水源热泵技术简介 2007-01-16 　来源：中国节能技术与产品       当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调。     热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台热泵的目标，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。与美国的热泵发展有所不同，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％。     我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。清华大学、天津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地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的热泵市场前景广阔。之所以对中国的热泵市场发展前景持乐观态度，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。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。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。我们有理由相信，在充分学习借鉴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，依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。正如水能够通过水泵能从低处向高处流动一样，热泵系统就是能够把能量从温度低（低品位能量）传递到温度高（高品位能量）的设备系统。它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，从而有效地利用了低水平的热能。     在制冷模式时，高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器，向水中排放热量而冷却成高压液体，并使水温升高。到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，同时吸收空气的（水）的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。在供热模式时，高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体，到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，供热环境需要的热水在冷凝器中获得。热泵系统是一种高效、节能、节资、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。它利用空气、地表水、地下水、工业废水及地下常温土壤资源，借助压缩机系统，完成制冷（制热）。它无须任何人工资源，彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，使人们远离粉尘、废气和霉菌，是一种理想?quot;绿色技术"。     目前我国利用较多的是水源热泵，就是以地下水作为冷热"源体"，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。传统的暖通空调系统需要很多辅助系统或设备来完成一个完整的暖通空调功能，如冷却塔。而水源热泵系统只是通过与地下水的热交换来完成制冷或制热的效果。只应用一个硬件系统，通过在不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换，就可以完成制冷与制热功能的转换。     下面是水源热泵系统冷、热工况切换的原理图：               夏季运行时，1、3、5、7阀门打开，2、4、6、8阀门关闭，为制冷工况；冬季运行时，1、3、5、7阀门关闭，2、4、6、8阀门打开，为制热工况。 责编：杨慧瑾     水源热泵技术无需值守，水源热泵技术节能环保全自动控制，水源热泵技术运行安全节能环保，水源热泵技术节省人员成本，真正高效、节能环保、水源热泵技术。水源热泵技术适用范围广。 水源热泵技术节能环保水源热泵技术
节能环保水源热泵技术
水源热泵概念原理和归类     水源热泵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）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵技术利用热泵机组实现低温位热能向高温位转移，将水体和地层蓄能分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源，即在冬季，把水体和地层中的热量"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，释放到水体和地层中去。     从学术角度来说，当利用的对象都是水体和地层（含水地层）蓄能，而且都是以水作为热泵机组的冷热源供给载体时，都可以将之归类为水源热泵系统。 　　根据 ASHRAE Handbook: HVAC Applications.（1995）的分类，将地热能资源按温度范围不同分为三类，其中地源热泵应用类包括了水源热泵的两种方式：地下水源和地表水源热泵。   下面对于两种水源热泵应用方式作出相应的介绍：     地下水热泵系统
    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     地表水热泵系统是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冷热源。 归属于水源热泵方式。     另外，水源热泵中的地下水源热泵方式也可以归类于地下季节性蓄能应用领域。北欧及中欧部分国家倡导利用浅层地热以及地下蓄能为建筑物提供冬夏季供暖及空调，这些国家更为关注地下季节性蓄能应用，作出了下图所示的分类：     从原理上来说，含水层蓄能应用领域与深井回灌式水源热泵方式具有很多相同之处，两者涉及的系统地下部分的施工工艺、设计原则以及相关的理论大致相同。北欧及中欧部分国家对于含水层蓄能的应用研究的许多成果都可以加以借鉴，应用于深井回灌式水源热泵方式的相关应用和研究。 　　综上所述，水源热泵可以归属为地源热泵的两个分支：地下水源热泵以及地表水源热泵；也可以归属为地下季节性蓄能应用与热泵技术的结合应用。但是需要强调的是，不同应用方式的分类，是为了让人们更为便捷的去了解或推广应用某种技术，而实际上各种不同的分类之间可能存在一定的交集。 　　以季节性地下蓄能方式为例，其冷热源提供可以为天然冷热源，例如将冬季室外的降雪或冷水回灌入蓄冷井群，夏季抽取被蓄存的冷水作为空调的冷源，夏季将温度较高的地表水回灌入蓄热井群，冬季抽取被蓄存的热水作为空调预热的热源；而当采用热泵机组作为冷热源的提供时，也就是说冬季将热泵机组出口的冷水回灌入蓄冷井群，而夏季将热泵机组出口的热水回灌入蓄热井群，这一方式也可以归类为典型的深井回灌式水源热泵方式。

