可再生能源利用形式有哪些

R.Curtis（英）、J.Lund（美）、B.Sanner（德）、L.Rybach（瑞士）、G.Hellström（瑞典）

徐巍（译）郑克棪（校）

摘要：1995年在意大利佛罗伦萨举行的世界地热大会上，一篇论文引起了世界地热界对地热热泵增长状况的广泛关注。随着降低建筑能耗压力的增加，以及减少建筑物二氧化碳排放指标的提高，安装地热热泵的趋势正在逐渐兴起。应用地热热泵的国家数量也不断上升，其中一些国家并没有传统意义上的地热资源，但现在他们有了生气勃勃的地热热泵项目。另外，还有一些国家正在探索其应用潜力。从小的家庭安装到大功率的系统安装，各种型号的地热热泵都在增加。这篇文章主要对近10年这些高效率、长寿命、低污染的可再生能源系统的发展和安装进行评价。

1 介绍

地热热泵是世界上发展最快的可再生能源利用技术之一，在过去的10年里，大约30个国家平均增长速率达到10%。它主要的优点是可以利用平常的地温或地下水的温度（5～30℃）就可以运行，而这些资源全世界各个国家都可以获得。在1995年的佛罗伦萨世界地热大会上，人们尝试着总结了当时的这项技术状况和发展水平，到2005年，地热热泵已经进一步提升为新能源和可替代能源的重要角色。它们尤其已经被作为一种高效的可再生供热装置，而且更重要的是它们在减少二氧化碳方面得到认可。来自加拿大的一篇文章中提到：“当前在市场上不可能有任何其他的单项技术比地热热泵在减少温室气体排放和导致全球变暖效应方面的潜力更大。”这句话同当前流行的一种认识相一致：热泵作为供热装置可以减少全球6%以上的二氧化碳排放量，它是目前市场上可获得的减少二氧化碳排放量最大的单项技术之一。这样的说法正好适合当前提倡的把更多的注意转移到可再生热能的利用上来，就像现在提倡可再生电能一样。2005年9个欧洲组织和贸易协会共同提倡采用可再生能源进行供热和制冷的行动。三个主要的技术被提到：生物能、太阳能和地热能。过去10年已经进行的工作，说明正确设计的热泵系统，无论是对单孔安装还是多孔安装，都可以确保从地下汲取的热能是真正可再生和永久可持续的。最近，世界能源组织公布了多种可再生技术的生命周期分析，对于加热技术，地热热泵的生命期二氧化碳排放量是第二低，仅次于木屑。

在这篇文章里，我们简短介绍了地热热泵技术，提出当前流行的一些综合信息。读者会发现2005年世界地热大会论文集第14章收集了比以前大会论文集更多的关于地热热泵的论文，反映了它在世界范围内的快速增长。尽管地热热泵有比较高的应用潜力，但在一个国家或地区的优势条件取决于当地的经济生存能力、应用能力和增长率。我们介绍了几个不同地理区域和国家的发展情况。一些地区已经安装了很多的地热热泵，而且显示了不断增长的趋势，有些地区才刚刚开始。开发利用较好的国家有美国、北欧、瑞士、德国，尤其是瑞典。刚开始开发利用的国家包括英国和挪威。其他有大量装机的国家还有加拿大和奥地利，法国、荷兰也显示了比较快的增长速度。中国、日本、俄罗斯、英国、挪威、丹麦、爱尔兰、澳大利亚、波兰、罗马尼亚、土耳其、韩国、意大利、阿根廷、智利、伊朗等国开始意识到地热热泵技术。论文集第一部分里许多国家介绍了他们的开发利用状况。

2 装机

尽管许多国家都开始对热泵产生兴趣，但热泵的增长主要还是发生在美国和欧洲。据不完全统计，目前全世界范围内的装机容量可能接近10100MWt，年均利用的能量大约59000TJ（16470GWh）。实际安装的机组数量大约900000个。表1列举了地热热泵利用率最高的几个国家。

表1 利用地热热泵领先的国家

3 地热热泵系统

热泵系统利用相对不变的地下温度来为家庭、学校、政府和公共建筑供热、制冷和提供生活热水。输入少量的电能驱动压缩机后，可以产生相当于输入能量4倍的能量。这样的机器使热能从低温区流向高温区，实际上是一台能倒流的制冷机。“泵”说明已经做功，温差称为“抬升”，抬升越大，输入的能量越多。该项技术并不是一项新技术，1852年Lord Kelvin提出了这个概念，20世纪40年代Rober Webber修改成地热热泵，60、70年代获得商业推广。图1是典型的水-气型热泵系统。这样的热泵在北美应用很广泛，但在北欧家庭供暖市场主要利用水-水热泵。

热泵有两种基本的配置：土壤偶极系统（闭路系统）和地下水系统（开路系统），地下系统可以水平或垂直安装，取用井水或湖水。系统的选择依赖安装地点的土壤和岩石类型，能否经济施工水井或现场已有水井，还需场地条件。图2是这些系统的示意图。如前面的水-气型热泵所示，对于热水加热系统，家用热水交换器可以在夏天利用回灌的热量，冬天利用输出的热量来加热生活用水，水-水型热泵一般只能通过转换供热模式到生活热水模式，将输出温度提高到最大来加热生活热水。

