能源是人类社会发展的重要基础资源。煤、石油、天然气等传统能源在人类经济文明发展进程中一直扮演着举足轻重的作用，可是化石能源是不可再生的，总有一天会被耗尽。这一点早已取得国际社会的一致认同。能源短缺与需求持续增长、能源开发利用导致的环境污染与环保的迫在眉捷，如此对立并存的局面使得各国都面临着节能环保的巨大压力，能源战略规划成为各国必须面对的重大课题。
在能源情势如此严峻的情况下，新能源以其天然的可再生性与环保性日趋受到人类的关注与重视，开发利用新能源成为各国能源战略规划中一致的选择。新能源受宠原因在于其具有传统能源无法比拟的优点：具有丰富的来源，几乎是取之不尽，用之不竭；对环境的污染很小，是能够与生态环境相协调的清洁能源。在这些新能源中，地热能、海洋能、太阳能与暖通制冷领域关系密切，本文将对他们在暖通制冷领域的相关应用予以介绍。
地热能的供暖和热泵应用 
1.地热供暖在全球及中国的发展情况
世界各国对地热采暖非常重视。日本、冰岛、法国、美国、新西兰等都大量利用地热采暖。冰岛地处北极圈边缘，气候寒冷，一年中有300—340天需要取暖。但该国缺煤少油，常规能源极其贫乏，他们依靠得天独厚的地下热水，全国有85%的房屋用地热供暖。地热采暖是发达国家最大的地热直接利用项目，占地热资源总利用量的33%。
在中国，地热资源是比较丰富的，地热资源潜力占全球的7.9%，总能量为11×106EJ/a，以中低温为主，几乎遍布各省市自治区。根据地热勘查国家标准GBll615—89规定，中国的地热资源按温度分为高温、中温、低温三级，其分布区域和用途如表1。其中中低温地热资源由于温度较低，适合于直接综合性利用。
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表1 中国地热资源的分级、分布和用途 |
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温度分级 |
温度（t）界限(℃) |
主要分布区域 |
主要用途 |
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高温 |
t≥150 |
西藏、腾冲现代火山区及台湾 |
发电、烘干 |
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中温 |
90≤t＜150 |
沿海一带如广东、福建、
海南等省区（中低温对流型）；华北、松辽、四川、鄂尔多斯
(中低温传导型) |
工业利用、烘干、发电、制冷 |
低
温 |
热 水 |
60≤t＜90 |
采暖、工艺流程 |
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温热水 |
40≤t＜60 |
医疗、洗浴、温室 |
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温 水 |
25≤t＜40 |
农业灌溉、养殖、土壤加工 | |
中国地热直接利用的高潮兴起于20世纪90年代，尤其在高纬度寒冷的三北（东北、华北、西北）地区，以地热供暖（采暖和生活用水）为主的开发力度不断加大。全国地热供暖1990年为190×104，2000年增加到1100×104。主要在华北地区的天津市塘沽、汉沽、大港等地。共有50余口地热井，有的单井最大流量可达300m3/h，水温最高97℃，其供暖面积达80.5×104。整个华北地区地热供暖面积达131.38×104。除此之外，北京、天津、西安等地正在积极利用热泵技术等多种形式进行示范工程并逐渐推广。
2.土壤源热泵在国外及中国的发展情况
在北美，土壤源热泵技术已经完全商业化，出现了多家生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业，如：Waterfumace、Geothermal DX、ydron等。分布在北美各地的设备供应商、工程商可为不同要求的用户提供完善周到的服务。现在，美国土壤源热泵的销售量每年大约以15%速度增长，远远高于其他空调的增长率。经过近20年的发展，此项技术已在北美各类建筑工程上得到了广泛的应用。在中、北欧国家，地源热泵则主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水，尤其是瑞士，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例很大。
中国科技部和美国能源部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。2000年6月19至23日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。
地源热泵作为一种节能环保的空调方式，其关键性技术还须深入研究。目前国内地源热泵机组的设计、安装、运行、维护等各个方面还没有成型的行业标准和规范，其推广应用还有待时日。
水源热泵与海水源热泵
1.中国水源热泵市场分析
中国早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了中国热泵的研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。
以水源(地源)热泵产品切入用与大中型中央空调市场，不仅为前几年的实践所证明是十分有效的措施，也是许多生产厂家的未来打算。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。通过利用地下水这一大地耦合方式，采用抽水回灌方式节约能源。山东际高以蒸发冷凝方式，引进瑞典专利技术，生产小型水冷冷水机组，在北方市场销路良好。广州中宇开发水环路分离式水源(地源)热泵空调系统，在两广与浙江地区得到广泛应用。
在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。
2.海水源热泵案例——青岛海水源热泵项目
海水源热泵技术是水源热泵技术的一种，即利用少量电能，从海水中提取热量和冷量，达到制热和制冷的目的。海水源热泵技术广阔的市场前景业内人士所看好。就运行成本而言，使用海水源取暖和制冷不需要煤炭、油料，这将大大降低成本。与其他供暖方式，如锅炉供热系统相比，海水源热泵技术也具有明显的竞争力。锅炉供热只能将90～98％的电能或70～90％的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此海水源热泵要比电锅炉加热节省2／3以上的电能，比燃料锅炉节省1／3以上的能量；由于海水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，其运行费用为普通中央空调的50～60％。