水源热泵技术 节能环保水源热泵热水工程系统 水源热泵、地源热泵热水器设备系统
1）、利用湖水、河水、地下水及地热水资源，消耗部分电能，冬季把水中的低品位能量“取”出来。供给室内采暖或空调；夏季，把室内的热量取出来释放到水中，达到空调的目的，同时可“免费”为用户加热部分生活热水。
2）、环保：供热时可代替锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染，使环境更加洁净优美。 3）、节能： 冬季，投入1kw电能可得到4kW左右的热能；夏季，投入1kw电能，可得到4kw以上的冷量，能源利用率为电采暧方式的3～4倍以上，同时“免费”为用户加热生活热水器。
4）、省地：省去了锅炉房以及与之配套的煤场和碴场，节约了土地资源。
5）、节水：以水为源体，吸收或向其释放热量，从而达到供暖或制冷的作用，既不消耗水资源，也不会对其造成污染。
6）、节资：通过热泵系统来实现供冷气、采暖和供热水器，一次性投资只是传统制冷制热投资的1/2～2/3；运行费用只有传统方式的1/2～2/3 。

节能环保水源热泵技术                      水源热泵机组的适用范围，大型热水工程、中央空调、冬天采暧。 1、适用于学校和企事业单位、工厂、宾馆、别墅、发廊、沐浴、足疗等场所作生活用热水。
2、适用于室内泳池的池水加温及池区、温室大棚、医院等采暖作热水热源。
3、适用于办公楼、体育场馆，可替代锅炉和空调供暖、制冷，产出以1吨到几百吨热水。
4、适用于工厂及农场的生产、养殖过程中作热水热源。
              提供热水同时还可以免费获取冷气，可实现全年供热供冷气。    水源热泵目前主要应用在北方冬季寒冷的地区，而在广阔的南方很少见到身影。主要原因：南方主要以空气源热泵为主，所以空气源热泵基本能满足需要，并且工程相对简单，造价成本要低。    水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，通过水源热泵，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
　　 地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机从水源中提取能量。通常水源热泵消耗1kW的能量，得到4kW以上的热量或冷量。

水源热泵技术运行管理及其实例系统分析

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    摘要：根据山东省滨州市滨南社区某工程的工程实践，阐述水源热泵系统使用灵活、可供热及最大限度地回收低位热能、节约能源等优点；介绍和讨论水源热泵操作、运行管理优越性和新进展；并建议在有条件的地方，应大力推广该技术。

    关键词：水源热泵 运行管理 节能

    0 引言

    当今社会环境污染与能源危机已成为全人类必须面对并要加以解决的重大课题，在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供暖空调系统应运而生，而水源热泵技术正是满足这些要求的比较有代表性的低耗能新型供暖空调技术。

    1 水源热泵技术的国内外发展状况

    水源热泵系统（WLHPS：WaterLoopsourceHeatPumpSystem）国外又习惯称作闭式环路水源热泵系统。60年代开始在美国提出之后，经过30年不断改进和发展，技术日趋成熟，其产品已逐渐商品化，迄今已经在北美建筑中应用了40多年[1]。进入70年代后，这项技术在日本的推广应用很快。东芝、三菱电机、PMAC公司均有水源热泵产品出售，东京、名古屋、横滨等城市在70年代初就有很多采用闭式环路水源热泵空调系统的工程实例[2]，例如，东京镰仓河岸大厦、平和东京大厦、名古屋大厦、新日建大厦等。自80年代以来，我国采用水源热泵空调系统的建筑也逐年增多。目前，在深圳，上海，北京以及一些中小城市均有工程实例，例如，北京天安大厦、上海锦江第四号楼、西安建国饭店、青岛华侨饭店。深圳同贸大厦、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了闭式环路水源热泵空调系统。特别是2008年奥运会将在北京举行，为办好本届奥运会，北京市主管部门和科研部门全力合作，利用得天独厚的地热条件，充分发挥地热温泉的清洁能源优势和保健作用，相继将一些先进的技术，如地热尾水回灌、水源热泵等应用到地热供暖系统上，同时水源热泵式中央空调已成为2008年北京奥运会指定选用的空调型式。水源热泵在我国的推广应用前景极其广阔。