图1a 制冷循环中的水-气型地热热泵

图1b 供暖循环中的水-气型地热热泵

图2a 密闭环路热泵系统

图2b 开放环路热泵系统

在土壤偶极系统里，一条封闭的管路被水平的或者垂直的埋在地下，防冻液通过塑料管循环，或者在冬天从地下获得热量，或者在夏天将热量灌入地下。开放环路系统利用地下水或湖水直接通过热交换器后灌入另一眼井（或者河渠、湖里，或者直接用于灌溉），主要按照当地法规执行。

其他种类的热泵系统正在兴起，如竖井和本次大会上提到的一种新类型。这些系统效率很高，但大多需要更加精细的水文地质信息和比闭路系统更加专业的设计。

热泵机组的效率在供暖模式通过运行系数COP来表示，在制冷模式下用能量效率比（EER）来表示，它是输出能量与输入能量（电能）之比，目前的设备基本在3和6之间变化。这样COP为4意味着输入每个单位的电能可以产生4个单位的热能。经过对比，空气源热泵的COP大约为2，取决于高峰供暖和制冷需要的备用电能。在欧洲，这个比率有时候作为“季节性运行参数”，即供暖季和制冷季的平均COP，同时要考虑系统特性。

4 地热热泵的可再生讨论

随着热泵装机的稳定增加，使人认识到它们对可再生能源利用的贡献。这只是部分的认识，因为它们只涉及了供暖和制冷的表面，所以没有可再生电能的考虑。然而，这里面有两个其他的因素——一个是关于地下能源的可持续问题，一个是基于空气源热泵的问题，在能量输出时没有纯能量的增加，所以它们仅仅是一种能量效率技术。

20世纪50、60年代，当空气源热泵风靡的时候，在城市里的化石燃料电厂发电的效率接近30%。当时空气源热泵的COP一般在1.5～2.5之间变化。表2显示了在建筑物里能量释放的情况，60%的能量来自于空气，而用来发电的原生能量只有75%作为有用的热能得到利用。这样，从空气中提取的可再生能量已经高效地释放了热能，但没有剩余能量。表2的第二列是当前的数据。新型的组合或联合循环发电厂发电效率已超过40%。土壤源热泵的SPF已超过3.5。这导致了140%的效率，其中最终能量的71%来自地下。更重要的是，超过40%的剩余量已高于发电消耗的原始能量。

表2 能量和效率对比表

水源热泵和新型发电效率的联合才构成剩余可再生能源的释放。

如果从一开始就用可再生能源发电，则所有传递的能量就都是可再生的。为了释放可再生的能量最多，建议应该尽快使可再生电能变得经济，并与地源热泵结合起来。

能量讨论可能是有争议的，但二氧化碳排放量的减少却很容易证实。举个例子，当前英国电网和地热热泵联合供暖相对于传统的化石燃料供暖技术可以减少50%的二氧化碳排放量。这归功于当前英国电网的联合。由于目前发电所排放的二氧化碳在减少，所以通过利用地热热泵而排放的二氧化碳会更少。随着利用可再生能源发电，建筑供暖将不再需要排放二氧化碳。

如果要计算一下世界范围内可节约的石油当量和当前地热热泵装机容量所能减少的二氧化碳排放量，则需要有几个假设条件。如果每年地热能被利用28000TJ（7800GWh），将此量与30%效率的燃油发电相比，则会节约15.4百万桶石油，或者2.3百万吨石油当量，减少700万吨二氧化碳的排放量。如果我们假想每年同样长时间的制冷，则这个数字会翻倍。

5 美国的经验

在美国，大多数系统都是根据高峰制冷负荷设计的，它高于供暖负荷（主要是北方地区），这样，估计平均每年有1000个小时满负荷供暖。在欧洲，绝大多数系统是根据供暖负荷设计的，所以经常据基础荷载设计，另加化石燃料调峰。结果，欧洲的系统每年可以满负荷运行2000到6000个小时，平均每年2300个小时。尽管制冷模式将热量灌入地下，它不是地热，但它仍然节省能量，有利于清洁环境。在美国，地热热泵装机容量能稳定在12%，大多数安装在中西部地区和从北达科他州到佛罗里达州的东部地区。目前，每年接近安装50000个热泵机组，其中46%是垂直闭路循环系统，38%是水平闭路循环系统，15%是开路系统。超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷，尤其在得克萨斯州。应该注意到这一点，热泵按照吨（1吨冰产生的制冷量）来分等级，这个吨相当于12000Btu/hr或3.51kW(Kavanaugh和Rafferty，1997)。一个典型的家庭需要的热泵机组应该是3吨或者是105kW的装机容量。

美国装机容量最大的热泵是在肯塔基州路易斯维尔市的一个宾馆。通过热泵为600个宾馆房间、100个公寓和89000ｍ2的办公区（整个宾馆161650ｍ2）提供冷热空调服务。热泵利用出水量177l/s、出水温度14℃的4口水井，提供15.8MW的冷负荷和196MW的热负荷。消耗的能量是没有热泵系统附近相似建筑的53%，每月节约25000美元。

