第二章 全球地源热泵市场概览

纵观全球

地源热泵（地源热泵）是全球空调设备安装基地的一小部分。 全球装机容量已达15,400兆瓦特，年能源使用量估计为87,500吨（Lund，2005年）。 全球地源热泵的能力近年来出现了巨大的增长。 过去十年的年增长率超过10％（Le Feuvre 2008），主要在北美和欧洲。 图2-1显示，从1995年的1900兆瓦增加到2000年的5300兆瓦和2005年的15,400兆瓦特。

截至2005年，已有33个国家安装了至少100兆瓦特的地源热泵能力。

如图所示，图2-2中，北美地区地源热泵装机容量达到56％，其次是欧洲39％，亚洲5％。

图2-1：地源热泵全球MWt装机容量

资料来源：Lund，et al。 “地热能直接应用：2005年全球调查”（2005年）。

图2-2：全球各大洲地源热泵装机容量 (MWt)

Source: Lund, et al. “Direct application of geothermal energy: 2005 Worldwide review” (2005).

图2-3显示了以容量的MWt为单位的按国家安装的地源热泵。 美国约占安装基地的三分之二，瑞典是欧洲优与的国家，占五分之一。 截至2005年，共计有90万个单位。

总装机容量 = 10,100 MWt

图2-3：按国家分列的全球地源热泵装机容量（MWt）

资料来源：Curtis，et al。 世界地热大会，2005年。

设备描述

地源热泵通常根据接地回路的类型分类（见图2-4）。 每种类型的市场份额因国家/地区的特点，推广和应用而异。

如图2-4（a）所示的开环系统或“地下水源”热泵是假定地下水适合使用的比较古老和比较便宜的地源热泵系统类型。 自20世纪70年代以来，开环系统已经普遍使用，目前占美国市场的约10-20％（隆德2005）。 在这样的系统中，地下水被用作热载体并被直接带到热泵。 水被排放回井内或进入地表水体内。 这些系统需要充足，浅层和纯净的地下水供应。 由于它们对社区地下水的影响，市政法规有时禁止安装开环系统。

闭环或接地耦合的系统通过接地回路使用含有水或二醇溶液的回路，并使用制冷剂回路将热量传递到热泵（图2-4b）。 地面环路可以垂直或水平放置在地面上，或偶尔放置在池塘或湖泊中。

垂直配置涉及钻井深度为150至220英尺/吨的钻孔（Rafferty 2008）。 垂直回路具有较小的地表面积要求，通常为200-400平方英尺（5-10平方米/千瓦），这使得小型特性变得更加可行，但却增加了系统总安装成本的显着钻井成本（ ASHRAE 1995）。

水平回路通常是一个较便宜的选择，因为它只涉及挖掘4-5英尺的沟槽而不是深井。 然而，它需要更多的空间，地面温度受浅层深度的季节性波动的影响。 水平沟槽长度范围为每吨容量125至300英尺（Rafferty 2008）。 管道长度是系统尺寸，气候，土壤/岩石热特性和回路类型的函数。 典型水平回路所需的地面面积范围从2000 ft2到3500 ft2 / ton（50-90 m2 / kW）（ASHRAE 1995）。

水平回路的变化是螺旋形或“紧”状的环形结构，其中管道以重叠的圆形方式布置。 与基本水平设置相比，这种配置需要较少的接地面积，但管道长度和泵送能量更多。

在池塘环路中，地面环路淹没在湖泊或池塘中。 如果有适合的水源，这种设计是一个经济的选择，因为它涉及到比较小的挖掘。

直接交换系统通过接地回路运行制冷剂直接进行热交换。 这种系统不需要使用泵，但需要更大的铜管长度和制冷剂充注。 它们不常用。

地源热泵可应用于各种住宅，商业和制度环境。 此外，世界各国已经安装了一些基于社区的系统。 个别单位的规模从小型住宅用地约1.5吨到商业和机构应用的40多吨。 如图2-5所示，较大的商业应用可能涉及多排串联或并联连接的管道。

在美国，除了在主要负载是加热负载的北方气候之外，大多数机组的容量大小适用于制冷负荷，因此加热负荷过大。 在欧洲，容量通常用于加热负载，通常提供基本负荷，并具有由化石燃料提供的峰值负载。

图2-4：住宅地面环路

a)    开式循环

资料来源：Water Furnace 2008

b)闭式循环

资料来源：KCPL 2008.

