满液式水源热泵的研发与推广应用项目总结报告1111.docx
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满液式水源热泵的研发与推广应用项目总结报告1111
满液式水源热泵的研发与推广应用项目
工作总结报告
（建设局城乡规划管理处）
一、项目来源
生态环境是建德的核心优势，“生态立市”是建德市委、市政府近年来坚持的核心战略，建德市于2009年被列入第一批国家级可再生能源建筑应用示范县（市）。
为发挥新安江恒温水能优势，打造国家级可再生能源建筑应用示范市，开发利用水源热泵技术，建德市政府与同方人工环境有限公司签订了合作协议，由建德市城乡规划管理处、建德市天蓝制冷工程有限公司和同方人工环境有限公司合作，在建德市内大力推广和应用水源热泵技术，走出了一条充分发挥资源优势、全面推进节能减排和生态保护、建设低碳生态城市的新路子。
二、立项背景
（一）研发背景
我国的GDP占世界GDP的比重大约为4%，却消耗了相当于全球总量近30%的主要能源和原材料。
能源需求的快速增长与我国有限的资源储量形成了强烈反差。
同时，由于我国的能源结构以煤为主，因而污染严重。
能源与环保问题已经成为制约我国经济持续快速发展的两大瓶颈。
为此，国务院印发《“十二五”节能减排综合性工作方案》在节能方面，提出到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年下降32%；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。
在减排方面，提出2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量比2010年下降8%；全国氨氮和氮氧化物排放总量比2010年下降10%。
要完成上述目标的重要措施就是使用节能环保的新技术、新产品来实现节能和大规模利用可再生能源与建筑自然能源，这在建筑节能领域尤其迫切。
满液式水地源热泵技术是一种有益于环境保护和可持续发展的建筑节能新技术。
在建筑供热空调工程中采用地下浅层水地源热泵技术可以合理地利用环境中的低品位热能，有效地提高一次能源利用率，减少温室效应气体CO2以及其它燃烧产生的污染物的排放量。
（二）推广背景
建德地处钱塘江上游，是浙西生态屏障的重要组成部分，保护好上千万下游居民的“安全水源”和“三江两岸”的生态环境，不仅是自身发展需要，更是伟大的政治使命。
同时，推广水源热泵技术是建德推进节能减排的客观要求，是建设生态文明的具体实践。
“美丽宜居江城”是建德“十二五”城市建设的目标定位，水源热泵技术的应用，将使建德真正成为山环水绕、满绿世界的“低碳之城”、“品质之城”。
水量充足、水温适度、水质清澈的新安江，又为应用水源热泵提供了得天独厚的自然条件。
建设部仇保兴副部长要求“消灭空调外挂机，做世界样板”的目标，成为了建德今后可持续发展的战略导向。
三、项目组织与实施
（一）项目完成情况
1、技术目标
通过自主创新研发，取得满液式换热器设计技术、氟系统综合回油技术及精确液位与节流控制技术的三项突破，形成整套满液式水地源热泵系统自主集成设计技术。
2、主要技术性能指标
通过技术创新与取得技术突破，新产品技术指标拟达到如下目标要求（表一）。
表一新产品技术性能指标
产品系列
指标项
国标地下水工况条件
国标地下环路工况条件
水地源热泵系列产品SGHP-600（M）~2000（M）
冷EER
热COP
≥5.9
≥4.6
≥5.7
≥4.0
3、推广目标
建德市推广水源热泵技术、打造国家级可再生能源建筑应用示范市分四个阶段实施：
示范期目标（2009年-2011年），启动水源热泵建筑应用50万平方米，完成30万平方米。
