一种建筑节能技术——水源热泵空调系统

摘要：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。

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。
　　地球表面或浅层水源的温度一年四季基本不受外界气候影响，相对稳定，一般为10~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。
　　水源热泵是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术。能有效节省能源、减少大气污染及CO2排放。
　　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。目前已经有数个示范工程。在华东地区，越来越多的中国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。[1]
三、 系统组成及工作原理
　 　水源中央空调系统是由末端（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。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。本文所讨论中心议题是开式系统。
　　虽然在长江三角洲地区直接抽取地下水的方式受到严格限制，但是在一些地区仍然是一种可行的节能技术，并且地表水类型的水源热泵不受限制。
四、 水源热泵中央空调与其它常用中央空调冷热源的技术特点对比
　　水源热泵在夏季制冷时可使机组的冷凝温度降低、在冬季可使机组的蒸发温度提高，都能提高产能效率；此外，它们所利用的低温热源通常可以来自环境（大气、地表水和大地）或各种废热。热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。
　 　空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）（见表1）。如果让传统的空调系统 在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初投资（见表2），而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。
　　水源热泵机组系统运行稳定，能效比可达5~6，远大于其它同类型机组（见表1）。系统运行过程中，无燃烧，无任何固态、液态或气态污染物排放，是“绿色”供暖（冷）的环境系统工程。水源热泵的污染物排放与电供暖相比，相当于减少70%以上。

方式	占地面积	设备寿命	水耗量	驱动方式	环保	备注
水源热泵	机房占地面积小，可设在地下室	20年	只利用地下水源的热量采用回灌技术，不消耗水资源	电能利用系数为3.8~6.0	无燃烧污染水资源与制冷剂不接触，无水源污染，噪音低	需要一定量的水资源，维护简单
溴化锂吸收式直燃机	机房占地面积大，冷却塔要占用屋顶面积，储油设备需要占地，要求有一定的安全间距	10年	冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水	燃油或燃气能源利用系数为80%	有燃烧污染有一定的噪音和水霉菌污染	机房需要设置安全报警装置
水冷机+电锅炉	需设冷冻站和锅炉房，冷却塔要占用屋顶面积，电负荷较大	冷水机组20年电锅炉15年	冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水	电能夏季：能源利用系数为3.5~3.8冬季：90%	无燃烧污染夏季有一定的噪音和水霉菌污染	需要设置两套机组和人员，运行维护复杂