6 欧洲的状况

地热热泵实际上可在任何地方既供热又制冷，可以满足任何的需求，具有很大的灵活性。在西欧和中欧，直接利用地热能对众多客户进行区域供暖受限于区域的地质条件。在这种情况下，通过分散的热泵系统采集到处都有的浅层地热是一个明智的选择。相应的，在欧洲各个国家，热泵正在快速增长和发展起来。热泵系统的市场正在蔓延，从事该项工作的商业公司也在增长，他们的产品已经进入“黄页”。

欧洲超过20年对热泵的研究开发为该项技术的可持续性建立了一个完善的概念，还解决了噪音问题，制定了安装标准。图3是一个典型的井下热交换器型热泵（BHE）。这个系统每输出1kWh的热或冷需要0.22～0.35kWh的电能，它比季节性利用大气做热源的空气源热泵少需要30%～50%的能量。

图3 中欧家庭中BHE热泵系统的典型应用，典型的BHE长度大于100m

根据欧洲许多国家的天气条件来看，目前大多数的需求是供暖，空调很少需要。所以热泵通常只是用于供暖模式。然而随着大型商业利用数量的增加，制冷的需要以及这项技术推广到南欧，将来供暖和制冷双重功效就会越来越重要。

在欧洲统计热泵安装的可靠数量是相当困难的，尤其是个人的利用。图4是欧洲主要利用热泵的几个国家安装热泵的数量。2001年瑞典大幅增加的热泵主要是空气源热泵，然而瑞典在欧洲也是安装地热热泵最多的国家（见表1）。总的情况，除了瑞典和瑞士，地热热泵的市场扩展在整个欧洲还不太大。

7 德国的经验

1996年之后，根据热泵的销售统计，德国各种热源的热泵销售情况各不相同（图5）。在经过1991年销售量小于2000台的低迷后，热泵的销售量呈现稳定的增长。地热热泵的份额从80年代少于30%上升到1996年的78%，2002年达到82%。而且从2001年到2002年，当德国的房地产由于经济萧条正在缩水的时候，地热热泵的销售量仍然有所增长。将来它在市场上仍然有增长的机会，因为有较好技术前景做保证。

图4 一些欧洲国家热泵机组的安装数量对比图

图5 每年德国热泵的销售数量对比图

德国地热热泵在住宅利用的数量是巨大的，许多小型系统安装在独立的房子里，而较大系统用于一些需要供暖和制冷的办公楼等商业区域。德国的大部分地区夏季的湿度允许制冷不带除湿，例如冷却顶棚。热泵系统就很适合直接利用地下的冷能，不需要冷却器，它们显示了非常高的制冷效率，COP能达到20以上。第一个利用井下热交换器和直接制冷的系统在1987年安装的，同时该项技术成为一个标准设计选择。一些最新的德国地热热泵的例子Sanner和Kohlsch有文章介绍。

在德国，地热热泵已经走过了研究、开发和开发现状阶段，当前的重点是选型和质量安全性。像技术准则VDI4640、合同规范以及质量认证等工作正开始被强制执行来保护工业和消费者，避免质量不合格和地热热泵系统无法长期运行等问题。

8 瑞士地热热泵的繁荣

地热热泵系统在瑞士已经以每年15%的速度快速增长。目前，有超过25000台热泵系统在运行。来自地下有三种热能供应系统：浅层水平管（占所有安装热泵的比例小于5%）、井下换热器系统（100～400m深，占65%）、地下水水源热泵（占30%）。仅仅在2002年，就施工钻孔600000m，并安装了井下换热器系统。

地热热泵系统非常适于开发到处都有的浅层地热资源。热泵系统长期运行的可靠性现在已经通过理论和实践研究以及通过在几个供暖季的测试得到证明。季节运行因素已大于3.5。

各种测试和模型模拟证明这种系统可以持续性的吸取热量。长期运行的可靠性保证了系统可以无故障应用。热泵系统所配备井下换热器的合理尺寸也有利于广泛的应用和选择。实际上，热泵系统的安装在1980年从零开始，经过快速发展，现在是瑞士地热直接利用里最大的部分。

地热热泵系统的安装自从20世纪70年代末期开始认识以来发展很快，这种印象深刻的增长可见图6和图7。

图6 1980～2001年瑞士地热热泵安装的发展趋势图

图7 1980～2001年瑞士井下换热装置和地下水的地热热泵系统装机容量发展趋势图

每年的增长非常显著：新安装系统的数量以每年大于10%的速度增长。小型系统（＜20kW）显示了最高的增长速度（大于15%，见图1）。2001年地热热泵系统的装机容量是440MWt，产生的能量为660GWh。2002年施工了大量的钻孔（几千个），并安装了双U型管的井下热交换器。井下换热器的平均深度大约150～200m；超过300m深度的钻孔也越来越多。平均每米的造价是45美元左右，包括钻井、下入U型管和回填。2002年，井下换热器的进尺达到600000m。

热泵快速进入瑞士市场的原因

热泵系统在瑞士市场上快速发展的原因主要是那里除了这种到处都有的地热以外，在地壳浅层没有其他地热能资源。另外，也有许多其他的原因，包括技术上的、环境上的以及经济上的原因。