近期目标（2012年至2015年），累计启动水源热泵建筑应用100万平方米，完成80万平方米，基本实现洋安新城和桥东区块无空调外挂机的目标。
中期目标（2015年-2020年），累计完成水源热泵建筑应用350万平方米以上，基本实现新安江城区沿江范围内无空调外挂机的目标。
远期目标，建成全国率先取消空调外挂机城市，打造可再生能源建筑应用的世界级样板。
（二）项目实施
1、工作举措
为实现上述目标，在技术领域配备雄厚的研发团队，提供齐全的基础设施，全力做好研发工作。
在推广方面，从以下几方面进行推广：
一是抓好规划指导推广。
编制区块生态规划、可再生能源建筑应用发展规划和区块水源热泵系统应用专项规划。
二是抓好政策引导推广。
专门出台了《建德市可再生能源建筑应用示范市建设实施意见》、《建德市可再生能源建筑应用管理办法》、《建德市可再生能源建筑应用专项资金管理使用办法》等政策，引导工作推进。
三是抓好示范带动推广。
按照“点上先行示范、线上有序推进、面上分期实施”的思路，选择了体育馆、大型酒店、大型商贸中心、新城安置房等公共建筑为水源热泵应用的示范项目。
四是抓好合作科学推广。
与清华同方人工环境有限公司和北京依柯尔绿色建筑研究中心签订了战略合作协议，开展技术层面合作。
加强与北京、江苏、湖南和我省相关县（市）的交流，探索科学合理的定价体系和运营模式。
五是完善机制加快推广。
建立工作协调机制，成立了由市长任组长的领导小组和工作小组，负责协调推进项目建设。
完善政策激励机制，示范期内在争取国家和省近1500万专项补助资金的基础上，我市另行安排900万元专项资金，扶持项目建设。
六是抓好宣传促进推广。
深入开展可再生能源建筑应用知识讲座，开展水源泵模型展示和技术知识讲解。
制作并发放宣传图册3万余份，利用新安江沿江LED显示屏进行广泛宣传。
举办“创先争优、节能减碳、全民行动欢乐夜”为主题的百姓纳凉晚会、广场宣传活动等，普及可再生能源建筑应用知识。
2、技术上难点突破
（1）高效换热、分油的壳管式冷凝器设计技术。
以换热面积最小为目标函数，研究高效换热管的类型及排布方式，并结合传统的惯性油分离原理及壳管式换热器设计工艺，充分利用壳管式换热器内部的空间，在换热器内部增加二次油分离器，实现了兼顾体积和性能的高效壳管式冷凝器的设计技术突破。
（2）高效的满液式蒸发器设计技术。
兼顾满足沸腾换热的稳定液位和换热系数的最大化，通过对满液式蒸发器的回油与油阻控制、制冷剂的布液、集气与回气、高效管材及结构布置型式与生产工艺等技术的理论与实验研究，实现自带回油功能的高效满液式蒸发器设计技术突破。
（3）高效可靠的系统回油技术。
利用系统的高效油分和蒸发器的自动回油功能,根据伯努力方程确定最佳回油管路设计,确保系统在宽工况范围内的稳定连续回油。
不仅保证了系统连续运行的可靠性,还大大提高了系统的换热效率，实现了一直困扰满液式技术的高效可靠的系统回油技术的突破。
（4）精确液位与节流控制技术。
采用液位传感器与电子膨胀阀相结合，通过对冷凝器液位的控制，实现对蒸发器内液位的稳定、精确控制，确保机组运行的安全性与高效性，突破了满液式技术液位控制的技术难题。
3、推广上难点突破
水源热泵技术建筑应用在全国尚属新生事物，可学习借鉴的经验较少。
该项目的实施，涉及生活理念的转变、新型技术的运用、规划建设的拓展，实施过程复杂，时间跨度长，难度系数高，我们对多方面难点进行了积极的探索和创新。
（1）认知水平的突破与创新。
从群众认知来说，在经济社会的快速发展、物质生活从相对贫乏到相对富裕的转变中，更加注重物质的追求享受，缺乏对节能减排、低碳生活和水源热泵等新能源技术的理性认识。
从官员执政来说，对在国内尚未普遍推广的新技术，不愿意承担应用的风险。
对建德市民来说，容易将水源热泵技术等同于上世纪80年代曾在建德广泛使用的“水空调”。