    2 水源热泵技术的优越性

    水源热泵空调系统是一种可以利用地球表面浅层水源（如地下水、河流和湖泊），和人工再生水源（工业废水、中水、地热尾水等）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），实现低温位热能向高温位热能的转移。将水体和地层蓄能作为冬、夏季的供暖热源和空调冷源，即在冬季，把水体或地层中的热量“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，释放到水体和地层中去。

    水源热泵只取水中的热或冷而不消耗水，并且基本作到水体或地层蓄能的年平均能量平衡，不会造成任何污染。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。而锅炉供热只能将90%以上的电能或70%~90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，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。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

    对于水源热泵的节能及运行效果，已有一些文章作了介绍，但它们通常只是对这种系统运行能耗的静态分析。本文结合一个正在运行的工程实例，用实际数字对水源热泵的节能及运行效果作进一步探讨。

    3 新旧系统对比分析

    2002～2003年采暖期中，在胜利油田管理局和有关部门的支持下，滨南社区华滨物业管理公司海滨小区使用康特姆水源热泵替代采暖锅炉，2002年12月建成投产，现运行情况良好。

           3.1工程相关背景及项目介绍

    近年来，随着社会生产力的不断发展，社会文明程度的不断进步，人们的环保责任意识不断加强。对采暖行业而言，人们不但需要高质量的供暖，同时还对该行业在环保、节能和安全文明生产方面提出了更高的要求。社会的要求使得各种使用清洁能源的安全高效的供暖技术应运而生。滨南社区华滨物业管理公司海滨小区因为*近滨南采油厂滨一站，有丰富的污水余热资源，小区地处山东省滨州市和东营市的交界处，采暖面积约3.7万m2，采暖管网最大距离800m。该小区原有一座采暖生活锅炉房，有2t（蒸汽）、4t（热水）锅炉各一台，一直以原油为燃料，油耗一直保持在700～750t/a的水平。安装热泵后表明：水源热泵技术先进，机组集成度高，安装方便；操作全自动化；经济性能良好；安全性能优越；操作简单，实用性强；对废热以及地热丰富的单位、地区而言有很强的实用性，具有广泛的推广价值。

    该项目的热源是利用滨南采油厂滨一站外输的40～50℃的污水余热，通过高效换热装置加热系统热媒清水，换热后的热媒清水温度上升约10℃左右，然后利用康特姆热泵将10℃的热量提取应用于采暖。设计污水流量为80m3/h时，热媒清水温度要求在35℃左右，压力保持在3kg以上。

    3.2运行的经济性比较

    热泵系统输入功率是556kW，输出功率为2224kW，总输入、输出功率的大小可自动调整。从运行情况看，在停用锅炉的情况下，运行参数稳定，换热能力和系统出力完全符合设计要求。热媒清水进出水温度分别保持在30～40℃和20～32℃之间，主机做功时的温差在8～12℃之间，系统运行时可保证出水温度大于73℃（温度可以设置）。实际耗电情况：2003年1月份零下15℃时，每天耗电量在11000kW·h电左右；其他时间耗电一般在7000～9000kW·h，电价按胜利油田结算价0.37元/kW·h计算，最冷时“燃料”成本为4070元，一般情况下为2590～3330元；如果按照工业用电价格0.5元/kW·h计算，那么每天“燃料”成本在3500～4500元之间，由此可以推断出水源热泵系统单位面积运行成本约为0.10～0.13元，而在水源热泵投产前使用的燃油锅炉每天的燃料成本在10800元左右。热泵系统实现自动化，无需人工操作，这样大大节约了人员工资。热泵供暖系统与原有的燃油锅炉相比每个采暖季可以节省816000元，与电锅炉供暖系统相比每年可以节省1653360元。热泵运行费用大大低于燃油锅炉的成本，因此热泵产品经济效益明显。

    3.3运行的安全及环保性

    使用水源热泵系统时燃油锅炉系统完全停用，大大降低了系统危险系数，使单位安全生产管理的压力大为降低；环保方面，由于新系统只消耗二次能源，使得与纯消耗一次能源的老系统相比几乎没有环境污染。无论是废水、废气、固体废弃物、噪声还是其他环境污染物的产生量均大大降低，发生污染事故的可能性基本为零。

