地源热泵冷热平衡分析

尊敬的郎总、及各位领导您们好;
首先我先自我介绍一下：北京永源热泵公司的佟天佐，在2012年为奔驰总装车间做的地源热泵工程，对您们在地源热泵工程中给予的支持表示衷心的感谢！
奔驰下期工程是否还用热泵系统，经证明地源热泵还是一套好的供暖制冷系统，节能环保。

一、根据北京节能减排目标地源热泵应用的必要性
近年来，我国地源热泵行业发展迅速，各地的地源热泵项目不断增加，这不仅得益于我国丰富的地热资源、相关技术的不断完善，还得益于来自节能减排的压力。

国家“十二五”规划、《节能减排“十二五”规划》等均明确提出了我国节能减排的目标，到2015年，单位GDP二氧化碳排放降低17%;单位GDP能耗下降16%;非化石能源占一次能源消费比重提高3.1个百分点;主要污染物排放总量减少8到10%的目标。

2013年1-5月，我国规模以上工业能源消费量为111183万吨标准煤，同比增长2.98%，增速较去年同期加快0.42个百分点;六大高耗能行业能源消费量均实现同比增长，我国节能减排形势严峻。

地源热泵系统的能量来源于地下能源，它不向外界排放废气、废水、废渣，是一种高效节能系统，完全符合我国能源和经济可持续发展的方向。

同时，作为可再生清洁能源，地热能已纳入“十二五”能源规划。

国家初步计划在未来5年，完成地源热泵供暖(制冷)面积3.5亿平方米，按每平米200-300元的投资强度，总投资金额可达700-1050亿元。

据空调制冷大市场专家介绍，我国地源热泵经过几十年的发展已经具有很大的市场，生产地源热泵的厂家有一百多家，国外先进地源热泵技术也逐渐向国内引进，无论是在规模上还是在质量上，都在逐渐接近世界先进水平行列。

同时，国内已有多家学术机构建立起土壤源热泵实验台，主要开展对地下换热器和地面热泵设备长期联合运行的研究。

我国地源热泵技术的建筑应用面积已超过1.4亿平方米，全国地源热泵系统年销售额超过80
亿元，并以20%以上的速度增长，单体地源热泵系统应用面积高达80万平方米。

从地源热泵主机市场来看，2010年，我国地源热泵主机市场规模约为25亿元，同比增长31%左右，增幅为近年来最大，到2011年市场规模达到31亿元，同比增长23%左右，2012年市场规模增加至33亿元左右。

地源热泵技术作为一种受国家政策支持的新型节能环保空调采暖技术将得到快速发展，从而推动地源热泵市场的快速发展，中国地源热泵市场前景看好。

二、北京市2013-2017年清洁空气行动计划重点任务分解（京政办发[2013]49号）
（一）空气质量目标任务分解
1.本市空气质量明显改善，重污染天数大幅减少。

到2017年，全市空气中的细颗粒物(PM
2.5)年均浓度比2012年下降25%以上，控制在60微克/立方米左右。

牵头单位及责任人：市环保局陈添
责任单位：市发展改革委、市经济信息化委、市交通委、市住房城乡建设委、市市政市容委等部门，各区县政府(含北京经济技术开发区)
多措并举推进清洁能源采暖。

在城乡结合部和农村地区综合推广电力、热泵、太阳能等清洁能源采暖方式，削减散煤使用量。

制定出台农村享受峰谷电价优惠政策实施方案，推进农村电网扩容建设，提高电采暖供电能力。

到2017年，力争完成20万农户电采暖改造任务；完成50个新型农村社区建设，推行集中供暖和新能源供暖；全市累计新增太阳能集热器面积400万平方米；
累计新增热泵供暖面积3500万平方米，其中，利用燃气热电厂余热热泵改造新增供暖面积2000万平方米，发展再生水热泵新增供暖面积500万平方米，实施地热供暖新增供暖面积500万平方米，在远郊新城、重点镇的公共建筑发展浅层地温利用新增供暖面积500万平方米。

7.建立健全绿色能源配送体系。

2013年底前，市发展改革委、市市政市容委组织建立优质煤和瓶
装液化气供应渠道，各区县建成绿色能源配送中心，确保优质煤和瓶装液化气供应。

严厉打击非法生产、销售劣质煤的行为，集中清理、整顿和取缔不达标散煤供应渠道；采取路检路查等手段杜绝不符合规定标准的散煤和固硫型煤进京销售。

8.提高能源使用效率。

推行节能降耗技术，从源头上降低能源需求，推动减少大气污染物排放。

市发展改革委牵头完成国家下达的节能降耗目标，到2017年，单位工业增加值能耗比2012年降低20%左右。

市规划委、市住房城乡建设委严格执行新建居住建筑节能75%的强制性标准，推广使用太阳能热水系统、地源热泵、光伏建筑一体化等技术。

市市政市容委、市住房城乡建设委、市发展改革委等部门加快推进既有居住建筑供热计量和节能改造，到2015年，累计完成1.5亿平方米符合50%节能标准的既有居住建筑供热计量改造；全面完成“十二五”期间6000万平方米既有居住建筑节能改造任务。

