要偏重冬季采暖，而美国则注重冬夏联供。美国与中国气候条件相似，因此研究美国的热泵应用对我国热泵的发展有着借鉴意义。国内热泵研究工作起步于上世纪80年代，进入新世纪，国家及各省市政策鼓励下，国内热泵技术蓬勃发展。1国内外发展总体情况随着国民经济的快速发展和人民生活水平国家安装部容量（MW）年产热量（GWH/Yr）安装总数（万套）美国3730372050奥地利2753702.3德国5608404加拿大4353003.6瑞典2000800020瑞士4406602.5表1世界主要国家安装地源热泵的情况（2008）国家安装部容量（MW）年产热量（GWH/Yr）安装总数（万套现在1988年中科院广州能源所主办了“热泵在我国应用于发展问题专家研讨会”国内热泵技术发展情况--三阶段90年代起步于80年代至90年代末成为国内空调界热门的研究课题，已应用于工程实践中在国家及各省市政策鼓励下，为热泵技术合理、健康、可持续发展奠定了基础现在1988年中省份数量省份数量省份数量北京758江西39广东64上海129吉林57甘肃43天津154山东94青海7江苏68黑龙江36广西18河北303台湾0海南1浙江43河南112宁夏36山西28贵州38重庆13安徽24湖北58新疆8内蒙古50云南2四川25福建20湖南58西藏34辽宁147陕西70总计2537表2国内各省市热泵项目数量的情况省份数量省份数量省份数量北京758江西39广东64上海1292北京市热泵应用情况北京作为首都和拥有近1700万人口的特大城市，在目前快速发展时期面临的一大挑战就是能源和环境问题。北京市计划在“十一五”期间实现可再生能源供热面积3500万平方米，其中地热采暖500万平方米，地源热泵3000万平方米。截至目前，北京市地源热泵（地下水源、土壤源、污水及再生水源、地热尾水，不含空气源）项目服务面积近2000万平方米。2北京市热泵应用情况北京作为首都和拥有近1700万人口2北京市热泵应用情况（续）截止到2009年8月底，不含空气源热泵项目，北京市热泵项目数量为661个，服务面积1913万平方米；其中已建605个，服务面积1599平方米；未建56个，服务面积314万平方米。2北京市热泵应用情况（续）www.themegaller2.1投入运行时间呈V形波动按投入运行时间来看，热泵项目的服务面积和数量均呈V形波动。2.1投入运行时间呈V形波动www.themegalle图1北京市热泵项目逐年服务面积和项目数量图1北京市热泵项目逐年服务面积和项目数量2.2总体以地下水源为主已建的热泵项目中，按项目服务面积统计，地下水源热泵项目数量444个，服务面积956万平方米，数量占73%，服务面积占总面积的59%；土壤源热泵项目数量140个，服务面积476万平方米，服务数量占23%，服务面积占总面积的30%。2.2总体以地下水源为主www.themegallery图2北京市热泵项目四种类型的服务面积图2北京市热泵项目四种类型的服务面积图3热泵项目四种类型服务面积占总面积的比例图3热泵项目四种类型服务面积占总面积的比例2.3土壤源热泵项目呈逐年增长趋势土壤源热泵项目近年来呈逐年稳步上升趋势，地下水源热泵项目近年来呈逐年下降趋势。由于北京地区严重缺水，加上许多区域的地质条件不适合，系统的回灌困难，有的地区根本不能回灌，经过几年的实践，地下水源热泵系统逐渐向土壤源热泵系统转型。2.3土壤源热泵项目呈逐年增长趋势www.themega图4北京市土壤源和地下水源热泵项目逐年服务面积统计图4北京市土壤源和地下水源热泵项目逐年服务面积统计图5北京市土壤源和地下水源热泵项目逐年项目数量统计图5北京市土壤源和地下水源热泵项目逐年项目数量统计2.4服务面积规模相对集中从热泵服务规模来看：2万--5万平米的项目达164个，占总数量的25%；5仟--1万平方米、1万--2万平方米和5万--10万平方米的项目次之。2.4服务面积规模相对集中www.themegaller图6北京市热泵项目规模图6北京市热泵项目规模2.5项目利用以办公楼和住宅为主目前热泵项目在北京市各种建筑类型中应用广泛，已建设完成的热泵项目中，包括住宅、办公楼、医院、商场、宾馆、体育场馆、学校、厂房、景观水池、温室大棚等。其中以办公楼和住宅相对较多，两者服务面积总和占总面积的60%。2.5项目利用以办公楼和住宅为主www.themegal图7北京市热泵项目各建筑类型的服务面积图7北京市热泵项目各建筑类型的服务面积www.theme图8北京市地源热泵项目各类建筑类型面积所占比例图8北京市地源热泵项目各类建筑类型面积所占比例www.th图9北京市地源热泵项目各建筑类型数量所占比例图9北京市地源热泵2.6热泵项目分布相对集中从整体分布看，北京市的热泵项目分布相对集中。如果按城市功能分区来看城市功能拓展区最多，城市发展区次之，首都核心区和生态涵养发展区相对来说较少。拓展区项目占总数的54%，服务面积占总面积的52%。2.6热泵项目分布相对集中www.themegaller图10北京市地源热泵项目功能分区图10北京市地源热图11北京市地源热泵项目各功能分区服务面积所占比例图11北京市地源热图12北京市地源热泵项目各功能分区项目数量所占比例图12北京市地源热图13北京市热泵项目各区县的服务面积比较图13北京市热泵项图14北京市热泵项目各区县的项目数量比较图14北京市热泵项3