上述问题的存在，使项目建设缺乏必要的认知基础。
本项目的实施，有效突破了群众的传统生活观念，强化了官员的执政为民意识，推进了生态理念的确立和生态文化的建设。
（2）建设领域的突破与创新。
从项目建设来说，建筑单体的水源热泵系统应用相对简单，区域的水源热泵系统应用因范围广、取水管网长和取水口多，给工程建设带来较大难度。
我市在推广水源热泵技术中，为避免重复建设和资源浪费，委托专业科研单位进行综合研究，编制了区域性水源热泵应用的供水规划，实行管网和取水口统一规划、统一建设，采用区块集中供水，有效解决了取水难问题。
同时，按照“引水入城”的理念，将尾水用于建设城市水景，提高了水资源的综合利用，开创了城市理念经营的新思路。
（3）施工技术的突破与创新。
水源热泵系统属建筑安装工程，在新建建筑中应用较容易，可与建筑同步设计、施工、验收和交付使用，但在老城区推广应用受到道路开挖、机房选址、穿越墙体、管道保温、末端设备等问题的影响，推广有一定难度。
在项目实施中，我市结合旧城区块整体开发、老城区改造、建筑改造、市政道路改造等工作，同步实施水源热泵项目，有效降低建设成本，减少了对建筑结构和居民的影响。
（三）经费使用情况
本项目总经费约1730万，其中自筹1680万，市科技局拨款25万，地方配套25万元。
主要包括研发费用与推广费用。
其中研发费用中专用仪器设备费用约1300万，见下表：
序号
支出科目
金额
1
（水箱用）冷却塔
130万元
2
（冷水机组用）冷却塔
140万元
3
冷却侧加水泵（对水用）
7万元
4
冷却水流量计
100万元
5
压力控制器
10万元
6
恒温水箱
36万元
7
冷却水泵
7万元
8
冷水机组
64万元
9
水箱电加热
256万元
10
CFD软件
100万元
11
上位机集中控制软件
150万元
12
电功率测量仪
5万/个×1=5万元
13
数字显示调节仪表
0.5万/台×10台=5万元
14
压力温度多功能参数测量仪器
100万元
15
过滤器
1万/个×10个=10万元
16
低值易耗品
30万元
17
专用新材料
25万元
18
其它辅料
50万元
合计
1225万元
本项目其他费用约500万元。
详见表二
支出科目
金额（万元）
计算根据及理由
会议调研费
10
资料收集、查新
试验外协费
20
/
资料印刷费
2
资料费
鉴定验收费
2
鉴定、验收费
人员经费
40
人员工资
宣传推广费
100
项目推广宣传费
四、项目主要研究成果
水地源热泵技术在国内外已经有几十年的应用历史，其中对地下水的研究分析和提取处理技术以及热泵技术已经为成熟技术；而且满液式蒸发技术已经在国外大型冷水机组上得到了成功的发展与应用；因此，满液式水地源热泵的技术路线应该是成熟的。
清华同方满液式水地源热泵的核心技术在于新型回油技术方案与液位控制技术。
为此，清华同方针对回油控制与液位控制进行了多项研究，并制作了样机，经过测试，实现了制冷EER达到5.92、制热COP达到4.58的高能效。
同时，我们进行了新一代高效满液式水源热泵机组开发，提供的水源热泵在标准制冷工况下，其EER达到6.20，与GB/T19409-2003规定值4.6相比，高出34.8%；在标准制热工况下，制热COP达到4.68与GB/T19409-2003规定值3.6相比，高出30.0%；与美国能源之星计划推荐值相比（地下水系统EER>4.81，制热COP>3.6），也具有相当的优势。
因此清华同方满液式水源热泵产品的性能指标已达到了国际一流水平，其节能潜力巨大。
五、项目实施的经济、社会与生态效益
（一）良好的经济效益
对于用户，由于满液式水地源热泵具有一机双效的特点，既可以夏季制冷，又可以冬季供热，因此其综合经济性是传统的空调供暖系统无法比拟的。
