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1、水源热泵系统介绍陈晓红建环1班摘要：本文首先介绍了水源热泵技术的概念和工作原理，并与锅炉和空气源热泵在能源利用 角度作了对比，得出水源热泵技术是利用可再生能源的一种技术。随后，介绍了水源热泵的 特点、应用中存在的问题及水源热泵的几种形式，最后，介绍了国内外关于地源应用的基本 情况和中国目前水源热泵开发应用的前景关键词：水源热泵；可再生能源；推广应用W ater source heat pump system is introducedChenxiaohongJianhuanyibanAbstract: this paper introduces the concept of the water
2、 source &heat pump technology and working principle, and with the boiler and air source heat pump in energy use contrast Angle, and concludes that the water source heat pump technology is the use of renewable energy of a kind of technology. Then, this paper introduces the characteristics of water re
3、source heat pump, the application of existing problems and several types of water source heat pumps, finally, at home and abroad are introduced to the source about the application and the basic situation of China water source &heat pump development application prospectKeywords: water source heat pum
4、p; Renewable energy; application1水源热泵技术的概念和工作原理水源热泵技术是利用地球表面浅层水 源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和 地热能而形成的低温低位热能资源，并采用 热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现 低位热能向高位热能转移的一种技术。地球表面浅层水源如深度在1000米以 内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中， 吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并 且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机 组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量 转移到水源中，由于水源温度低，所以可以 高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取 能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂 提
5、升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消 耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的 冷量或5kW以上热量。水源热泵根据对水源的利用方式的不 同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭 式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热 套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或 湖水、海水中，通过与土壤或海水换热来实 现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称 土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源 热泵）。开式系统是指从地下抽水或地表抽 水后经过换热器直接排放的系统。与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供 热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉 供热只能将90%98%的电能或7090%的 燃料内能转化为热量，供用户使用，因此
6、地 源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上 的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能 量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳 定，一般为1025C，其制冷、制热系数可 达3.54.4，与传统的空气源热泵相比，要 高出40%左右，其运行费用为普通中央空调 的5060%。因此，近十几年来，尤其是近 五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、 加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得 了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋 活跃，可以预计，该项技术将会成为21世 纪最有效的供热和供冷空调技术。在中国的传统的空调系统概念中，由于 国家的经济发展状况和政策的影响，在相当 长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季 取暖
7、问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷 问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组 的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机 组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中 型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九 十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝 试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环 保意识的提高，世界和中国能源利用的结构 都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到 以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污 染最为严重的城市之一，其治理大气污染的 政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主 改为天然气和电力替代能源。但是，替代能 源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是 天然气和石油等都属于不可再生的能源，从 可持
8、续发展的角度看，必须提高能源利用效 率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机 组就是比较理想的一种设备。2水源热泵的特点由于水源热泵技术利用地表水作为空 调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优 点.八、：2.1 属可再生能源利用技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的 太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供 暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地 下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及 海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太 阳能集热器，收集了 47%的太阳辐射能量， 比人类每年利用能量的500倍还多（地下的 水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能 量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统， 地表的土壤和