技术原因

大多数人口居住的瑞士高原合适的天气条件：大气温度在0℃附近，冬天日照很少，

地下浅层温度在10～12℃之间，长供暖期。

恒定的地下温度通过正确选型尺寸，可以提供热泵最好的季节运行因素和长期使用寿命。

地热热泵以分散方式进行安装，适合于独立用户需要，避免了如同区域供暖系统的昂贵的热分配。

安装位置在建筑物附近（或建筑物地下），相对自由，在建筑物内对空间的要求也不高。

至少对小型系统来说，不需要进行回灌，因为在系统闲置期（夏天）地下的热能可以自动恢复。

环境原因

没有交通运输、储藏和运行的危险（与石油相比）；

没有地下水污染的危险（与石油相比）；

系统运行可以减少温室气体二氧化碳的排放。

经济原因

环境友好的地源热泵安装成本比得上传统（燃油）系统的安装（赖贝奇，2001）；

比较低的运行成本（与利用化石燃料供暖进行比较，不需购买石油或天然气，和燃烧器控制）；

对环境友好的热泵，当地给予对用电费用优惠。

二氧化碳的排放税预计要实施。

进一步快速推广地热热泵的刺激因素是公用事业的“能量合同”。它暗示了利用热泵的公司以自己的成本设计、安装、运行和维护地热热泵，同时以合同价格卖热能或冷能给合适的用户。

尽管绝大多数地热热泵是为单独住宅供暖（生活热水），但一些新的利用方式正在出现（包括各种井下换热器系统，联合太阳能进行热量采集和储存、地热供暖和制冷，“能量堆”）。对于每2km2一台机组，它们的地区密度是世界上最高的。这保证了瑞士在地热直接利用方面是有优势的（在世界上前五个国家中人均装机容量）。相信瑞士的地热热泵在相当长的一段时间内会兴盛下去。

9 英国的地热热泵

在英国，路特·开尔文努力发展了热泵理论，但利用热泵进行供暖却进展缓慢。第一个安装地热热泵的记载要追溯到1976年夏天。小型闭路系统的先锋设置是在90年代初期苏格兰的住宅进行安装的。英国花了很长时间发现为什么到目前为止在英国该项技术要落后于北美和北欧。首要的原因是相对温暖的天气、房屋材料的保温性较差、缺少适合的热泵机组和与天然气庞大管网的竞争。

在20世纪90年代中期，通过吸取加拿大、美国和北欧地区利用热泵的经验教训，英国的地热热泵开始缓慢发展。他们利用很长时间确定合理的技术来适用于本国的住宅材料，以及克服英国特有的各种问题。另外的一个难题就是英国的地质条件复杂。

过去的两年时间里，热泵已经被公认在几个英国政策里扮演着重要的角色，例如供热保障程序、可再生能源以及能源效率目标。

在英国，很少人知道其实热泵系统比起传统的那些系统可以大量减少二氧化碳的排放。利用英国电网的地热热泵系统将会立刻减少40%～60%的二氧化碳排放量。随着英国电网在将来几年变得越来越清洁，长寿热泵的排放量也会进一步下降。建筑师和发展商发现新的建筑评价标准正开始考虑二氧化碳这个新参数。

从非常小的起步，目前地热热泵系统已经出现在整个英国，从苏格兰到Cornwall。私人建筑家、房地产商和建筑协会现都成为这些系统的消费者。室内安装热泵系统一般在25kW到2.5kW之间，主要选择各种水对水和水对空气的热泵，安装在几种不同地质条件的地区。

最近宣称有拨款计划（清洁天空项目）会帮助建立该项技术的部门鉴定，会建立可信的安装队伍、技术标准以及适用于英国室内的热泵。随着去年英国主要的用户发起了热泵安装发展到1000家的活动，希望对于该项技术的兴趣能够快速增长，同时希望在将来几年能够大量涌现出室内地热热泵安装的成功案例。

另一个利用地热热泵的重要领域就是供暖和制冷都需要的商业和公共建筑。2002年国际能源协会热泵中心安排了首批国家级研究，对热泵可能减少二氧化碳的排放量进行研究（IEA，2002）。其中第一个就是在英国展开的，研究结论是热泵系统应用于办公室和小商店效果最好。第一个不在室内安装的热泵仅25kW，是在Scilly的Isles的健康中心。这个系统在接下来的2000年到今天得到迅速发展，设备尺寸和型号目前已经达到300kW。

热泵的利用已经发展到学校、单层或者多层的办公楼和展览中心。显著的一个例子就是Derbyshire的国家森林展览中心、Chesterfield、Nottingham、Croydon地区的办公楼以及Cornwall的Tolvaddon能源公园。一个大型的系统已经在Peterborough地区的新宜家销售中心进行安装。这些系统的安装采用了各种各样的类型，有简单利用地板供暖的，反循环热泵供暖和制冷的，也有复杂的整合机组同时进行供暖和制冷的。单独的或者是混合的配置都已经被采用，包括利用大型地下水平循环和其他相互联系的钻孔网。

10 瑞典的地热热泵

20世纪80年代初期，地热热泵在瑞典开始盛行。到1985年，已有50000台热泵机组被安装。随后较低的能源价格和技术质量问题使热泵市场萎缩，在接下来的10年里，平均每年安装2000个热泵机组。1995年，由于瑞典政府的支持和补贴，公众对地热热泵的兴趣开始增强。根据占住宅销售市场约90%的瑞典热泵机构（SVEP）统计的销售数据显示，2001年和2002年大约有27000个热泵机组被安装（见图8）。因此，安装的机组数量估计达到200000台。