北京市热泵效果评价AddyourtitleinhereAddyourtitleinhere

热泵发展指导等相关政策引导作用明显热泵指导意见的出台，对于规范、指导热泵发展起到重要作用促进了我市多种能源相互补充，有利于能源结构的优化推动热泵及相关产业的发展热泵项目的建设，带动相关的主机生产商、集成商、系统设计单位等的发展推进清洁能源利用，有助于供热能源多元化总体节能减排效益显著总体经济效益较好热泵系统相对煤、气、油等常规能源方式，有明显的节能效果，运行成本较低3北京市热泵效果评价Addyourtitlein3.1立项初衷及满足情况项目所在地具有地源热泵发展的有利条件项目所在地能源供应限制从节能减排的角度考虑技术优势政府的补贴政策运行能源费用低热泵项目立项初衷3.1立项初衷及满足情况项目所在地具有地源热泵发展的有利条

（1）从节能减排角度考虑

北京市根据城市能源发展战略和供热规划，并结合举办2008年奥运会对城市的环保要求，规定五环内城区禁止使用燃煤锅炉供暖，鼓励燃油、燃气、地热能和太阳能等清洁能源的应用。热泵系统在冬季供暖时，不需要锅炉，无废气、废渣、废水的排放，可大幅度地降低温室气体的排放，能够保护环境，是一种理想的节能减排技术。3.1.1立项初衷（1）从节能减排角度考虑3.1.1立项初衷

（2）项目所在地的能源供应限制

由于项目所在地周边不具备由城市热力、热电厂、集中供热厂或是能提供热力的企业、工厂提供热力；同时燃气管道未覆盖或是距离较远，热泵系统就成了这些项目的供热制冷的选择方案。（2）项目所在地的能源供应限制

（3）项目所在地有利的资源条件

如果项目所在地有着丰富的地下水资源，且在政策允许开发利用的范围内，则可适当发展地下水源热泵系统；项目所在地有着良好的地质条件，适宜发展土壤源热泵系统；项目所在地周边有污水处理厂、污水干道通过等，则可适度发展再生水源热泵系统；项目所在地周边有地热资源，则可发展地热热泵。（3）项目所在地有利的资源条件

（4）技术优势热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，也适合于别墅住宅的采暖、空调。（4）技术优势

（5）政府的补贴政策

北京市政府鼓励辖区内建设的各类项目因地制宜的采用热泵系统进行制冷供暖，对于采用热泵系统的，可按照市规划委核定的建筑面积从市固定资产投资中安排一次性补助，地下（表）水源热泵补助为35元平方米，地源热泵和再生水源热泵补助为50元平方米。（5）政府的补贴政策

