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1、水源热泵可行性研究报告水源热泵可研性报告2012年01月12日 星期四 一、 前言 进入二十一世纪，能源紧缺已经成为各国经济发展的世界性难题。随着经济的持续发展，人们生活水平的不断提高，对空调的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求，现介绍近年来在空调领域兴起的水源热泵空调系统。水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活废水，又可用取之不尽的海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制热，是一种高效建筑节能技术。 当今社会环境污染和能源危机严重地威胁着人
2、类地生存与发展，如何理解这一问题已成为全人类的头等课题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵可采用多种形式的冷热源，如利用地球表面（土壤）或浅层水源（如地下浅层水、河水、湖泊和海水等），或者人工再生水源（工业废水、废气等），既可供热又可制冷的高效节能空调系统。 二、 发展近况 国外水源热泵的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利，而真正意义的商业应用也只有近几十年的历史。如美国，到目前为止已安装了40万台，每年以10%的
3、速度稳步增长，年节约能源费用达4.2亿美元。 美国的水源热泵主要采用盘管深埋技术，与美国不同，中、北欧如瑞典、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，采用地下土壤埋盘管，用于室内地板辐射供热装置中。 我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。在辽宁地区目前已经有数十个示范工程。越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。三、 系统组成及工作原理 水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位
4、热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。 根据热泵的热源介质来分，热泵可分为空气源热泵和水源热泵，而水源热泵又分为水环热泵和地源热泵。水环热泵是充分利用室内余热的一种热泵，冬季当室内余热不足时，可利用锅炉进行加热；夏季当室内余热过多时，可利用冷却塔进行排热。地源热泵在国内的应用刚刚起步，有关地源热泵的术语很多，也很不规范，为了避免混淆，现统一采用ASHRAE1997年规定的标准术语，即地源热泵(Gr
5、ound-Source Heat Pump, GSHP)。地源热泵是一个广义的术语，它包括以地下水、地表水和土壤作为热源和热汇的热泵系统。以土壤为热源和热汇的热泵系统称之为土壤源热泵(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水源热泵(Ground-Water Heat Pump, GWHP)；以地表水为热源和热汇的热泵系统称之为地表水源热泵(Surface Water Heat Pump, SWHP)。工作原理 作为自然现象，热量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样，人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温
6、端。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是热泵节能的关键所在。水源热泵机组工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水（江、河、海、湖或浅水池）中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季，利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间。水源中央空调系统是由末端（
7、室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。 三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）泵送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。图1是水源热泵制冷工况的原理图。制热工况的原理与制冷工况类似，只不过是热泵机组的循环方向相反、相应换热器的功能互换。 水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可
8、以分为闭式系统和开式系统两种：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。 水源热泵机组工作的原理示图如下：大功率水源热泵工作原理根据卡诺循环原理，利用湖水、河水、地下水、及工业用冷却水资源，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，不断将水中大量的低品位热能取出来变成少量的高品位热能，供给室内的采暖和空调系统。夏季机组水系统反向运行，把室内的余热取出来，在释放到地下土壤或水中，以达到空调降温的目的。大功率污水源热