青岛海水源热泵项目。2005年11月底，经过为期两个月的施工，总面积达1871平方米的青岛发电厂职工食堂率先采用海水源热泵项目并投入试运行。
该工程位于青岛发电厂内，建筑共2层，一层为职工食堂，二层为工会办公室，层高均为4.5m，建筑面积2400m2，空调总面积为1871.5 m2(不计算浴室面积)。此热泵空调系统同时供应洗澡热水，按100m2/d计。一层为职工食堂，分就餐区和厨房灶间两部分，24h正常营业。厨房灶间由于有蒸汽锅等散热量较大的设施、设备，冬季白天温度大约在26℃—28℃，需要制冷运行；晚上需要制热运行。二层为工会办公室、歌舞厅、健身活动室以及会议室，各自冷热温度需求不同，使用时间分散且不固定。
整个海水源热泵技术包括取水设备、板式换热器、热泵机组（压缩机）和输风管4个部分。其工作原理为：将海水抽出后，在其通过板式换热器后，将海水中的热量置换到系统水中，温度稍高的系统水再经过空气压缩机的物理做功后，其温度最高能提高到70～80℃，热水又把空气加热，最后空气经过风管进入房间，达到中央空调制式的制热效果。
该海水源热泵应用示范工程的建立，为开发利用海洋新能源提供了理论和实践样板；积累了海水源热泵运行数据与经验，为大型海水源热泵区域供热供冷提供了科学依据，同时也为上海、重庆等沿江城市的大规模沿江建筑群的空调系统选用，提供了有效借鉴。
太阳能热水器和太阳能空调
1.中国太阳能热水器的市场现状
⑴中国太阳能热水器的市场规模和分布
中国太阳热水器产业由1992年生产规模50万平米迅速发展到2003年产销量1000万平米，产业规模急剧扩大，表2显示1998年以来产业增长状况。 |
表2 太阳能热水器市场规模状况 |
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1998 |
1999 |
2000 |
2001 |
2002 |
2003 |
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总产量（万平方米） |
350 |
500 |
640 |
820 |
1000 |
1200 |
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产量增长率 |
— |
43% |
28% |
28% |
22% |
20% |
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保有量（万平方米） |
1500 |
2000 |
2600 |
3200 |
4000 |
5000 |
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保有增长量 |
— |
33% |
30% |
23% |
25% |
25% |
数据来源：慧聪网第三研究多所 |
目前中国太阳热水器的市场主要在山东、江苏、云南、安徽、河北、广东、浙江、西北等省区。其分布的特点包括：一是东部沿海经济发达地区，如：山东、广东、江苏、浙江等；二是太阳能资源丰富的地区，如：云南、西北；三是太阳热水器的传统生产地，如：北京、河北等省市。
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表3 不同地区太阳能热水器市场状况及潜力比较 |
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区域细分 |
代表地区 |
发展潜力 |
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成熟区域 |
山东、江苏、浙江、河北、
云南、京津地区 |
稳定 |
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中等区域 |
成熟区周边省区，河南、安徽、
广东、福建 |
较大 |
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新型区域 |
东北、内蒙、西北、湖北等地 |
大 |
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无发展区域 |
四川大部、贵州、广西等 |
不大 |
数据来源：慧聪网第三研究所 |
⑵中国太阳能热水器的市场的产品结构
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表4 1999－2002年太阳热水器产品结构
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| 数据来源：慧聪网第三研究所 |
从1999年到2003年真空管太阳热水器的产量增加迅速，年均增长45％，从而带动全行业的发展；平板型热水器的产量下降，其份额下降一倍，但在太阳热水工程中，平板集热器与建筑结合上显示出其优越性，应用也逐步增长；闷晒型热水器产量下降，份额由12％降到0.9％。
2.中国太阳能空调的发展趋势
第一，开发与国际接轨的分体承压太阳热水器，具有软件设计的大型自控公用系统，适合不同建筑模式的高效平板集成系统与常规能源结合的全天候系统。第二，扩大太阳热水器应用领域：采暖、工农业用热、中温供热等领域。
热利用在太阳能利用技术中占有重要位置，是综合项目。但是，以往所取得的成绩是太阳能低温热水系统，而太阳能中、高温供热系统的研究是与工厂供热系统结合的大型太阳能利用工程，其中太阳能热发电是人类大规模利用太阳能的重要途径，是太阳能热利用的一个重要发展方向。事实上，只有与工业企业结合，太阳能的利用才能有更高的经济效益，更充分发挥出太阳能利用的优势，体现未来能源的意义。
太阳能热水器使用范围也将逐步由提供生活用热水向商业用和工农业生产用热水方面发展。太阳能热利用与建筑一体化技术的发展使得太阳能热水供应、空调、采暖工程成本逐渐降低，也将是太阳热水器潜在的巨大市场。
新能源的推广和应用，对于能源结构的调整和多元化发展意义重大，是节约利用有限化石能源的有效途径。2006年1月1日，《中华人民共和国可再生能源法》颁布实施，这部被媒体誉为“催生出来的法律”给新能源的开发利用带来福音，会从法律的高度提供支持、保护和规范。新能源在暖通制冷领域的应用也会随之受益和发展。 |