市质监局加强对供热计量和重点用能单位能源资源计量器具的监督检查，开展能源计量审查评价工作。

市住房城乡建设委推进抗震节能农宅建设，到2017年底力争完成20万户左右。

根据以上北京市绿色能源的发展，采用太阳能及热泵技术是响应了北京节能环保的理念。

三、关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展意见
2013-3-6 10:01:07
根据《中华人民共和国节约能源法》和《国务院关于加强节能工作的决定》（国发〔2006〕28号）、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发〔2007〕15号）等文件精神，为加快推行合同能源管理，促进节能服务产业发展，现提出以下意见：
（一）充分认识推行合同能源管理、发展节能服务产业的重要意义
合同能源管理是发达国家普遍推行的、运用市场手段促进节能的服务机制。

节能服务公司与用户签订能源管理合同，为用户提供节能诊断、融资、改造等服务，并以节能效益分享方式回收投资和获得合理利润，可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险，充分调动用能单位节能改造的积极性，是行之有效的节能措施。

我国上世纪90年代末引进合同能源管理机制以来，通过示范、引导和推广，节能服务产业迅速发展，专业化的节能服务公司不断增多，服务范围已扩展到工业、建筑、交通、公共机构等多个领域。

2009年，全国节能服务公司达502家，完成总产值580多亿元，形成年节能能力1350万吨标准煤，对推动节能改造、减少能源消耗、增加社会就业发挥了积极作用。

但也要看到，我国合同能源管理还没有得到足够的重视，节能服务产业还存在财税扶持政策少、融资困难以及规模偏小、发展不规范等突出问题，难以适应节能工作形势发展的需要。

加快推行合
同能源管理，积极发展节能服务产业，是利用市场机制促进节能减排、减缓温室气体排放的有力措施，是培育战略性新兴产业、形成新的经济增长点的迫切要求，是建设资源节约型和环境友好型社会的客观需要。

各地区、各部门要充分认识推行合同能源管理、发展节能服务产业的重要意义，采取切实有效措施，努力创造良好的政策环境，促进节能服务产业加快发展。

（二）指导思想、基本原则和发展目标
（三）指导思想。

高举中国特色社会主义伟大旗帜，以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观，充分发挥市场机制作用，加强政策扶持和引导，积极推行合同能源管理，加快节能新技术、新产品的推广应用，促进节能服务产业发展，不断提高能源利用效率。

国务院办公厅转发发展改革委等部门
关于加快推行合同能源管理促进节能
服务产业发展意见的通知
国办发〔2010〕25号
各省、自治区、直辖市人民政府，国务院各部委、各直属机构：
发展改革委、财政部、人民银行、税务总局《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》已经国务院同意，现转发给你们，请认真贯彻执行。

国务院办公厅
二○一○年四月二日
关于加快推行合同能源管理
促进节能服务产业发展的意见
发展改革委财政部人民银行税务总局
根据《中华人民共和国节约能源法》和《国务院关于加强节能工作的决定》（国发〔2006〕28号）、《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》（国发〔2007〕15号）等文件精神，为加快推行合同能源管理，促进节能服务产业发展，现提出以下意见：
四、北京市《关于印发进一步推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见的通
知》新政策
易碳家杂志据交通部网站了解到，近日，经市政府批准，北京市发改委、北京市财政局联合印发了《关于印发进一步推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见的通知》，提高了北京市合同能源管理节能效益分享型项目的奖励标准，降低了相关奖励门槛，增设了费用托管型项目的财
政奖励政策。

根据新政策规定，对符合中央财政奖励政策的节能效益分享型合同能源管理项目，在中央财政奖励240元/吨标准煤的基础上，非工业领域符合条件的合同能源管理项目，根据核定的年节能量，市级财政配套奖励标准从260元/吨标准煤提高到560元/吨标准煤。

五、我们公司也可以合同能源方式提供热泵系统，以取暖费方式收回企业投资成本。

1、合同能源管理（EMC）是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的节能新机
制，其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。

这种节能投资方式允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级，以降低目前的运行成本；节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标，节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务，用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务机制。

2、BT（build-transfer）模式，即建设-移交。

即由EMCO公司融资、建设，项目建成后立即移
交给公共部门，政府按项目的收购价格分期付款，其款项可来自于项目的经营收入
合同能源管理这一节能机制在国内正逐渐为人所关注。

