水源热泵空调系统应用研究与远景分析

　　水源热泵是一种介于中心空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它具有中心空调公道利用能源，设备能效系数高，运行本钱低和安全、可靠等优点。又具有分散空调调节灵活、方便，便于治理和收费等优点。通常水源热泵消耗1 kW 的能量，用户可以得到4 kW 以上的热量或冷量。与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具有明显的节能环保上风。
　　一 研究现状
　　目前，水源热泵在法国和美国发展较快，市场总额年增长率达45%以上。在瑞典、奥地利、荷兰、日本等国家也得到了很好的发展。仅拥有九百万人口的瑞典，现已有了比欧洲其他国家都好的水源热泵销售市场，与2000年的24 000台套相比，2002年销量达到39 000台套。在挪威，销量也以惊人的速度在增长，由2001年6 500台套增至2002年的15 000台套，2003年，其政府采取对“所有新的空调设备的安装有650欧元的补贴”措施，因此，水源热泵销量的增长仍然可观。
　　我国的水源热泵事业较国外起步较晚，自上世纪90年代初期以来，在国家自然科学基金委员会的资助下，国内开始对水源热泵进行探索性研究，但在如何有效地降低系统初投资、保证系统的可靠运行等方面的研究一直没有突破。其主要的原因是已开展的研究尽大多数都局限于对所建立的实验系统进行性能测试并与传统的空气热源热泵性能进行技术经济比较，从而得出水源热泵节能的一般性结论。由于缺乏对换热器在水中复杂的传热、传质综合传递过程的深进研究，使得这些结论只适用于某一具体实验系统，所提供的基础数据较少而不能作为设计依据。
　　近几年来我国水源热泵应用发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的水源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉水源热泵，并对其应用产生了浓厚的爱好，可以预计中国的水源热泵市场远景广阔。之所以对中国的水源热泵市场发展远景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势：另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。
　　美国特别看好中国市场，美国能源部和中国科技部于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水源热泵，该项目拟在北京、杭州和广州3个城市各建一座采用水源热泵空调的贸易建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依靠程度，从而达到能源利用多元化的目的。目前，这3个水源热泵示范工程正在落实，有的已进进实施阶段。与此同时，科技部委托的中国企业公司正酝酿将美国的水源热泵技术及设备引进中国市场，这将促进我国水源热泵的市场化、产业化的发展，并使我国水源热泵的研究开发尽快跟上国际水平。有理由相信，在充分学习鉴戒国外先进技术和运行经验的基础上，在各级政府的有力支持下，中国的科技界与企业界携手共进，依靠自己的气力完全有能力开拓出具有中国特色的水源热泵产业。
　　二 技术原理
　　水源热泵技术是利用地球表面浅层水(如地下水、地热水、地表水、海水及湖泊)中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，并采用热泵技术原理，通过少量的高位电能输进，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
　　地球表面浅层水源地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，吸收了太阳进进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升温度后送到建筑物中。
　　水源热泵是利用了地球水体所蕴躲的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的河流和湖泊以及海洋。水源热泵机组可利用的水体温度冬季一般为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进步，能效比也进步;而夏季水体一般为l8～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，能效比也进步。水源热泵系统可供热、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。
　　三 技术特点
　　根据我国国情，人口众多，能源有限，热泵技术符合国家可持续发展战略，因此发展远景广阔。技术特点如下：
　　(1)环保节能
　　利用地下浅水做空调系统冷热源，省往了燃煤，燃气，燃油带来的污染;省往了锅炉房和冷却塔，节约占地，同是也避免了冷却塔的噪声和霉菌污染，符合环保要求。
　　(2)初投资少
　　仅为其它中心空调的1/2~2/3(省往了锅炉房和冷却塔用度，但增加了打井用度)。
　　(3)节能经济
　　能源利用率进步，投进lKW 的电能可得到4.4~6 KW 的制冷或供热的能量，运行用度与常规方式相比可节约l/2～1/3。
　　(4)运行可靠
　　机组运行的情况稳定，几乎不受天气及环境温度的影响。机组主要运动零部件少，维护简单，主机运行寿命可达15年以上。
　　(5)灵活安全
　　利用水源热泵冬季向建筑物供热，夏季向建筑物供冷，并可全年供给生活热水，真正做到“一机多用”，进步了设备的利用率。机组可灵活安置在任何地方，节约空间。系统末端也可有多种选择。无储煤，储油罐等卫生及安全隐患。
　　四 存在题目
　　水源热泵应用的最大题目在于要结合实际情况，提供一个稳定的水源，同时要解决地下水的回灌题目以及冬季如何最大限度的利用水中所蕴躲的能量。目前此类工程的应用一般采取自然回灌，由于自然回灌只是重力做功，而取水是动力做功，要维持水系统的平衡，确保取出的水全部回灌，取水井与回灌井数比例一般采取1：2或2：3。这不仅增加投资，而且在部分负荷时回灌井利用率低。因此能否解决既要减少投资，又能节约运行用度，同时保证100%回灌题目，将直接关系到水源热泵的应用与发展。
　　日益增长的能源消耗和环境污染是困扰人类社会的两大困难，引起了世界各国的高度重视。水源热泵以耗能少，利用可再生能源，不污染环境，符合可持续化发展的要求等诸多上风正受到社会各界的广泛关注。因此研究开发一种节水、高能效比的水源热泵机组有助于水源热泵的应用与推广，并且会具有很好的市场应用远景。