（6）运行费用低

据对北京地区采暖方式运行费用的测算比较：每采暖季（125天）独立燃气采暖炉每平方米建筑面积25-40元，电缆地板采暖20-25元，电热膜采暖20-34元，天然气集中供热27元，燃煤集中供热16元，北京热泵示范工程初步测算12.9元。从上面的数据中可以看出，热泵系统的运行费用是比较低的。（6）运行费用低

（1）从节能减排方面来看，有明显的环境效益在重点调研的项目中，有部分项目使用复合系统，如用友软件园一期使用“地埋管+冰蓄冷”，大红门服装城第三期使用“地下水+冰蓄冷”。与“常规空调+燃气锅炉”相比，热泵系统减少了锅炉和冷却塔的数量，既大大的减少了锅炉的排烟量，改善了大气污染的问题，又有效减少了冷却塔的风扇噪声与霉菌污染；此外，冰蓄冷系统起到了缓解用电紧张，移峰填谷的作用，其间接的环保效益是不言而谕的。3.1.2满足情况（1）从节能减排方面来看，有明显的环境效益3.1.2

（2）能源受到限制条件很多项目所在地周边的能源供应条件受限，选择了使用热泵系统。如北京市通州区陆军航空兵指挥学院，该项目由于地处偏僻，周围没有地下管网，没有煤气管道，且陆航学院处在以节能环保为宗旨的台湖镇，因此经过论证，决定采用水源热泵系统；如菊儿胡同小区锅炉改造项目，该项目改造时，北京市二环内不允许新批燃油，而当时电采暖的成本在60-80元/平方米，项目单位通过多方考察论证，最终选择了地下水源热泵。4、是否满足立项初衷（2）能源受到限制条件4、是否满足立项初衷

（3）具有有利的资源条件如北京市友谊医院，利用其地下丰富的水资源，发展水源热泵，目前已发展到第四期，总服务面积达到16万多平方米；如延庆县公安局和法院，利用其距离污水处理厂很近的有利条件，发展了污水源热泵；鑫福里小区、京燕饭店利用距离城市污水主干道近的有利因素，发展污水源热泵；北苑家园的茉藜园小区利用其地下丰富的地热资源发展地热热泵。4、是否满足立项初衷（3）具有有利的资源条件4、是否满足立项初衷

（4）技术优势明显此次重点调研的38个项目中有共15个项目具有制冷供暖供热水的功能，占39%；共20个项目具有制冷供暖功能，占53%；仅1个项目提供制冷（北方工业大学实习楼），占3%；2个项目提供供暖（菊儿胡同、鑫福里小区），占5%。这说明绝大多数的项目兼有制冷和供暖功能，而且不少项目还提供生活热水。（4）技术优势明显

（5）运行费用较低此次重点调研中我们发现大部分的热泵系统的运行费用介于18元/㎡到25元/㎡之间，高于燃煤的每平米16.5元，低于燃气的每平米30元，因此我们可以看出在节能性上热泵系统表现出了很好的效果。（5）运行费用较低3.2运行效果评价节能效益环境效益经济效益社会效益热泵系统十分显著-无氮氧化物-无二氧化硫、烟尘显著-促进产业发展-创造就业十分显著-冬季能效高夏季效果好于风冷和冷却塔具有长远优势-初投资较高-采暖空调成本较低3.2运行效果评3.3投资方面的效果评价投资额投资主体单位运行成本AddyourtextinhereAddyourtextinhereAddyourtextinhere投资评价3.3投资方面的

热泵项目单位后期运行管理的方式主要有：由业主单位、物业公司、安装单位、专业运营公司等进行运行维护。从我们重点调研的项目来看，有业主单位自行维护的项目最多，有17个，占总调研项目的44%；其次是物业公司9个，占24%；安装单位9个，占24%；专业运营公司3个，占8%。

3.4运行维护的评价热泵项目单位后期运行管理的方式主要有：由业主

热泵系统后期的运行费用主要包括人工费和电费。我们在调研中发现，项目单位主要从费用和效果两个方面来选择后期的运营方式。一般来说，选择业主单位和物业公司运营的方式人工费用较低，而安装单位和专业运营公司的方式人工维护费用较高。

