【精品】水源热泵技术简介及各供暖方式运行费用分析对比

中央空调系统形式介绍
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1传统中央空调形式
传统的中央空调有空气源热泵（风冷机组）+辅助电加热和水冷冷水机组+锅炉或热力管网两种形式.空气源热泵（风冷机组）和水冷冷水机组在制冷时都是把房间的热量向室外空气排放，受室外气温因素影响太大，其制冷量随室外空气温度升高而降低，尤其在高温高湿地区，机组制冷性能极不稳定,效率低下,有时甚至不能工作。

在制热时，空气源热泵当室外温度降到零度以下时需加辅助电加热装置，耗电量大,效率很低；而水冷冷水机组+锅炉这种空调形式，在供热时需用电锅炉或燃煤、燃油锅炉，污染严重，运行费用昂贵。

1.2水源热泵中央空调
水源热泵中央空调分为地下水源热泵和地表水热泵两种形式。

1.2.1水源热泵
水源热泵的概念
水源热泵技术是一种利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊），或者是人工再生水源（工业废水、地热尾水等)的低温低位热能资源，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,既可供热又可制冷的高效、环保、节能的空调系统.
水源热泵原理
地球表面浅层水源（一般在1000 米以内），像地下水、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。

水源热泵技术的工作原理就是：在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去,由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的;而冬季,则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能,送到建筑物中采暖。

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.
水源热泵的分类
当利用的对象都是水体和地层（含水地层)的蓄能，而且都是以水作为热泵机组的冷热源，都可以将之归类为水源热泵系统。

水源热泵可以分为地下水源热泵以及地表水源热泵.
地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。

通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后,由回灌井群灌回地下.
地表水热泵系统。

通过直接抽取或者间接换热的方式,利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵的冷热源。

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2地源热泵发展概况
地源热泵的概念最早出现在1912年瑞士的一份专利文现中。

20世纪50年代，欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮。

但在当时能源价格低，这种系统并不经济,因而未得到推广.直到上世纪70年代，石油危机和日益恶化的环境把人们的注意力集中到节能、高效益用能和环境保护上时，使地源热泵的研究进入了又一次高潮，最近20年在欧美等工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。

在美国地源热泵空调系统占整个空调系统的40%，是美国政府极力推广的节能、环保技术。

为了表示支持这种技术，美国总统布什在他的得克萨斯州的别墅中也安装了这种地源热泵空调系统(见2001年5月28日参考消息).到目前为止美国已安装了600，000台，而且计划每年安装40万台的目标,能降低温室气体排放一百万吨,相当于减少50万辆汽车的污染排放或种植树一百万英亩，年节约能源费用4、2亿美元。

瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用地源热泵，用于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％.
在我国由于能源价格的特殊性以及人们节能、环保的认识程度等原因以及其它一些因素的影响,地源热泵空调技术应用和发展比较缓慢，人们对之尚不十分了解，推广较困难，然而随着人们生活水平的提高,人均能耗的增长，一次性矿物能源的日益衰竭以及环境的日趋恶化，地源热泵技术已越来越引起人们的重视.在目前节能和环保的潮流下，该技术以其特有的节能性和稳定性受到行业的瞩目，国内许多院校、科研所作了大量的应用研究。

国家建设部在《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中专门作了推荐.据统计，仅在北京2004年施工并投入运行的地源热泵系统的空调工程占全年空调工程总量的2/3以上。

可以预见，随着经济的发展，人们节能、环保意识的日益提高,地（水）源热泵作为一种节能、环保的绿色空调设备适应能源可持续发展战略要求，在中国必将有广阔的应用和发展前景。

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3地源空调系统的特点
地（水)源热泵与常规空调技术相比有着无可比拟的优势。

（1)利用可再生能源：属可再生能源利用技术
地源热泵从常温土壤或地表水(地下水)中吸热或向其排热，利用的是可再生的清洁能源，可持续使用。

（2)高效节能，运行费用低:属经济有效的节能技术
地源热泵的冷热源温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40％,因此要节能和节省运行费用40％左右。

另外，地能温度较恒定的特性，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。

在制热制冷时，输入1KW的电量可以得到5KW以上的制冷制热量。

运行费用每年每平方米仅为15——18元，比常规中央空调系统低40%左右。

（3）节水省地：1）以土壤（水)为冷热源，向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源，不会对其造成污染。

2）省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间，也有利于建筑的美观（4)环境效益显著
该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,在供热时,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，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好,是理想的绿色环保产品。

(5）运行安全稳定，可靠性高：地源热泵系统在运行中无燃烧设备，因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气，也不存在丙烷气体，因而也不会有发生爆炸的危险，使用安全。