所谓合同能源管理，其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。

合同能源管理不是推销产品或技术，而是推销一种减少能源成本的财务管理方法。

节能服务公司的经营机制是一种节能投资服务管理；客户见到节能效益后，节能服务公司才与客户一起共同分享节能成果，取得双赢的效果。

3、合同能源管理的模式包括：
一、节能效益分享型。

节能服务公司承担项目的设计、融资和安装、施工等工作，对节能量进行测量和验证，并与客户约定固定期限内分享实际的节能郊益，属于全方位服务型。

二、能源供应外包型。

节能服务公司负责设备的运营、维护，并按约定价格将产出的产品如热、冷、等出售给用户。

设备升级、维修等成本由节能服务公司承担，客户保留所有权。

三、节能量保证型。

节能服务公司设计和实施项目，可能提供某些融资便利，节能服务公司需要确保节能量，使节能投资成本得以偿还。

四、合同期限可变型。

这种模式与节能效益分享型是一样的，只是节能服务合同的期限是根据实际节能状况予以调整的，确保节能服务公司能够偿还初投资债务。

五、设备供应商信用型。

设备供应商设计项目，进行调试，确保能达到节能预期目标，款项可以调试成功后一次性支付，或从预期节能效益中分期支付。

设备所有权是立即转移给客户的。

六、设备租赁型。

与前述设备供应商信用型类似，只是设备供应商从节能效益中获取固定的款项，直到所有的租期款项支付完毕，设备所有权才移转客户。

七、(基于能效付款的)技术咨询型。

节能服务公司进行能源审计，并协助项目实施，节能服务公司和用能单位约定基于能效的报酬，包括低能效惩罚和高能效奖励。

八、(固定额付款)技术咨询型。

节能服务公司进行审计，设计项目，向客户提供实施项目的协助，或者为客户提供咨询意见，收取一次性固定的费用。

五、以下是对地源热泵系统冷热平衡的换热分析；
地源热泵热平衡计算
1、工程概况：本工程为北京北京奔驰汽车有限公司生产能力扩充及研发中心项目及北京奔驰汽车有限公司新建发动机工厂项目地源热泵工程。

位于北京经济技术开发区，其中总装车间面积为194907㎡。

冬季采暖热负荷：8793kW；空调冷负荷5544kW。

2、根据《地源热泵工程技术规范》GB50366-2005(2009年版)4.3.2 地埋管换热系统设计应进行全年动态负荷计算，最小计算周期宜为1年。

计算周期内，地源热泵系统总释热量宜与其总吸热量相平衡。

3、根据《地源热泵工程技术规范》GB50366-2005(2009年版)条文说明4.3.3
（1）地源热泵的系统的最大释热量与建筑设计冷负荷相对应。

包括：各空调分区内水源热泵机组释放到循环水中的热量（空调负荷和机组压缩机耗功）、循环水在输送过程中得到的热量、水泵释放到循环水中的热量。

将上述三项热量相加就可以得到供冷工况下释放到循环水的总热量。

即：
最大释热量=Σ[空调分区冷负荷×（1+1/EER）]+ Σ输送过程得热量+Σ水泵释放热量建筑冷负荷为：5544kW,制冷天数：120天，制冷小时数：15小时，制冷负荷平均系数0.6，制冷时EER约为5.0。

输送过程得热量和水泵释放热量较空调分区冷负荷小很多，因此可忽略不计。

最大释热量=5544×120×15×0.6×（1+1/5）=718.5024×104 kW
（2）地源热泵的系统的最大吸热量与建筑设计热负荷相对应。

包括：各空调分区内水源热泵机组从循环水中的吸热量（空调热负荷，并扣除机组压缩机耗功）、循环水再输送过程中失去的热量并扣除水泵释放到循环水中的热量。

将上述前二项热量
相加并扣除第三项就可以得到供制热工况下循环水的总吸热量。

即：最大吸热量=Σ[空调分区热负荷×（1-1/COP）]+ Σ输送过程失热量-Σ水泵释放热量建筑热负荷为：8793 kW,采暖天数：123天，采暖小时数：15小时，采暖热负荷平均系数0.7。

制热时COP约为3.7，输送过程失热量和水泵释放热量较空调分区热负荷小很多，因此可忽略不计。

最大吸热量=8793×123×15×0.7×（1-1/3.7）=828.6927×104 kW
（3）不平衡率
不平衡率μ=Φ1/Φ2=718.5024×104/828.6927×104=0.867
（4）分析结论
若冷热不平衡率μ=Φ1/Φ2=0.8—1.15之间，则无需对地埋管系统进行地下温度场的冷热不平衡处理，靠土壤全年的冷热不平衡自动恢复能力可保证地埋管换热系统在一年的周期运行中冷热基本处于动态平衡状态；
若冷热不平衡率μ=Φ1/Φ2<0.8或>1.15，则需对地埋管系统增设相关冷辅或热辅设备以保证地埋管换热系统在一年的周期运行中冷热处于动态平衡状态。

在布孔区域，不同位置、不同深度，我们设置先进温度传感器，监测地温变化情况，可及时调整运行策略，保证全年的冷热达到平衡，在地源热泵冷热都使用情况下经过详细计算采取了相应措施保证了在热泵设备使用寿命内中绝对不会出现冷热不均衡的为题。

北京永源热泵有限责任公司
2013年9月23日。