9、水体自然地保持能量接受和 发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中 的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以 说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的 一种技术。2.2高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季 为12-22 C，水体温度比环境空气温度高， 所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提 高。而夏季水体为18-35 C，水体温度比环 境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低， 使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组 效率提高。据美国环保署EPA估计，设计 安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用 户3040%的供热制冷空调的运行费用。 2.3运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动 的范围远远
10、小于空气的变动。是很好的热泵 热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性， 使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了 系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵 的冬季除霜等难点问题。2.4环境效益显著水源热泵的使用电能，电能本身为一种 清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并 导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所 以节能的设备本身的污染就小。设计良好的 水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相 比，相当于减少30%以上，与电供暖相比， 相当于减少70%以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是 R22 或 R134A、R407C 和 R410A 等替代制 冷剂。水源热泵机组的运行没有任何污染，可 以建造在居民
11、区内，没有燃烧，没有排烟， 也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场 地，且不用远距离输送热量。2.5 一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，还可供生 活热水，一机多用，一套系统可以替换原来 的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对 于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热 泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源， 而且用一套设备可以同时满足供热和供冷 的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可 应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑， 小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、 空调。2.6自动运行水源热泵机组由于工况稳定，所以可以 设计简单的系统，部件较少，机组运行简单 可靠，维护费用低；自动控制程度
12、高，使用 寿命长可达到15年以上。3水源热泵技术在应用中存在的问题3.1可利用的水源条件限制水源热泵理论上可以利用一切的水资 源，其实在实际工程中，不同的水资源利用 的成本差异是相当大的。所以在不同的地区 是否有合适的水源成为水源热泵应用的一 个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式 系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找 到合适的水源就成为使用水源热泵的限制 条件。对开式系统，水源要求必须满足一定 的温度、水量和清洁度。3.2水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑 到使用地的地质的结构，确保可以在经济条 件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑 当地的地质和土壤的条件，保证用后尾
13、水的 回灌可以实现。3.3投资的经济性由于受到不同地区、不同用户及国家能 源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件 的不同；一次性投资及运行费用会随着用户 的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热 泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的 空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需 求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所 不同。4水源热泵的几种形式4.1污水热源热泵污水厂达标排放的水（现通称再生水） 一般水质清洁、硬度小、PH值适中、无特殊 污染物，水温在1129C之间，最不利的冬 季，水温一般也能保持在11C以上，并且水 量比较稳定可靠，所以是水源热泵的较好水 源。为确保运行的安全可靠，还可采用特殊
14、材料的换热器后加装辅助清洁设备等，解决 换热器腐蚀问题。污水源热泵最早于1980年挪威奥斯陆 开始建设，1983年投入运行，相继在瑞典、 日本、美国、德国都建造了一批以污水为低 温热源的大型热泵站，并相继投入运行。国 内污水源水源热泵是近年来才提出的，在北 京高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、 卢沟桥污水处理厂都进行了小实验，并取得 了良好的效果。哈尔滨望江宾馆、沈阳污水 处理厂建造的污水源热泵站都已投入运行， 另外，北京奥运村也设计了污水源水源热泵 的生活采暖、空调和热水供应项目，现正在 建设之中。目前，国内污水源水源热泵技术的运用 已发展到区域型规模化。4.2低质天然水水源/地源热泵作为
15、制取生活热水的热泵水源水对水 质、水温、水量的要求远比中央空调低，一 般的河水、湖水、小区景观水只要满足取热 平衡均可利用。冬季北方地区极端工程时， 可考虑辅助加热。国际上运用湖（河）水源热泵实施冷、 热、暖三联供的项目非常普遍，近年来国内 在此方面也有了长足进步，一般小区集中生 活热水系统均利用了水源热泵从小区的景 观水、河水等低质水源中取能，效果非常明 显，结合低谷电的使用，热水的制水能源成 本不足7元/皿，比传统电加热节能70%以 上，运行非常稳定。4.3消防水池、清水池水热源热泵从居民用水量分析，生活热水的用量不 到自来总水量的1/3，在长江以南地区，全 年自来水平均水温高于25C，若
16、利用水源热 泵，从自来水中取能制取生活热水，只需将 自来水每吨降温15C即可满足热水的耗能。 4.4海水热源热泵海水一般水质清洁，水温在925C之 间，最不利的冬季，水温一般也能保持在9C 以上，并且水量比较稳定可靠，所以是水源 热泵的较好水源。但海水硬度高、腐蚀性强， 为确保运行的安全可靠，必须采用特殊材料 的换热器后加装辅助清洁设备等，解决换热 器腐蚀问题。国际上运用海水源热泵实施冷、热、暖 三联供的项目非常普遍，近年来国内在此方 面也有了长足进步，特别是青岛市、大连市 等沿海城市已取得了巨大的成功。5国内外水源热泵的发展在国外，关于水源热泵的研究分属于两 种热泵系统：一种为地源热泵，一种为海水 热泵。其中地源热泵真正意义的商业应用也 只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如 美国，截止1985年全国共有14,000台地源 热泵，而1997年就安装