    3.4操作与运行管理方面优越性

    一段时间的运行实践表明，该系统操作简单，管理相对容易。实现了以下几方面的自动控制功能：

    1）输出功率自动调节及保护功能；

    2）污水压力自动调节及保护功能；

    3）热媒清水温度、压力自动调节及保护功能；

    4）系统进口精细过滤及自动排污功能；

    5）系统变频自动补水。

    该系统实现较高程度的自动化后，只需一次设置好出水温度，运行负荷的调整甚至运行全过程均无需操作人员干预。    对于管理人员而言，新系统的安全性、环保性、运行的稳定性均有较大程度的提高。工作现场环境有了较大变化。相应的管理重点也发生了较大转变，管理工作中以前的查找安全事故隐患，调整运行状态至相对较为高效低耗的平台上，杜绝环境污染事故等项工作基本上被现在的抓现场管理，提高操作人员综合技术素质的工作代替。管理难度大大降低，管理责任相对减轻，工作组跃过了较低层次阶段，直接迈上了一个新的台阶。             4 结论

    1）从工作原理即可得出，水源热泵空调系统具有效率高、节能、环保的优点；同时，水源热泵空调系统技术和产业化已经成熟，在我国符合条件的地方，特别是有余热、废然可利用的地方应大力推广该技术。

    2）通过对一个正在运行的工程实例的分析，表明水源热泵空调供暖系统运行费用大大低于电锅炉及燃油锅炉供暖系统的成本，因此热泵产品经济效益明显。

    3）水源热泵空调系统废水、废气、固体废弃物的排放均较少，是真正的节能环保型空调；同时，其操作及运行管理也相对简单。

    参考文献

    1 徐伟，等译，朗四维，校.地源热泵工程技术指南.北京：建筑工业出版社，2001

    2 范存养.热泵空调及各种热回收系统和空调节能措施.同济大学科技情报站    3 李先瑞，郎四维.热泵的现状与展望.建筑热能通风空调，1999（3）           图解水源热泵技术及原理

         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。
         
         地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，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。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。