目前，热泵是瑞典小型住宅区最流行的采用液体循环的供暖方式，由于当前的油价，它替代了烧油；由于电费高昂，它又替代了电；由于方便而替代了木炭火炉。直接利用电加热的发展速度已相当减慢。除了住宅方面，还有一些大型的系统安装（包括闭路和开路循环）用于区域供暖网。所有热泵机组平均输出的热能估计大约10kW。

瑞典地热热泵的安装通常建议占标称负荷的60%，即每年大约3500～4000个小时满负荷运行。整合在热泵里的电加热器提供剩余的负荷，有将热泵负荷增加到80%～90%的趋势。大约80%的热泵采用的是垂直类型（钻孔类型）。在住宅里，钻孔的平均深度大约125m，水平类型平均循环长度大约350m。开式、充满地下水的单U型管（树脂管，直径40mm，压力正常6.3bar）几乎用于所有的热泵安装。当热量需要被回灌入地下时，双U型管有时候被采用。热反应测试已经显示自然对流在充满地下水的钻孔中比填满砂（砾石）的钻孔热交换更强烈。地源热泵的盛行已经使人们逐渐关注相邻钻孔之间长期热影响的问题。

图8 每年瑞典热泵销售数量对比图

用于客户住所的大型系统正在变得越来越流行。用来制冷的垂直式安装正在占据市场，但在住宅方面仍然没有引起人们的兴趣。在商业和工业上制冷的需求为地热热泵打开了一个崭新的市场。

热泵技术上的发展有由涡轮式压缩机逐渐代替活塞式压缩机的趋势，它的优点是运行平稳、设计简洁。另外人们对各种容量控制也产生了兴趣，例如在同一个机组里分别安装一个小型压缩机和一个大型压缩机，夏天，生活热水可以通过小型压缩机来供给。绝大多数进口的热泵利用的工质是R410A。瑞典生产商仍然利用的是R407C，但有向R410A转变的趋势，还有的对丙烷也感兴趣。目前正在研究利用极少量的工质来组建热泵。一些生产商通过利用废气和土壤作为热源的热泵抢占市场。废气可以被用来预加热从钻孔开采出来的热运移流体，或者热泵闲置时灌入地下。

在大型钻孔型热泵系统里，为了确保系统长期运行，不得不考虑地下热能的平衡。如果主要是满足热负荷，则在夏天必须向地下回灌热能。自然界的可再生能源，如室外空气、地表水和太阳能都应该被考虑。在Nasby公园，在建筑物下面安装了一套系统，施工了48个200m深的钻孔，利用400kW的一个热泵基本提供热负荷，每年运行6000个小时。夏天，从附近的湖引来的地表温水（15～20℃）通过钻孔灌入地下。

11 挪威的例子

在奥斯陆的Nydalen，180个基岩井将会是给一个接近20万m2的建筑进行供热和制冷的关键。这是欧洲这种类型的系统里最大的项目。

一个能量供应站将为Nydalen的这个建筑供暖和制冷。通过利用热泵和地热井，热能既可以从地下采集，也可以将能量储存地下。夏天，但有制冷需要时，热能可以灌入地下。基岩的温度可以从平常的8℃上升到25℃。在冬天，热能可以用来供暖。供暖的输出功率是9MW，而制冷是7.5MW。与电、石油和天然气供暖相比，每年供暖的成本可以减少60%～70%。供暖和制冷的联合调用确保了能量站的高效利用。

这个项目最独特的地方是地热能量储藏。这里的180个井，每个都深200m，可以提供4～10kW能量。整个储热基岩的体积是180万m3，主要在建筑物的下面。塑料管形成封闭环路，用来传递热能。

该项目总投资是6千万挪威克朗（相当于750万欧元）。这比起传统方式（即没有能量井和收集装置）多投资1700万挪威克朗。然而，每年购买的能量减少约400万挪威克朗，项目还是有利润的。这个项目由政府实体Enova SF和奥斯陆能源基金拨款支持了1100万挪威克朗。

能量站按计划在2003年4月开始建设，包括施工一半的基岩井。剩下的井可能安排在2004年的建设中。

该项目的细节可以在项目组www.avantor.no和热能储存www.geoenergi.no两个网站上查询。

结论

地热热泵是一个刚兴起的技术，有能力利用地下巨大的可再生贮存能量，提供高效率的供暖和制冷。它们正逐渐被认为是替代化石燃料的一种选择，在许多国家，它们在对建筑进行供暖和制冷时可以极大地减少二氧化碳的总排放量。相信安装热泵系统的数量和国家都会快速增长起来。

