水源热泵技术介绍及工作原理

水源热泵技术介绍及工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源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（地下水、河流、湖泊、海洋等）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。水源热泵中央空调系统是由末端系统，水源热泵中央空调主机系统和水源热泵水系统三部分组成。冬季为用户供热时，水源热泵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热泵中央空调主机（热泵）“泵”送到高温热源，以空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中满足用户供热需求。夏季为用户供冷时，水源热泵中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源水中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以满足用户制冷需求。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。

水源热泵的特点及优势

属于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。所以说水源热泵是一种清洁的可再生能源的技术。

高效节能

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，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℃，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。

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。

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。水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，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。

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。

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；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

水源热泵在各国的发展应用

美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，其中，水源热泵占15%，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。

美国的水源热泵的研究和应用更偏重用于住宅和商业小型系统（20RT以下），多采用水-空气系统，如大家熟知的TRANE 等推出的产品。在大型建筑方面，美国推行

WLHP系统，即水环热泵系统。

与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。

中国最早在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。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。

目前，世界特别看好中国的市场。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“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。据称“华亭嘉园”即是此项目的应用。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“提供运用地源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。

热泵技术的特点

与传统的锅炉（电、燃料）供热系统相比，水源热泵具有明显的优势。锅炉供热只能将90％～95％的电能或55～80%的燃料内能转化为热量，因此水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。概括来讲，主要有以下特点：

1）属可再生能源利用技术。热泵机组是利用了地球水体所储藏的能源作为冷热源，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、地表水、工艺循环冷却水、矿井排水等。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，地表的土壤和水体自然