燃油、燃气锅炉供暖，其燃烧产物对居住环境污染极重，影响人们的生命健康。

由于土壤深处温度非常恒定，主机吸热或放热不受外界气候影响,运行工况非常稳定，优于其它空调设备。

不存在空气源热泵供热不足，甚至不能制热的问题。

整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。

维修量极少，折旧费和维修费也都大大地低于传统空调。

(6)一机两用，应用范围广
地源热泵系统可供暖、制冷,一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。

可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑,更适合于住宅的采暖、供冷.
(7）自动运行
地源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单系统,部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高,可无人值守；此外,机组使用寿命长,均在20年以上.
1.2.4地源空调系统的社会效益
在我国的一些发达城市,夏季制冷、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50％。

特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染，对人们的健康形成了威胁。

因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题.传统的采暖空调模式因其产生的环境污染正面临着严峻的挑战.对于夏季制冷的建筑来说，随着空气热泵空调的普及，空调的实际使用效果正在逐年下降，这是因为空调装机容量的增加，空调局部热岛效应交叉干扰的结果.天气越炎热，室外的温度越高，空调负荷也越大，而此时空调机向室外散热时，传热温差越小,空调机的运转效率就越低，设备也越费电。

也就是说，除了燃煤供暖给环境造成污染之外，空调机同样会造成大气污染。

另一方面，我国大部分地区冬冷夏热,夏天大量地使用风冷空调,造成某些大城市供电紧张,形成电荒，为了确保不会造成断电等问题出现,有些城市夏天限制用电量。

另外,因为部分地区没有暖气供应，冬天使用电炉取暖，造成电力供应紧张.
地源热泵机组制冷、供暖所需能量3/4左右来自地能，另外1/4左右来自电力输入，从而减少一次性的矿物能源消耗；不向室外排冷、热风，减少城市热岛效应.对环境非常友好.
地源热泵空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。

冬季向建筑物供热，夏季又可供冷.可广泛应用于各类建筑中，如商业楼宇、公共建筑、住宅公寓、学校、医院等。

随着21现在，我国对建筑节能的要求越来越高。

减少我国冬季采暖和夏季供冷所造成的大气污染，降低供暖空调系统的能耗、节约能源是每个公民应尽的义务.特别是近几年来，大中城市为改善大气环境，大力推广使用包括可再生能源的清洁能源.随着人们生活水平的提高，建筑物不仅要满足冬季采暖的要求，而且需要夏季空调降温,地源热泵技术提供了这一问题的有效解决方案。

地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用。

一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统.系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

地源热泵系统的一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率，因此具有高效节能的优点。

地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40~60%，节能50％左右.另外，地源温度恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，整个系统的维护费用也较锅炉－制冷机系
统大大减少,保证了系统的高效性和经济性.
水源热泵技术国家相关政策
2002年12月，国土资源部《关于进一步加强地热矿泉水资源管理的通知》（国土资发[2002]414号）指出，“地热资源是宝贵的矿产资源，是重要的清洁能源之一”；“要加大地热资源的勘查评价力度,加强地热资源开发和保护”;
“
开展地热开发示范项目和地热水回灌等新技术的研究推广工作，实现地热资源的可持续利用”.
✧2005年2月28日，国家主席胡锦涛颁布33号令:2006年1月1日《中华人
民共和国可再生能源法》开始正式实施。

地热能的开发与利用被明确列入新能源所鼓励发展范围。

✧2005年11月29日，国家发展和改革委员会制订并颁布了《中华人民共和国
可再生能源产业发展指导目录》，“地热发电、地热供暖、地源热泵供暖和/或空调、地下热能储存系统"列入重点发展项目;“地热井专用钻探设备、地热井泵、水源热泵机组、地热能系统设计、优化和测评软件、水的热源利用"被列为地热利用领域重点推荐选用设备.
✧2006年1月1日起，由国家发展和改革委员会制订的《可再生能源发电价格
和费用分摊管理试行办法》开始执行.其中第九条太阳能发电、海洋能发电和地热能发电项目上网电价实行政府定价，其电价标准由国务院价格主管部门按照合理成本加合理利润的原则制定。

✧2006年4月，《国土资源“十一五”规划纲要》出台，提出十一五期间要加
大能源矿产勘查力度，“开展地热、干热岩资源潜力评价，圈定远景开发区。

”
✧2006年6月16日，由发展改革委、国土资源部、建设部、海洋局、各省、
自治区、直辖市、计划单列市财政厅（局）联合颁布《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》。