——大部分企业、商场、宾馆、住宅由业主自己或选择物业公司进行后期维护，如九华山庄、大红门服装商城是由业主单位的工程部负责运行管理，

——大部分住宅、学校、医院等从保证制冷供暖的效果考虑，选择安装单位或专业公司进行维护，如北京人民警察学校委托安装单位、北苑家园委托专业的运营公司负责整个热泵空调系统的运行管理。热泵系统后期的运行费用主要包括人工费和电费。我3.5相关政策文件2006年7月《关于发展地源热泵系统的指导意见》京发改[2006]839号关于热泵系统发展的指导意见京水务[2007]19号《关于加强我市水源热泵管理工作的通知》《北京市平原区浅层地温资源评价及利用规划》京发改[2009]《关于开展热泵项目调研的通知》3.5相关政策文件2006年7月《关于发展地源热泵系统的指3.6相关政策的评价总体评价：《指导意见》的出台对于优化我市能源结构，提高能源利用效率，规范热泵系统的管理起到了很好的指导作用。对本市内建设的热泵系统给予补助起到引导和激励作用。补充通知对规范个项目单位开展前期和项目申报工作起到了指导意见。3.6相关政策的评价www.themegallery.c3.6相关政策的评价（续）热泵系统发展的基本原则有待完善补助政策需进一步调整完善施工管理和运行监管有待进一步落实部分取水审批项目与实际管理不符3.6相关政策的（1）对项目所在地的地质条件了解不够热泵系统运行效果的好坏很大程度上取决于当地的地质条件。对于水源热泵来说，地质条件不好容易出现回灌困难的现象

；对于土壤源热泵来说，则容易出现冷热置换困难和冬夏不平衡问题。4北京市热泵发展存在的问题（1）对项目所在地的地质条件了解不够4北京市热泵发展存在（2）系统设计考虑不周全一是没有充分考虑建筑物的使用性质；二是设计为单一功能或冷热负荷相差太大；三是系统集成有待优化。目前就热泵机组的技术来说是比较成熟的，但是整个热泵系统包括了室内和室外两个系统，而室外系统又包括机房和地下钻井（地埋管）两个部分，系统之间的匹配程度将直接影响热泵的运行效果。

（2）系统设计考虑不周全（3）施工质量参差不齐。目前，由于项目实施单位及人员背景复杂，行业界限较为混乱，技术水平参差不齐，部分施工队伍在打井、成井及回填工艺上存在技术不过关等现象，将直接影响热泵系统的后期运行效果，甚至导致热泵系统没有节能效果，有的甚至比普通方式用能更多。

（3）施工质量参差不齐。

（4）热泵项目的后期运行管理水平有待提高。目前多数项目没有专业的系统运行师，而是由施工方完成施工后，对使用方进行简单培训后由使用方进行运行，如果系统出现故障，由施工方进行维修。这样简单的运行操作模式在一定程度上限制了系统的节能性。

（4）热泵项目的后期运行管理水平有待提高。（5）部分热泵系统的电费单价较高。一般来说，建筑物的使用性质不同，执行的电价标准不同。我们此次调研的项目中包括住宅、学校、商场、医院、办公楼、宾馆等多种建筑类型，部分住宅小区执行民用电价（锦绣花园提香别墅，龙湾别墅、莫奈花园），其他大部分执行峰谷平电价，电价成本从0.48-0.85元/度不等。

（5）部分热泵系统的电费单价较高。（6）热泵项目的补助申报过程繁杂、新老项目没有接轨热泵项目补助的申报需提供相关部门出具的相关证明，需要提供的资料较多，涉及的相关部门较多，导致申报的成本加大时限拉长；另外在2006年7月1日前建成的热泵项目没有相关的补助政策。还有北京市对使用燃电、燃气、燃油锅炉等清洁能源进行居民集中供暖的有补贴政策，。

（6）热泵项目的补助申报过程繁杂、新老项目没有接轨（7）个别专业管理部门监管力度不够。绝大多数地下水源热泵项目没有对抽灌水量进行监管，土壤源热泵项目没有进行地质环境监测。（7）个别专业管理部门监管力度不够。