高温水源热泵的工作原理 ==================================================================================================================== 发布时间：2009-3-23 发布来源：高温水源热泵 浏览次数： 次   高温水源热泵的工作原理 　　高温水源热泵在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。
　　余热利用的强力工具--高温水源热泵
　　什么是高温水源热泵？
　　高温水源热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而“高温水源热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。
　　高温水源热泵的工作原理
　　作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用高温水源热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以高温水源热泵实质上是一种热量提升装置，高温水源热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。
　　高温水源热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个高温水源热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用高温水源热泵技术可以节约大量高品位能源。
　　水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，高温水源热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。
　　高温水源热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体(以前一般为氟利昂，现天上由替代氟利昂所代替)在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化(沸腾和凝结)的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。
　　具体工作过程如下：
①过热液体媒体在蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。
②蒸发器出来的气体媒体液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。
③高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。
④高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。
　　高温水源热泵热水器的基本原理：它主要是由压缩机、热交换器、轴流风扇、保温水箱、水泵、储液罐、过滤器、电子膨胀阀和电子自动控制器等组成。接通电源后，轴流风扇开始运转，室外空气通过蒸发器进行热交换，温度降低后的空气被风扇排出系统，同时，蒸发器内部的工质吸热汽化被吸入压缩机，压缩机将这种低压工质气体压缩成高温、高压气体送入冷凝器，被水泵强制循环的水也通过冷凝器，被工质加热后送去供用户使用，而工质被冷却成液体，该液体经膨胀阀节流降温后再次流入蒸发器，如此反复循环工作，空气中的热能被不断“泵”送到水中，使保温水箱里的水温逐渐升高，最后达到55℃左右，正好适合人们洗浴，这就是空气源高温水源热泵热水器的基本工作原理。
　　空气源高温水源热泵是当今世界上最先进的能源利用产品之一。随着经济的快速发展与人们生活品位的提高，生活用热水已成为人们的生活必需品，然而传统的热水器（电热水器，燃油、气热水器）具有能耗大、费用高、污染严重等缺点；而节能环保型太阳能热水器的运行又受到气象条件的制约。空气源高温水源热泵的供热原理与传统的太阳能热水器截然不同，空气源高温水源热泵以空气、水、太阳能等为低温热源，空气源高温水源热泵以电能为动力从低温侧吸取热量来加热生活用水，热水通过循环系统直接送入用户作为热水供应或利用风机盘管进行小面积采暖。空气源高温水源热泵是目前学校宿舍、酒店、洗浴中心等场所的大、中、小热水集中供应系统的最佳解决方案.
　　由于氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用，为了保护地球的生态环境，除了提高高温水源热泵的成现系数，有效利用能源以外，各国科学还致力于新型冷冻媒体的开发。目前已有替代氟利昂的媒体得到应用。
　　高温水源热泵热水系统包括高温水源热泵主机和换热储水箱两部分。高温水源热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀；换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒(工质)在蒸发管内吸收环境空气中的热量，通过高温水源热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量，加热水箱中的水。
　　要搞清楚高温水源热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统（压缩式制冷）一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂（例如氟利昂），首先在蒸发器里从低温热源（例如冷冻水）吸热并气化。然后压缩机抽取蒸发器里气化后的制冷剂气体并压缩到冷凝器内，此时制冷剂气体变成高温高压气体。该高温高压气体在冷凝器内被高温热源（例如冷却水）冷却凝结成液体，变成高温高压液体制冷剂。再经节流阀截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。
　　对于一台分体式高温水源热泵空调来说，夏天制冷时就是把冷凝器放在室外，而把蒸发器放在室内。运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则把蒸发器放在室外，把冷凝器放在室内，这样就把室外的热量输送到了室内。当然我们不会换季时去拆装设备了，而是通过体格转换阀使蒸发器和冷凝器换位的。
　　高温水源热泵空调里面有一个四通换向阀。在制冷工况下，室内热交换器就是蒸发器，室外热交换器（夏天往外呼呼出热风的那个东西）就是冷凝器。冬季供热的时候，四通换向阀切换，改变冷媒的流向，此时，室内热交换器就是冷凝器，室外热交换器（冬天往外呼呼出冷风的那个东西）就是蒸发器。由于冬季往外出冷风，换热器要结霜，所以等结霜到一定程度时，四通换向阀再切换，空调变成夏季制冷工况，室外热交换器得到热量，化霜，化霜完毕后，四通阀再切换到制热状态。除霜时，为了防止向室内吹冷风，故室内机的风机停止运转。
　　高温水源热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，它被形象的称为“热量倍增器”。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上，就已经广泛地应用了高温水源热泵制热，其制热系数已高达3以上。那么，利用高温水源热泵的原理来制取热水，消耗一度电所获得的热水，比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多，这是传统热水器所不能企及的。
　　目前市场上高温水源热泵热水器种类很多，主要有太阳能助推型、水源和空气源三种系列。太阳能助推式高温水源热泵是高温水源热泵与太阳能技术结合使用的一种高温水源热泵技术；水源高温水源热泵是利用一定温度的水源(20℃以上)作为热源以制冷剂为媒介，将水源中的热量吸收后经压缩机压缩制热，通过热交换器与冷水交换热量以达到取暖和制取热水的目的,水源高温水源热泵必须有一定温度和流量的水源；空气源高温水源热泵以水源高温水源热泵类似方法从空气获得热量来加热水。三种高温水源热泵中，空气源高温水源热泵受到的条件限制最小，发展空间最大，因此本文着重对空气源高温水源热泵热水器进行分析讨论。 　 　高温水源热泵的性能一般用成绩系数(COP)来评价。成绩系数的定义为由低温物体传 到高温牧体的热量与所需的动力之比。通常高温水源热泵的成绩系数为3-4左右，也就是说，高温水源热泵能够将自身所需能 量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。现在欧美日都 在竞相开发新型的高温水源热泵。据报导新型的高温水源热泵的成绩系数可6到8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用。高温水源热泵的普及率也将得到惊人的提高。目前高温水源热泵的最高出力温度为110度左右。超过这个温度将有可能出现使媒体分解的危险。 　　相关新闻：地源热泵 水源热泵 高温热泵 泳池热泵 热泵热水器 高温水源热泵 美的热泵热水器 空气热泵热水器
             水源热泵技术概念特点及其工作原理介绍
【颜色：红 绿 蓝】 发布日期：2008年12月10日   信息来源：生意社    浏览592次  【字体：大 中 小】  
 