参考文献（略）

利用热能制冷：

1.目前主要为利用废热或者锅炉产生的热能，

2.目前的设备主要是溴化锂制冷机组。

3.其原理大致如下：

溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。

在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；

随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；

水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；

当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；

在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。

可再生能源泛指多种取之不竭的能源，严谨来说，是人类有生之年都不会耗尽的能源。可再生能源不包含现时有限的能源，如化石燃料和核能。

大部分的可再生能源其实都是太阳能的储存。可再生的意思并非提供十年的能源，而是百年甚至千年的。

随着能源危机的出现，人们开始发现可再生能源的重要性。

·太阳能

·地热能

·水能

·风能

·生物质能

·潮汐能

所有人类活动的基本能源都来自太阳，透过植物的光合作用而被吸收。

木材

柴是最早使用的能源，透过燃烧成为加热的能源。烧柴在煮食和提供热力很重要，它让人们在寒冷的环境下仍可生存。

动物牵动

传统的农家动物如牛、马和骡除了会运输货物之外，亦可以拉磨、推动一些机械以产生能源。

生物质燃料

此种燃料原为可再生能源，如能产出与消耗平衡则不会增加二氧化碳。但如消耗过量而毁林与耗竭可返还土壤的有机物，就会破坏产耗平衡。用生物质在沼气池中产生沼气供炊事照明用，残渣还是良好的有机肥。用生物质制造乙醇甲醇可用作汽车燃料。

水力

磨坊就是采用水力的好例子。而水力发电更是现代的重要能源，尤其是中国这样满是河流的国家。此外，中国有很长的海岸线，也很适合用来作潮汐发电。

风力

人类已经使用了风力几百年了。

太阳能

太阳直接提供了能源给人类已经很久了，但使用机械来将太阳能转成其他能量形式还是近代的事。

潮汐能

潮汐发电利用潮水涨落，世界已有电站容量16GW。

从地球蕴藏的能源数量来看，自然界存在有无限的能源资源。仅就太阳能而言，太阳每秒钟通过电磁波传至地球的能量达到相当于500多吨煤燃烧放出的热量。这相当于一年中仅太阳能就有130万亿吨煤的热量，大约为全世界目前一年耗能的一万多倍。不过，由于人类开发与利用地球能源尚受到社会生产力，科学技术、地理原因及世界经济、政治等多方面因素的影响与制约。包括太阳能、风能、水能在内的巨大数量的能源，可以利用的仅占微乎其微的比例，因而，继续发展的潜力巨大。人类能源消费的剧增、化石燃料的匮乏至枯竭以及生态环境的日趋恶化，逼迫使人们不得不思考人类社会的能源问题。国民经济的可持续发展，依仗能源的可持续供给，这就必须研究开发新能源和可再生能源。

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，也是人类可利用的最丰富的能源。太阳每年投射到地面上的辐射能高达1.05×1018千瓦时（3.78×1024J），相当于1.3×106亿吨标准煤。按目前太阳的质量消耗速率计，可维持6×1010年。所以可以说它是“取之不尽，用之不竭”的能源。但如何合理利用太阳能，降低开发和转化的成本，是新能源开发中面临的重要问题。

风能是利用风力机将风能转化为电能、热能、机械能等各种形式的能量，用于发电、提水、助航、制冷和致热等。风力发电是主要的风能开发利用方式。中国的风能总储量估计为1.6×109千瓦，列世界第三位，有广阔的开发前景。风能是一种自然能源，由于风的方向及大小都变幻不定，因此其经济性和实用性由风车的安装地点、方向、风速等多种因素综合决定。

对于核电站，人们有许多误解，其实核能发电是一种清洁、高效的能源获取方式。对于核裂变，核燃料是铀、钚等元素，核聚变的燃料则是氘、氚等物质。有些物质，例如钍，本身并非核燃料，但经过核反应可以转化为核燃料。我们把核燃料和可以转化为核燃料的物质总称为核资源。

近年来，许多发展中国家虽然都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，尤其是近年来，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。2005年，根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。

氢是一种二次能源，一种理想的新的含能体能源，在人类生存的地球上，虽然氢是最丰富的元素，但自然氢的存在极少。因此必需将含氢物质加工后方能得到氢气。最丰富的含氢物质是水，其次就是各种矿物燃料（煤、石油、天然气）及各种生物质等。氢不但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢，如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等；化工中制氨、制甲醇也需要氢。氢还用来还原铁矿石。用氢制成燃料电池可直接发电。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，氢能将在21世纪的能源舞台上大展风采。

地热是指来自地下的热能资源。我们生活的地球是一个巨大的地热库，仅地下10千米厚的一层，储热量就达1.05×1026焦耳，相当于9.95×1015标准煤所释放的热量。地热能在世界很多地区应用相当广泛。老的技术现在依然富有生命力，新技术业已成熟，并且在不断地完善。在能源的开发和技术转让方面，未来的发展潜力相当大。地热能是天生就储存在地下的，不受天气状况的影响，既可作为基本负荷能使用，也可根据需要提供使用。

海洋能通常指蕴藏于海洋中的可再生能源，主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐差能等。海洋能蕴藏丰富，分布广，清洁无污染，但能量密度低，地域性强，因而开发困难并有一定的局限。开发利用的方式主要是发电，其中潮汐发电和小型波浪发电技术已经实用化。波浪能发电利用的是海面波浪上下运动的动能。1910年，法国的普莱西克发明了利用海水波浪的垂直运动压缩空气，推动风力发动机组发电的装置，把1千瓦的电力送到岸上，开创了人类把海洋能转变为电能的先河。目前已开发出60-450千瓦的多种类型波浪发动装置。