中央财政设立了可再生能源发展专项资金，为了规范可再生能源发展专项资金的管理，。

✧2006年8月，国家财政部发布《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》中
明确提出“加强对可再生能源发展专项资金的管理，重点扶持燃料乙醇、生物柴油、太阳能、风能、地热能等的开发利用.”其中第二章有关“扶持重点"第七条中提出“建筑物供热、采暖和制冷可再生能源开发利用，重点支持太阳能、地热能等在建筑物种的推广应用。

”
✧2006年12月，《北京市“十一五"时期地质勘查发展规划》提出“地热能、
浅层地（温）能等可再生资源将加大开发利用力度，到2010年新能源和再生能源占能源消费总量的比重争取到4%”。

“要加强平原区已知热田外围地质勘查、增加地热资源储量、开展地热资源空白区的勘查评价"。

完成规划新城和新农村建设的综合地质勘查、地热资源勘查……。

2007年1月，建设部发布《建设事业“十一五”重点推广技术领域》，确定了“
十一五”期间九大重点推广技术领域，其中“建筑节能与新能源开发利用技术领域”中重点推广太阳能、浅层地温能、生物能及其他能源利用技术；其中建筑节能改造技术重点推广:供热采暖制冷系统节能改造技术。

✧2007年6月，国务院发布《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》
(国发［2007]15号），明确提出要“大力发展可再生能源，抓紧制订出台可再生能源中长期规划,推进风能、太阳能、地热能、水电、沼气、生物质能利用以及可再生能源与建筑一体化的科研、开发和建设，加强资源调查评价。

✧2009年7月6日，财政部、住房和城乡建设部发布《可再生能源建筑应用城
市示范实施方案》(财建[2009］305号），制定了中央财政支持地热等新兴能源项目的扶持政策和奖励标准。

2009年7月6日,财政部、住房和城乡建设部发布《加快推进农村地区可再生能源建筑应用的实施方案》(财建[2009］306号)，制定了地方发展地热等新兴替代化石能源项目的扶持政策和补贴标准。

一、热泵的定义、种类、特点及用途
通过消耗少量（25~30%）高品位能量(电能），将土壤里、地下水或空气中的大量不可直接利用的低品位热能变成可直接利用的高品位热量的装置叫做热泵.即热泵从环境中提取热量用于供热。

根据热力学第二定律，热量不会自行从低温物体传向高温物体，实现这一过程必须消耗机械功,但热泵的供热量远大于消耗的机械功。

例如，如果驱动热泵消耗的机械功为1kw，则供热量为3～4kw，而用电加热，仅能产生1kw的热量.热泵的供热量来自两部分:一部分是从低温热源（如地下水等）传到高温热源的热量，一般占总供热量的70～75%；另一部分热量则由机械功转变而来,一般占
总供热量的25～30％。

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江河湖海水中,通过与水换热来实现能量转移。

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。

热泵具有如下特点：
1.合理利用高品位能量，综合效益好.
2.供暖区无污染，环保效益好.
3.夏季可以供冷，冬季可以供暖，一机两用，设备利用率高。

4.使用灵活，调节方便。

水源热泵由于不受室外温度限制,因而可广泛应用于北方地区的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。

二、水源热泵工作原理
热泵机组是利用“卡诺"循环原理,将空气中的低品位热能转为高品位热能.但在寒冷的冬季，当气温低于零下7℃时，机组效率极低，无法经济运行,而水源热泵却不受气温的限制，即使在零下20多度的严冬照样能高效运行。

这是因为它将普通热泵机组从空气中吸收的热量改为吸收地下水的热量.只要在地下钻大于20米深度的水井,随时都可以提取零上12℃～14℃的水，这些水连续不断的按规定流量送到水源热泵机组再由机组内的压缩机工作，迫使工质（R22制冷剂）压缩、冷凝、降压、蒸发，吸收这些12℃地下水中的热量，使其温度降至7℃，再回灌到地下（取水井和回水井之间应有20米以上的距离,以避免取水和回水出现热短路）,在渗流过程中吸收地下土壤热量，温度又升至12℃，然后再被抽上使用，如此不断循环。

机组吸收的热量再通过工质的冷凝而被释放出来，用以加热采暖系统水。

最高供水温度可达63℃，正常供回水温度为50℃/40℃，而用于冬季空调供暖和地板采暖则是最佳温度.夏季制冷时，机组作逆“卡诺”循环，
三、水源热泵的性能特点
1、高效、节能：系统能量输入与能量输出之比供热状态为3.5～4.4,即输入1kw电能可产生4kw的热量.
2、运行费用低：在大功率水源热泵机组中，其地下水和电即相当于锅炉燃烧的煤或油，而且地下水占热量的70~75％，也就是说，机组在制热过程中，有70～75％的燃料是不用花钱的，所以，其供暖运行费用仅为电热锅炉的四分之一，同时也相当于燃煤供热锅炉的四分之三,燃油锅炉的十分之三。