图2-5：商业运用的地下循环

资料来源：NRCan 2008

欧洲

过去十年来，欧洲地源热泵行业出现了显着的增长。 地源热泵占欧洲销售热泵的25％（Forsén2008）。 到2006年，已经在欧洲安装了超过69万台的容量，达到7300兆瓦的能力（EUObserv'ER 2007，EHPO 2008）。

2008年欧洲地源热泵展望

图2-8显示了2004年至2006年间八个欧洲国家年销售地源热泵的增长。这一时期的复合年增长率约为30％。

资料来源：GroundReach 2007（市场现况）

图2-9显示了同样8个欧洲国家对新建筑和改建市场的市场渗透率。 这些国家沿着这两条曲线绘制，尽管只有瑞典，瑞士，芬兰和挪威才有重大改装市场。 该图显示了瑞典在超过75％市场渗透率方面进入改造市场的成功。 此外，很明显，地源热泵在瑞士新建筑市场上占有非常大的份额。

图2-9：2006年8个欧洲国家地源热泵s市场渗透率

资料来源：GroundReach 2007（市场现况）

重点欧洲国家

奥地利在全球拥有第五高的产能密度，安装了23,000台热泵（Le Feuvre 2008）。 奥地利房屋市场中使用的大约95％的热泵是地源（Le Feuvre 2008）。 与1970年代末和80年代初期的许多国家一样，热泵市场也受到业绩和可靠性的困扰，一度经验不足的公司在石油危机期间开始进入爆炸式市场。 1990年LGW（LeistungsgemeinschaftW?rmepumpe）贸易协会成立，旨在推动热泵，开展教育培训项目，帮助市场实现新的增长。

法国热泵市场在石油危机期间在1975年至1985年期间首次发展。 经过这一初步的繁荣，由于缺乏熟练的安装人员和设备质量差，市场基本消失。 1997年，法国电力法国（EDF），法国全国电力公司（法国环境与能源管理机构）和法国采矿与地质研究委员会（BRGM）联合举办了一个市场。 2005年，包括法国电力委员会，法国环境与能源管理局在内的公共机构已经实施了一个大型的热泵补贴计划，将在2009年之前持续下去。

这一补贴有助于将改造后的地源热泵市场从补贴前的2％增加到2007年的13％。此外，法国已经制定了2010年的目标，为所有新建单户住宅的20％提供地源热泵（? 每年40,000个单位）。

德国是欧洲第二大安装基地。 图2-10显示了1997年以来德国年热泵销量的增长。电力公司通过推广热泵利益已成为行业的盟友。 一些公用事业公司提供了对消费者有利的特殊热泵关税（EHPO 2008）。 2008年，德国政府制定了新的市场激励计划，以支持可再生能源系统，德国政府将其纳入地源热泵。 2005年至2006年间，销售额急剧上涨是由于2005-2006年冬季特别长，能源价格进一步上涨以及媒体对气候变化的关注。

图2-10：德国热泵市场开发1997-2007

资料来源：2008年欧洲热泵展望

注意：热泵热水器（HPWH）仅用于加热，而不是空间加热。 空气水热泵加热水力循环。

瑞典作为全欧洲国家比较发达的市场，人均国内生产能力比较高（Le Feuvre，2008年）。 国内市场的急剧增长可归因于石油和电力价格上涨以及能源税相关税收的增加。 在瑞典，热泵是新建筑中比较常见的空间加热。

改造单身家庭住房约为34％（2008年国际医院展望）。 与其他欧洲国家不同，瑞典在抢占大部分改装市场方面取得了相当大的成功。 地源热泵销售额在2006年达到高峰，2007年下降了30％，2008年销售额预计下降20％（图2-11），主要是由于全球经济增长放缓。

图2-11：瑞典热泵市场发展1997-2007

资料来源：2008年欧洲热泵展望

瑞士拥有超过25,000个地源热泵系统，估计世界上的安装密度比较高，平均每2平方公里有一个以上的单位（Curtis，2005年）。 图2-12显示了自1980年以来装机容量的增长。瑞士公共事业部门使用了一种名为“能源承包”的系统，有效地提供了采用地源热泵的动机，包括规划，安装，运行和维护地源热泵系统 以自己的代价，以每千瓦时的合同价格（Curtis 2005）向业主出售热（或冷）。 一般来说，地源热泵主要以分散的方式安装，以满足个人需求，避免与区域供热有关的配热成本。

图2-12：瑞士地源热泵装机容量（MWt）（1980 - 2001年）

资料来源：Curtis 2005