此外，还有生物质能，是指植物叶绿素将太阳能转化为化学能贮存在生物质内部的能量，目前发展中的开发利用技术主要是，通过热化学转换技术将固体生物质转换成可燃气体、焦油等，通过生物化学转换技术将生物质在微生物的发酵作用下转换成沼气、酒精等，通过压块细蜜成型技术将生物质压缩成高密度固体燃料等。

不可再生能源泛指人类开发利用后,在现阶段不可能再生的能源资源,叫“不可再生能源”。如煤和石油都是古生物的遗体被掩压在...一旦被燃烧耗用后,不可能在数百年乃至数万年内再生,因而属于“不可再生能源”。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。

风能风能是指风所负载的能量，风能的大小决定于风速和空气的密度。我国北方地区和东南沿海地区一些岛屿，风能资源丰富。据国家气象部门有关资料显示，我国陆地可开发利用的风能资源为2.53亿千瓦，主要分布在东南沿海及岛屿、新疆、甘肃、内蒙古和东北地区。此外，我国海上风能资源也很丰富，初步估计是陆地风能资源的3倍左右，可开发利用的资源总量为7.5亿千瓦。

太阳能太阳能是指太阳所负载的能量，它的计量一般以阳光照射到地面的辐射总量，包括太阳的直接辐射和天空散射辐射的总和。太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷。

小水电水的流动可产生能量，通过捕获水流动的能量发电，称为水电。小水电在我国是指总装机容量小于或等于5万千瓦的水电站。

生物质能生物质能包括自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源，如薪柴、沼气、生物柴油、燃料乙醇、林业加工废弃物、农作物秸秆、城市有机垃圾、工农业有机废水和其他野生植物等。

地热能地热能是贮存在地下岩石和流体中的热能，它可以用来发电，也可以为建筑物供热和制冷。根据测算，全球潜在地热资源总量相当于每年493亿吨标准煤。

海洋能海洋能是潮汐能、波浪能、温差能、盐差能和海流能的统称，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、海流等形式存在于海洋之中。例如，潮汐的形式源于月亮和太阳对地球的吸引力，涨潮和落潮之间所负载的能量称之为潮汐能；潮汐和风又形成了海洋波浪，从而产生波浪能；太阳照射在海洋的表面，使海洋的上部和底部形成温差，从而形成温差能。所有这些形式的海洋能都可以用来发电。

1、太阳能热发电：主要是把太阳的能量聚集在一起加热来驱动汽轮机发电。

2、太阳能光伏发电：将太阳能电池组合在一起，大小规模随意。可独立发电，也可并网发电。

3、太阳能水泵：正在取代太阳能热动力水泵，九十年代我国研制的2．5kW光伏水泵在新疆运用。

4、太阳热水器：我国自从1958年研制出第一台热水器后，经过四十多年的努力，我国太阳热水器产、销量均占世界首位。

5、太阳能建筑：太阳能建筑有三种形式，即被动式：结构简单，造价低，以自然热交换方式来获得能量；主动式：结构较复杂，造价较高，需要电做辅助能源；“零能建筑”：结构复杂，造价高，全部建筑所需要的能量都由“太阳屋顶”来提供。

6、太阳能干燥：上世纪70年代后，太阳能干燥器迅速发展，尤其在农村，对许多农副产品做了太阳能干燥的试验。

7、太阳灶：太阳灶可分为热箱式和聚光式两类，我国是世界上推广应用太阳灶最多的国家。

8、太阳能制冷与空调：是节能型的绿色空调，无噪声，无污染，可很快地投入商业化生产。

9、太阳能其他用途：可淡化海水，利用太阳光催化治理环境，培养能源植物，在通讯、运输、农业、防灾、阴极保护、消费、电子产品等诸多方面，都有广泛的应用。

新能源特点

1、资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用。

2、能量密度低，开发利用需要较大空间。

3、不含碳或含碳量很少，对环境影响小。

4、分布广，有利于小规模分散利用。

5、间断式供应，波动性大，对持续供能不利。

6、除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

在中国可以形成产业的新能源主要包括水能（主要指小型水电站）、风能、生物质能、太阳能、地热能等，是可循环利用的清洁能源。新能源产业的发展既是整个能源供应系统的有效补充手段，也是环境治理和生态保护的重要措施，是满足人类社会可持续发展需要的最终能源选择。

