地源热泵在国外的发展
1.地表地下水热泵
20世纪30年代,地表水地源热泵系统问世,是最早用于地源热泵的热泵系统形式之一。欧洲第一台大型热泵装置于1938至1939在瑞士苏黎世投入运行。它以河水为热源,制热量为175 kw;。1937年,日本在大型建筑中安装了以泉水为热源的热泵空调系统。
从20世纪40年代到50年代,瑞士和英国使用的早期热泵装置大多是地表地下水热泵。表3-2列出了瑞士和英国早期使用的典型地表水热泵系统。
表3-2瑞士和英国早期典型地表水地源热泵系统
从表3-2可以看出:
(1)瑞士和英国在20世纪40年代和50年代的地表地下水热泵系统的制热量大于30年代。一般在1500kW以上,远大于20世纪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也比20世纪30年代得到了更广泛的应用。除建筑供暖外,还用于游泳池供暖、人造丝工厂工艺供暖和鞋厂空调。
其他欧洲国家也开始安装地表水和地下水热泵系统,如:
1954年,比利时在魏斯特利水厂安装了1地表水地源热泵,供热465kW,以河流为低位热源,性能系数3.3 ~ 3.5。
1956年,法国在巴黎无线电大厦安装了1以泉水为低位热源的热泵空调系统,制热量4.9MW,制冷量2.8MW。
这一时期的地表水地源热泵系统虽然处于起步阶段,但在运行中已经充分展示了其节能性,对今后地表水地源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,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开始在瑞典和前苏联等区域供热发达的国家应用,单台容量达几兆瓦。此后在美国、日本、罗马尼亚、丹麦、德国也发展迅速,单机容量30MW,组装容量160MW。
自20世纪80年代以来,瑞典建立了许多大型热泵站。现在以湖泊/海水和地下水为热源的热泵站见表3-3。到1987年,已有约100座热泵站投入运行,总供热能力达到1200MW,成为世界上应用大型地表水地源热泵站的代表国家之一。
表3-3瑞典地表水源和地下水源大型热泵站
1987前苏联杨·图夫斯基等人对热泵站供热与供热电站和区域锅炉房集中供热进行了比较,发现可节约燃料29.7% ~ 32%,提出了以莫斯科河为低位热源的热泵站区域供热方案。
后来欧洲国家开始大规模建设地表水源和地下地下水热泵。芬兰有6台兆瓦级装置;荷兰有1台1.5MW机组;罗马尼亚有7.5MW的吸收式热泵15台,2.9MW的吸收式热泵10台,8.7MW的吸收式热泵1台,用于区域供热。加上其他400台中型压缩热泵,每年可节约3万吨标准煤。
1982年,丹麦建成了最早的用于区域供热的海水和地下水热泵站。到1990年,集中供热热泵装机容量达到350MW,热泵数量可达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。Kemler和Oglesby在他们的《热泵应用》一书中提到,到1940年,美国已经安装了15台大型商用热泵,其中大部分使用井水作为热源。表3-4显示了美国截至1940的地下地下水热泵系统。1937年,日本在某大型办公楼安装了两台194kW压缩机和储热罐的地下水热泵系统,其性能系数达到了4.4。
表3-4地下水热泵供暖系统1940
在美国,四五十年代使用的地源热泵主要是地下地下水热泵。65438-0948年俄勒冈州地下地下水热泵系统运行后,美国西部乃至全美安装了大量地源热泵,华盛顿逐渐成为美国地源热泵安装和使用的领头羊。从65438年到0950年,美国大约有600台热泵,其中53%是地下水热泵。大多数早期装置是地下地下水热泵。由于直接系统,这些系统在5 ~ 15年因腐蚀和生锈而失效。因此,地下水热泵系统的应用已经进入低潮期。直到20世纪70年代,世界石油危机的出现引起了人们对地下水热泵的关注和兴趣,大量的地下水热泵被安装使用。由于板式换热器在欧洲的引入,封闭式地下水源热泵系统的安装和使用更加广泛。1983地下地下水热泵被认为是一种节约节能的采暖空调方式。
20世纪90年代以来,随着环保要求的进一步提高,地下水热泵系统在美国的应用呈上升趋势。根据美国能源与信息部的调查,除65438外,美国地下水热泵的产量分别为5924、861994、1995、1996和1997。在美国过去的10年中,地源热泵年增长率为12%,每年安装地源热泵约5万台,其中开放系统占15%。美国肯塔基州路易斯维尔市某酒店办公楼安装的地下地下水热泵空调系统,制热能力为10MW,是美国最大的系统,也是世界上最大的地下地下水热泵系统。
一些欧洲国家采取了积极的促进政策(包括财政补贴、减税、优惠电价和广告),因此热泵市场发展迅速。1997欧洲发展基金会再次提出热泵发展计划。到2000年,欧洲用于供暖和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%。表3-5列出了热泵在一些国家的应用。
表3-5热泵在欧洲国家的应用
3.地下埋管地源热泵
地源热泵技术首先是在美国和英国发展起来的。20世纪40年代末50年代初,由于地源热泵技术的成熟,有效地促进了浅层地热能的广泛利用。近年来,各国浅层地热能开发利用的规模和速度都在迅速增加。从国外的发展趋势来看,浅层地热能(浅层岩土中所含的低温能源)的开发利用将是地热资源开发利用的主流和方向。