由于不设冷却塔还省去了传统中央空调冷却塔的耗水费用。

运行费用低于国家规定的取暖收费标准（18元/米2），并可减少电力增容1—3倍.
3、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。

地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，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,水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

4、无任何污染:由于该机组在制热过程中，无任何燃烧化学反应，不排放任何废弃物,无需设烟囱，同时避免了冷却塔噪音及霉菌污染。

5、占地面积小：可以建造在居民区内。

仅为锅炉用地的1/10～1/15。

以一个10万平方米小区为例，机房面积仅100平方米就足够用，而建锅炉房则需占地至少1000平方米,对3。

5万平方米以上的小区，可省出一栋楼的位置,可建2000～5000平方米住宅。

其剩余价值足够上水源热泵供暖系统。

省去了锅炉、锅炉房、堆煤堆渣的场地。

6、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、医院、商场、住宅楼、办公楼、学校、影院等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

7、投资成本低：水源热泵较传统的中央空调系统经济.无集中的制冷机房、锅炉房、空调箱房，减少了设备间的面积。

温度自控装置也装在系统中,无需另设控制中心或控制室.
8、运行维护十分简便：全部为自动化控制，用户可任意调节房间温度,物业根据用户的实际使用情况收取费用，易于管理。

每班只需用1人(而且10万平方米以上小区燃煤锅炉房每班则需4个人)值班即可。

9、维修成本低:由于系统设备简单,安装方便，启动、调整容易,运行维护费用很低，所以在一次性投资之后不需要太多的投资就可以对系统进行维护和管理了.它的投资一般可在三五年之后就可以得到回报。

10、安全性：水源热泵在运行中没有燃烧部分。

因此不可能产生二氧化碳、一氧化碳之类的废气集结在家中或商业建筑内，也不存在丙烷气体，因而也不会发生爆炸的危险。

四、用户使用的条件
1、由于水源热泵的70~75%的热量采自水，水就相当于锅炉用煤或油,因此在想安装水源热泵的地方，必须有地下水，或天然湖泊等充足水源,因该水为循环使用,只要所钻的井在1小时内能抽上所需水量，就可视为够用。

2、可与当地环保部门联系，有希望得到资助(特别是在一个城市内首家采用）。

国家环保局已决定在全国推广该项技术.
3、可与当地供电部门联系，凡采用该机组供暖，可享受免交电增容费的待遇和电采暖的谷低电价的优惠.
地下水源在距本系统1公里内均属于可利用的经济水源，天然水源（如湖泊、河流）3公里以内可作为经济水源充分利用。

经济技术比较
(详见下表）
水源热泵系统与其它冷热源系统比较
1、夏季按90天供冷，冬季按120天供暖；
2、电费：0。

8元/度，轻柴油：7.8元/公升,重油:8。

5元/公升，
燃气:3.3元/m3
经济数据比较
以东北某地区一栋1万平方米住宅楼为例，对采用不同供热空调方式的经济技术
比较如下：
不同冷热源方式的投资与运行费用对比表
1.水源热泵供暖系统的初投资略高于燃煤锅炉、燃油锅炉、城市热源供暖，低于壁挂式燃气炉分户采暖，比电热膜取暖的初投资低1/3以上。

2.水源热泵（供暖/空调）系统的初投资比传统中央空调（供暖/空调）系
统初投资低33%.
3.水源热泵供暖的每平方米运行费用仅为燃煤锅炉供热的70％，燃油、燃
气、电热膜的1/3.
4.水源热泵系统的运行费用仅为传统中央空调的2/3.
水源热泵比燃油、燃气、城市热源供暖增加的初投资，由于运行成本的节约，
可在2至3年内收回初投资。

五、结束语：
水源热泵系统的技术领先性和产业化价值，正在于巧妙地利用了空调制冷机的原理，源源不断地将地下土壤中蓄积的低温热量吸收起来，变成可利用的高温热量，无需燃烧任何燃料即可对建筑物供热、供冷，真正实现节能、环保，它将有效地保护地球上有限的天然资源，保护人类赖以生存的空间环境。

可以说,大功率水源热泵机组是建筑物供暖方式上的一次革命,该产品必然会以其无以伦比的优势取代传统的供热方式，很快在全国推行.。