以上内容参考：百度百科-新能源产业、百度百科-新能源

从描述上看浅谈如何对空调制冷系统设计的优化，介绍如下；1空调制冷系统概念与介绍所谓空调制冷系统，即是空调系统本身所产生的一种模式，而空调制冷系统的能耗也成为国民生产生活能耗的重要组成部分。通过相关数据显示，近些年来，我国空调制冷产生的能耗占据社会总能耗的百分之三十以上。这就足以说明对空调制冷系统进行优化设计是相当有必要的，同时其本身也具有很大的潜力。故而在未来空调制冷系统节能优化设计中应该加大力度，从而挖掘出空调制冷系统节能设计本身的巨大经济价值与社会价值。2空调制冷系统节能的必要性与发展前景2.1必要性自从1997年全球主要国家签订《京都议定书》之后，对于空调制冷以及空调系统全球性的环保协议自此诞生，并且在这之后，每年联合国都会针对气候问题进行谈判。所以空调制冷系统所造成的能耗已经逐渐被全社会乃至全世界所关注，空调制冷系统节能优化本身具有非常重要的现实意义。空调制冷除了会造成能源消耗，其本身对环境保护也会产生一定的负面影响。空调制冷系统本身因为消耗能源，所以必然会产生许多温室气体，而这些温室气体将直接对臭氧层进行破坏，从而出现了人们熟知的温室效应现象。臭氧层空洞、全球变暖以及一系列全球性环境保护问题应运而生，进而对地球的环境造成严重的负面影响。所以针对当前严峻的形势，加强对空调制冷系统的节能优化设计是至关重要的。2.2前景针对目前我国空调制冷系统节能的现状来看，未来空调制冷系统节能依旧会成为研究的重点，我国以及整个行业对其的重视程度也会不断提升。最近几年，我国陆续出台了相关的政策，也颁布了许多绿色建筑评价标准，目的就是为了真正意义上实现空调制冷系统的节能目标。我国现阶段已经推出各种环境友好型制冷剂，还逐渐实现以压缩机结构与性能为基础的空调制冷核心技术。无论是在政策方面还是在市场方面，都开始注重空调制冷产品以及系统开发的节能与环保。所以在未来空调制冷设计过程中，不具备节能与环保要求的产品、企业、生产厂商都必然会面临社会的淘汰。3空调制冷系统设计的优化对策3.1利用新型压缩机对空调制冷系统进行优化针对当前市面上比较普遍的小型空调制冷系统而言，一般选择的核心机械都为涡旋压缩机。而新型的涡旋压缩机则是通过利用顶部气腔进行气体的吸气和排气，从而实现对电磁阀开关时间、通断电时间的控制与把控。通过这样的形式，可以使得压缩机本身有效调节所需要耗费的能源，进而实现节能环保的目的。此外还比较常见的一种压缩机为直流变速涡旋压缩机，其采用稀土作为基础原料，并且这样的结构本身可以降低电磁与噪声干扰，还可以避免火花出现，具有一定的安全性，同时在使用过程中相比较其他类型压缩机而言，寿命也相对较长。而中型以及大型空调制冷系统选用的制冷系统核心则为螺杆式压缩机，常见的螺杆式压缩机分为单螺杆、双螺杆以及三螺杆三种。三螺杆压缩机相比较其他两种更加具有优势，通过增强压缩机平衡，形成独立的工作容积，从而对空调排气与吸气量进行控制，实现负荷减小的同时也达到了节能的目的与效果。3.2利用变频控制技术对其进行优化变频控制技术是近些年来新兴起的一门技术，同时也是未来技术发展过程当中，涉及到电子信息以及智能技术于一体的高端技术。比如说我国电网所供应的工频都是固定的50Hz，但是这个频率并不一定适合所有的设备运作。所以如果不实行变频，一方面有可能不利于该设备进行工作，导致该设备的工作效率降低，另一方面也很容易导致该设备出现损坏或者寿命减短。我国大部分空调所使用的制冷设备均为定速压缩机，当压缩机以固定不变的速度运行的时候，就会对室内温度进行调节。比如设定温度为20℃，那么当其调节到20℃之后，即可以实现开关的重新启动或者停止。而整个过程当中，电动压缩机需要承受整个工作状态中产生的较大动量，从而造成压缩电动机本身消耗极高的电能。而如果这种状态持续太久或者不断切换工作状态，都会使得压缩机本身的耗能增多，同时也会加速器件之间的磨损。所以采用变频控制技术，实际上可以有效减少压缩机本身因为频繁工作而出现的电能损耗，同时还可以在各个频率之间进行自动调节与转换，确保不同状态下频率转换对空调本身的影响降低到最小。3.3实现制冷系统仿真优化实现制冷系统仿真优化实际上是实现空调制冷系统性能最优化的重要做法。通过选择合理的材料，并且对空调制冷系统本身结构进行研究，创新出一些突破传统的设计原则，从而衍生出新的原则与方法，故而系统仿真技术应运而生。这种技术就是将计算机系统仿真的方法运用于制冷空调装置的系统建模和特性研究中来。然后通过计算机模拟制冷系统的实际工作过程，通过模拟的手段对各个系统参数与系统配件进行疲惫，最终通过仿真形式对系统进行研究，其主要目的是实现替代传统样机的研究和实验。所以近些年来我国许多空调制冷研究者都开始利用模拟仿真技术进行研究，从而减少资金与时间成本，提高整体研究效率。3.4选择清洁能源作为空调制冷能源传统空调制冷之所以会对能耗造成影响，主要是因为传统空调选用的制冷能源是非环保的，所以选择清洁能源、自然能源以及可再生能源作为空调制冷能源，是未来空调制冷系统优化的重要方式。常见的并且可代替传统制冷能源的代表有太阳能、风能和潮汐能。利用这些能源一方面可以实现清洁，另一方面这类能源在自然界所蕴含的数量巨大，可以满足大量的能源供应需求。所以利用这些清洁能源代替传统空调制冷能源，既可以确保应用过程中的安全性，也可以实现对我国能源结构的优化，避免能耗浪费的同时也保护了我国社会的整体生态环境。