9、泵工作原理城市污水集中供热（冷）系统是依据国家专利技术，由大功率无燃料污水源热泵机组及热力管网组成。其特点是高效节能、环保、经济。 城市污水集中供热机组的工作原理：利用污水处理厂二沉池的水资源，借助专用污水源热泵机组系统，通过消耗少量的（25%）电能，在冬季，不断将污水中大量的低品位热能取出来，变成高品位的热能，通过热力管网供给建筑物的采暖和空调系统。夏季，把室内的热量取出来，再释放到水中，以达到空调制冷的目的。该系统广泛应用于建筑物的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。是一种可以在污水处理行业推广的创新技术。地源热泵工作原理地源热泵空调系统是真正意义上的绿色环保
10、中央空调系统，它通过充分利用蕴藏于地球土壤中或江河湖海中的巨大能量来实现对建筑物的供热和制冷。地源热泵空调系统是目前可以利用的对环境最友好和最有效的供冷、供热空调系统，它比空气热泵空调系统节能40%以上，比电采暖节能70%以上，比燃气锅炉效率提高48%以上，而所需的制冷剂比普通热泵空调减少50%，地源热泵空调系统中70%的能量从大地中获得的可再生能源。大功率高温型水源热泵机组工作原理新型高温机组以3040的地热尾水、工业和油田热废水为热源，经过转换，为工业和居民生活提供6580的热水。经测定，这种机组运行稳定，性能系数高，机组的诞生意义重大：一是利用较低温度地热等热能供暖供热，可以取消或代替燃
11、煤锅炉，是集中供暖供热的新的更有效的途径；二是供暖供热过程无粉尘及有害气体产生，有效地保护了城市大气环境；三是扩大地热利用的温度范围并提高地热能源的利用率，既节约了能源又减少了对环境的热污染。大功率海水型水源热泵机组工作原理它是利用热泵提取海水中的热能，来满足人们的制冷供热的一种中央空调机组。具有节能、环保优势。热泵中的压缩机组运转所使用的电能仅相当于不足四分之一的空调电能，整个供热过程还不会对空气、水源造成任何污染，完全是一种真正的绿色能源。因此，通过海水源热泵供热后，锅炉房、大烟囱这些笨重难看又严重污染空气的大家伙将全部“下岗”。同时，与煤炭、油料相比，海水源热泵技术使用的能源是海水中的热
12、能，而这种由太阳热能形成的能源不仅是免费和无污染的，也是可不断再生的。水源热泵螺杆机组制冷量范围从150kW到3242kW，规格多，型号全，加之各种选件可满足不同用户之需求。水水螺杆式水源热泵机组现已成为非常成熟的中央空调主机，制冷效率高,故障率低，维护操作简单方便。机组外形结构紧凑，占地面积小，运行稳定，运行噪声低，耗能省，运行成本低，具有世界领先的水平。其制冷工质可使用符合环保协议的混合工质，也可采用全无氟的绿色环保工质，绝不造成污染。l 世界名牌压缩机优质半封闭双螺杆式压缩机，轴封泄漏的可能性为零。采用双轴旋转排气设计，并使用最新开发的第四代型线，优化的圆周速度，优良的齿型设计使机组具有
13、更高的压缩效率。电机腔与压缩腔一体铸造，精度更高。双层压力补偿转子壳体，极其坚固，即使在高压状态也无膨胀，同时有效降低了机组的噪音。进口高效耐氟电机效率高省能源，可靠性高。双轴向轴承,坚固耐用，通过舌形密封环隔离轴承腔压力，轴向轴承腔压力较低。电机热保护绕阻PTC控制保障电机的安全运转。优化的油路设计，压缩机内置专利三级油分离器，长寿命m级精细过滤器。封闭低压轴承室，极大提高轴承的润滑环境，减压后的轴承腔，确保溶在油里的制冷剂最少，因而油的粘度较高，相对普通设计，轴承室内油粘性提高将近一倍。采用压差供油方式，省去油冷却器、油泵等复杂的油路系统，易于维修保养。电机直接驱动，运转部件和易损件少，机
14、械效率高。可选无级滑阀控制带Vi补偿功能。l 高效节能现如今更多的螺杆式压缩机的生产偏重于低的初投资而不是低的运行费用，由此而导致了机组换热器性能的下降和实际能效比的降低。 幸运的是对于那些被浪费的能量，水源热泵机组有自己的解决办法。因为水源热泵机组的研发从一开始就更关注节能的要求，在每个细节上确保机组达到最佳的性能。完全符合标准的规定。本工程水源热泵机组冷凝器和蒸发器均为壳管式换热器，采用新型高效型换热器结构，考虑到水源工况为节约地下水的开采，采用大温差小流量的设计原则。热交换器采用最先进的高效换热铜管束，独特的换热管几何特性，增强了管外核态沸腾所需的汽化核心，强化了管内流体扰动，同时延缓了
15、水侧结垢，内、外壁经强化传热以得到最优的性能，较以往设计，现行的独特设计使传热效率提高30%。蒸发器的蒸发管采用内螺槽外凹牙强化传热技术，冷凝器的冷凝管采用内螺槽外绞牙技术，提高了蒸发器和冷凝器的传热效率和蒸发温度，最终提高机组的能效比。冷媒通过蒸发器的流速保持在6 m/s以上，可保证冷冻油随冷媒自然流回压缩机，不需增加强制回油装置，避免回油不畅导致的压缩机故障。每台容器的设计、制造、检验均符合GB150钢制压力容器、GB151壳管式热交换器、JB/T4750-2003制冷装置用压力容器及压力容器安全监察规格等相关的标准、法规，运行安全可靠。l 部分负荷性能压缩机的大多数操作时间都运行于部份负
16、荷工况下,机组不仅要求在满负荷的情况下高效运行，在部分负荷运行时也要求保持较高的效率。在相同的运行条件下，由于部分负荷工况的存在，而使得运行费用有10%20%的偏差是很正常的。部份负荷的运转能耗对于机组的运行成本很重要，所以这种情况在ARI 550标准中以“综合部分负荷值”(IPLV)和“应用部分负荷值”(APLV)来衡量。IPLV/APLV 提供了一个比较部份负荷的运行能力的标准方法后, 部分负荷运行就无需被定义为“特殊的情况”, 而应该是视之为普遍现象。水源热泵螺杆机组在设计时充分考虑了部分负荷情况下机组运行的经济性。电子膨胀阀的广泛采用提高了机组的效率。电子膨胀阀具有比例积分式调节的卓越技术，允许更好地控制空调机组降低运行成本。电子膨胀阀电机与阀合为一体，陶瓷材料的阀板