水地源热泵系统初投资低，具有良好的投资经济性；从一次能源利用率角度出发，采用高效水地源热泵供暖与直接用电采暖比节能78%；与燃煤锅炉供暖比节能55%；与燃气锅炉供暖比节能39%。
以煤锅炉采暖标准耗煤指标：
25kg/㎡为依据进行计算，则采用高效水地源热泵供暖，可以实现节约标准煤13kg/㎡。
与城市热网相比，一个供暖季节平均可以为用户节约运行费用10元/㎡。
由此可以看出，采用同方高效满液式水地源热泵进行空调供暖，具有较好的使用经济性。
（二）社会效益
一是项目实施有助于提升企业竞争能力。
该项目的成果在国内属于领先，其系统技术水平在国际上也处于先进地位，为支持公司的创新研发并保持在专业领域的持续领先地位将产生深远的意义。
该项目的实施，将加速公司“核心技术”与“核心产品”的研发进程，拓展公司“热泵”产品的市场份额，提升公司的核心竞争力。
本项目的研发成功，将创造中央空调热泵领域的又一细分市场，推动行业的发展。
六、今后研究努力的方向
水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组本身来说，应当是成熟的。
但水源热泵是作为一个系统存在的，在整个系统的推广应用过程中，还是存在如下问题：
（一）水源的探测与开采
在中国，目前对水源，尤其是城市水源的探测开采工作尚不到位，而且费用居高不下。
水源热泵机组的应用前提之一是要有丰富的地下水资源或地表水资源。
如果不了解当地水源的情况，盲目开采，势必会存在无水、水位过低、水量不足或无法回灌等问题。
这些都需要对水源以及当地地质结构进行探测。
随着水源的探测与开发技术的成熟、费用的降低，将会推动水源热泵机组更为合理的应用。
（二）地下水回灌问题
水源热泵若利用地下水，必须考虑水源水的回灌，而且是100%的回灌。
对于回灌技术，必须结合当地的地址和水源情况来考虑。
而目前我国对不同地区的地址结构成井工艺、回灌工艺的研究还不多，这也制约了水源热泵的合理推广。
（三）整体系统的优化设计问题
1、在满液式蒸发器中采用技术更为先进的高效传热管。
换热管外表面加工形成的微细小孔和通道，可大大增加汽化核心数，同时随着气泡的增长、脱离，加强了对制冷剂液体的搅拌，使沸腾传热强化。
2、采用先进、可靠、简易、价廉的节流和液位控制装置。
如：
在冷凝器侧间接控制蒸发器液面，浮球阀控制蒸发器液面，利用吸气过热度和电子膨胀阀控制蒸发器液面，孔板节流和液位控制装置等，以降低产品成本，增强产品在市场的竞争能力。
3、针对油分离器和回油系统性能优劣影响满液式蒸发系统的能效和可靠性的问题，探索研究并采用分离效率更高的油分离器和更为合理的低压回油系统。
扩展水源热泵在不同“水体”中的应用，如“江、河、湖、海、地下涌水、矿井水”及“城市污水”和“污水处理厂中水”等水体。
水源热泵的节能必须结合整个系统来说如果系统循环水泵的选型或控制不当，必定会降低整个系统的节能效果。
同时，不优化的系统设计也可能使主机不是处于设计工况，这样也会造成机组能效比的下降；另外，如果在机组调节过程中，不去调节整个空调末端，也会使整个系统的效果变差。
因此，水源热泵的推广应用，需要多专业多领域的工程技术人员配合，从政策、标准的制定、到主机设计生产、系统设计和运行的维护等多方面来共同参与。
通过本项目对“水源热泵系统应用”的研究，可以为今后水源热泵机组系统工程提供必要的理论验证和试验过程支持,同时提供水源热泵机组系统应用规范。
通过各种应用环境，检测机组时时运行状态，有助于研发人员发现问题并进行解决，完善理论设计基础和实际设计过程。
通过条件平台的建设，可以对机组换热器的换热过程进行可视勤劳的蜜蜂有糖吃
化测量，有助于对换热器热换热性的研究，攻克水源热泵换热器换热效率这一困难课题。
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