发展概况
美国地源热泵系统的使用面积和当量台数最大,各项指标都远远超过了世界上其他国家的利用规模。经过几十年的发展,地源热泵技术在美国已非常成熟,是一种被广泛采用的供热空调技术。针对水源热泵机组、地热换热器,系统设计和安装有一整套标准、规范、计算方法和施工工艺。
美国的地源热泵起源于地下水源热泵。由于土壤源热泵的初投资高、计算复杂以及属管的腐蚀等问题,早期美国的地源热泵中土壤源热泵占的比例比较小,主要以地下水热泵为主。早在20世纪50年代,美国市场上就开始出现以地下水或者河湖水作为热源的地源热泵系统,并用它来实现采暖,但由于采用的是直接式系统,很多系统在投入使用10年左右的时间后由于腐蚀等问题失效了,地下水源热泵系统的可靠性受到了人们的质疑。
20世纪70年代80年代,在能源危机的促使下,人们又开始关注地下水源热泵。
通过改进,水源热泵机组扩大了进水温度范围,加上欧洲板式换热器的引进,团式地下水源热泵逐渐得到广泛应用。
与此同时,人们也开始关注土壤源热泵系统。在美国能源部(DOE)的支持下,美国橡树山(Oak Ridge National LAboratory ORNL)和布鲁克海文(Brookhaven NationalLaboratory,BNL)等国家实验室和俄克拉荷马州立大学(Oklahoma State University,OSU)等研究机构进行了大量的研究。主要研究工作集中在地下换热器的传热特性。土壤的热物性、丕同形式埋管换热器性能的比较研究等。为了解决腐蚀问题,地埋管也由金属管变成了聚乙烯等塑料管。至此,美国进行了多种形式的地下埋管换热器的研究、安装和测试工作。现在美国所安装的土壤源热泵主要是闭式环路系统,它根据塑料管的安装形式的不同可分水平埋管和垂直埋管,此系统可以被高效地应用于任何地方,也正是土壤源热泵系统的广泛应用推动了最近几十年美国地源热泵产业的快速增长。
1998年美国能源部要求在具有使用条件的联邦政府机构建筑中推广应用土壤源热泵系统。为了表示支持这种节能环保的新技术,美国总统布什在他德克萨斯州的宅邸中也安装了这种地源热泵系统。进入21世纪后,美国地源热泵的使用量随着其建筑规模的扩大也逐渐增加。
其中,地源热泵系统在单体住宅中占63%,商业建筑占37%。在单体住宅中,新建建筑占75%,但目前受美国次贷危机影响此比例在逐渐下降;既有建筑改造25%,未来此比例可上升到35%。在商业建筑中,学校、政府办公建筑、宗教建筑、办公建筑和零售商店均有应用。
发展障碍及激励政策
美国地源热泵发展中遇到的障碍主要有:①地源热泵系统相对传统系统以及空气源热泵的一次投资较大。由于初期投资涉及到大量的地下施工I北美地区高昂的劳动力成本使得地源热泵系统的初期投资可超过常规系统100%乃至150%,目前每米环路的费用大约是11.5 -55.8美元,平均每米为36美元。初期投资过高极大地限制了地源热泵的使用。
在目前的应用中,主要还是以公立的学校,尤其是中小学为主,其次是联邦的公用设施,包括军用设施。在真正的私人投资的商用建筑中使用的比例要低于前两者;②各种地方法规对地源热泵使用的限制;(③承包商施工的不规范;④水平埋管土壤源热泵系统需要大量的土地面积。
为了促进地源热泵的发展,美国各州政府也相继出台了很多激励措施来鼓励地源热泵的发展。
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