 
    摘要：本文首先介绍了水源热泵技术的概念和工作原理，并与锅炉和空气源热泵在能源利用角度作了对比，得出水源热泵技术是利用可再生能源的一种技术。随后，详细地描述了水源热泵的特点并介绍了国内外关于地源应用的基本情况和中国目前水源热泵开发应用的前景，最后，特别介绍了清华同方水源热泵的技术特点和中国水源热泵推广应用中的一些问题。     一、水源热泵技术的概念和工作原理     水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊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。     地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，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。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地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。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。     与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90％～98％的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地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；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40％左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。     在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。     二、水源热泵的特点     由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：     1、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。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，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。     2、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。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。     3、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。     4、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。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质，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。     5、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。     6、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。当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。     ⑴、可利用的水源条件限制     水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。     ⑵、水层的地理结构的限制     对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。     ⑶、投资的经济性     由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。     三、国内外水源热泵的发展及特点     在国外，关于水源热泵的研究分属于两种热泵系统：一种为地源热泵，一种为海水热泵。其中地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45,000台，到目前为止已安装了400,000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心（Energy&Environmental Research Center）、美国地下水资源联合会（National Ground Water Association）、爱迪生电力研究所（Edison Electric Institute）及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。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。     美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有Addison Products Company、Advanced Geothermal Technology、Carrier Corporation、Climate Master Inc.、Econar Energy Systems Corporation、FHP Manufacturing、Mammoth Inc.、The Trane Company、Water FurnaceInter national等公司。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。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。中国的水源热泵的研究和应用才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。     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。     在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，我们必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。     四、清华同方水源热泵的技术特点     清华同方开发的水源热泵机组是针对大中型的建筑开发的可以实现模块组合的水-水热泵机组。可以利用地下水和以及江河湖泊的水源以及地热尾水。对不同的水源，可以通过是否加装中间换热器来构成闭式或开式系统。机组在工作时的冷热切换，通过对水系统的管路的切换而实现，氟系统保持稳定不变。     根据对制冷压缩机的研究和对市场的预测，规划中的水源热泵包括4种规格：GHP300、GHP500、GHP600、GHP1000。其中GHP300和GHP500为基本模块，分别为2个压缩机独立系统和3压缩机独立系统，GHP600和GHP100为GHP300和GHP500组合体。GHP300在标准地下水制热工况热量为309KW，在标准地下水制冷工况冷量为265KW。     清华同方的水源在产品的设计时，采用的技术路线是：选用R22做制冷剂，采用成熟的热泵技术，考虑中国的实际国情，重点放在高出水温度和宽使用温度的实现上，选择并确定压缩机工作点和工作范围，本着节水节能的思想，设计大温差的分段水换热器。氟系统的设计采用分系统完全独立的模块化思想，系统部件数量少而品质精良。控制系统充分考虑多系统的协调统一控制，并设置多种的安全保护，同时考虑水系统的水泵控制和远程的操作。清华同方的水源热泵机组除了具有传统的水源热泵的所有的特点以外，作为针对中国国情设计的系统，其值得注意的特点有：     1、供热出水温度高     我们提供的水源热泵在标准的工况下，可以保证出水温度稳定在52℃，在测试和用户实际使用中，曾做过56℃的运行实验。提供高的出水温度，可以提高效率，减小室内侧设备的选型容量，并保证室内的热舒适性。     2、水源侧进出水温差大，节约水资源     在机组工作时，水源侧在冬季的进出水温差为7℃，而夏季的进出水温差为10℃。区别于传统的5℃的温差设计，可以省水20％-50％，并相应地减少了取水（如打井和水泵运行）的费用。该思想彦启森先生曾在1997年的《我国制冷空调业技术发展现状及前景》中论证过。     3、系统优化简洁，部件精良可靠     通过对系统的优化设计和独立模块的组合，最终的机组系统相当的简单可靠，但制冷部件选择均为行业中品质精良的品牌，保证机组可靠运行。     4、机组容量大，适用范围广     机组设计的单机最小的容量为150KW的热量，可以采用开式系统或闭式系统，可以通过打井回灌利用地下水，也可以增加中间换热器利用河水湖水甚至海水。甚至可以利用地热的尾水。     5、运行简单、宁静     由于采用的智能自动控制，机组的运行相当简单，由于采用了高效的防护消声措施，机组的运行噪音不再难以接受。     五、目前中国水源热泵推广应用中存在的问题     水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在一些问题：     1、水源的使用政策     我国目前为了保护有限的水资源，制订了《中华人民共和国水法》，各个城市也纷纷制订了自己的《城市用水管理条理》。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，受费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变查。所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。     2、水源的探测开采技术和费用     在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。     3、地下水的回灌技术     水源热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌，对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑，来考虑回灌技术方式。我们对不同地区的地质结构了解的还不多，这也制约了水源热泵机组的推广使用。     4、整体系统的设计     水源热泵系统的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高的水温，但设计的空调系统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整个系统的效果变差，或者使得整个系统的初投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与。