（1）强化热泵发展原则：因地制宜，合理规划布局a)限制发展地下水源热泵北京属水源紧缺地区，应因地制宜地发展地下水源热泵。根据北京水资源水环境分布状况，在规划适宜区内发展地下水源热泵。在采用水源热泵技术时，前期的水文分析尤为重要，必须根据地下水源实际情况，进行可行性的研究分析。适用的原则：水量充足、水温适当、水质良好、供水稳定、回灌可靠。b)鼓励发展余热、废热热泵c)推动发展污水、再生水水源热泵城市原生污水、工业污水水源可靠的、有条件的地方发展污水源热泵。d)适度发展土壤源热泵有条件的地方发展土壤源热泵。

5北京市热泵发展政策建议（1）强化热泵发展原则：因地制宜，合理规划布局5北京（2）促进地质勘察和暖通空调专业的有机结合

为使热泵系统健康发展，客观上必然存在着需要两个专业相互尊重、相互学习、相互渗透、相互结合、共同发展的问题。（2）促进地质勘察和暖通空调专业的有机结合www.theme（3）规范市场准入制度。a)系统设计：市场比较混乱，没有一个准入制度，任何人都可以成立公司做这项业务，对操作者个人没有资质，对实施单位没有资质。对于最前段、最核心的设计部分，设计院通常回避，对于陌生的技术，设计院通常采取谨慎保守的态度，这无可厚非。所以很多情况下水源热泵项目的设计都是由专业公司来完成。从技术角度讲，这样做最大的问题是企业不是从整个系统角度进行设计而是简单的从某一环节，或机组或室外，进行考虑，这样做最终导致的结果是或不节能或可靠性降低。

（3）规范市场准入制度。（2）规范市场准入制度。b)工程施工（打井、成孔）资质：施工队伍比较混乱，原因之一就是入行的企业非常随意。实际上，地源是一项成熟的技术，只是使用者对其缺乏全面的学习和掌握。看似简单实际上牵扯到很多方面的问题，行业的从业人员没有系统的经验，这是最大的问题。行业人士都知道，地源热泵从2005年开始是发展的第二个高潮，于2007年左右，新进企业逐渐增多，这些新进企业大概分为以下几类：第一类：工程公司，从前是从事机电安装的，对设备安装调试比较有经验；第二类，从前是从事空调产品的企业，转而从事地源热泵项目；第三类，传统商用空调制造商，由于产品竞争激烈，纷纷向新市场投入。每一类企业都缺乏系统的培训。众所周知，地源热泵是从国外引进的一项技术，在我国并没有多长时间的实践，很多企业都是转型而来，这样就导致不同行业转型过来就存在不同的问题。例如：从地质勘探领域转型而来的企业就对地质方面比较熟悉，但是对室内的布置可能就会出现些许的问题；作为生产厂商其核心就在机组，机组怎样集合到系统上实际应用就缺乏综合的考虑；经销商方面往往得不到上一级厂商所给的整体项目支持，等等

（2）规范市场准入制度。（2）规范市场准入制度。c)监管：热泵系统需要考虑的事情比较多，第一从技术方面应该考察当地地区岩土结构是否合适，第二从当地的经济发展等各方面综合考虑；第三还要考察集成商或制造商或工程商是否有能力来做地源热泵项目，应该从整个系统考虑，而不是从某一单方面考虑；但就整个系统而言，什么样的系统可以被评定为合格，什么样的系统不合格，至今仍没有明确的定义，也没有一个监督机制对项目进行审查，所以项目的节能效果也就不能保证。现在的监理部门大多不熟悉地源热泵技术，无法对其做出正确的判断。（2）规范市场准入制度。（4）完善相关法规、标准及奖励制度。（5）采用合理的后期运行管理模式加强设备运行管理，向管理要效益，才能真正意义上实现节能减排，同样也可以提高经济效益。（4）完善相关法规、标准及奖励制度。6.地埋管热物性参数测试测试意义：◆影响土壤平均热传导率的主要因素：土壤结构；土壤中水的渗透情况；土壤的温度变化；流动介质与土壤的温度差；◆通过测试，能够得到代表“满足建筑物使用功能的土壤平均热导率”，完善地埋管热泵系统设计。◆问题：同一地点，一写字楼和一住宅楼均使用地埋管热泵系统，在系统设计中，地埋管单位延米换热率能否取同一值？6.地埋管热物性参数测试测试意义：（1）工作原理热响应实验法是对待测地层通过U型换热管道施加恒定的热流，测量U型管内流体的温度，