水源热泵在建筑节能中的应用与分析

摘要：水源热泵是一种节能、环保、经济实用的中央空调形式，已经有了30年的发展历史，其技术较为成熟。同时建筑节能作为当前建筑发展的趋势，受到人们的普遍关注。本文在分析水源热泵的够早的基础之上，对水源热泵的优势进行

探讨，分析水源热泵在建筑节能之中的实际应用。

关键词：水源热泵；建筑节能；应用；分析

中图分类号：TE08文献标识码： A

引言

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源或工业冷却水回水，等低温低位热能资源，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的一种技术。具有节水、节能、环保等特点。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优势。

1、水源热泵系统简述

1.1、水源热泵系统的优点

水源热泵环保效益非常明显，它以地表水为冷热源，向其放出或吸收热量，并且不消耗、不污染水资源，同时它在供热时无燃烧过程，省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，在供冷时不用冷却水塔，减少占地，所以水源热泵系统绿色环保，节能省地，是非常有发展前景的一项技术。

1.2、水源热泵系统的工作原理

水源热泵的原理就是利用电能将不能直接利用的海水、污水等热能转换为可利用的高位热能，采用的制冷剂为R143a。热泵机组利用R143a沸点低的特点，海水（污水）温度高，就产生了一个传热的环境。热泵机组虽然消耗一定的电能，但所供给用户的能量却是消耗的电能与吸取的海水、污水热能的能量总和：消耗1KW电，可产生5KW左右的热量或冷量。夏季热泵机组以冷水机组方式运行，为用户提供冷冻水用于建筑物内降温。每台热泵机组配有2个压缩机，根据冷负荷情况，两台压缩机可并联运行，也可每个压缩机独立运行。1.冷冻水侧在设计工况下，用户回水温度为10℃进入蒸发器，经过低温低压制冷剂冷却后，为用户提供3℃冷水。

1.2.1、污水（或海水）侧

在设计工况下，从马栏河污水处理厂来的经过处理的污水23℃经过过冷器，冷凝器吸收高温高压制冷剂的热量后温度升高至33℃回到马栏河污水处理厂。也可使用海水进行冷却。

1.2.2、制冷剂侧

低温低压制冷剂液体吸收用户空调回水的热量后，变成低温低压的气体，被压缩机吸入，压缩为高温高压气体排入冷凝器，制冷剂连续经过冷凝器和过冷器，被污水（或海水）冷却后变为常温高压液体，经过一级膨胀阀节流变为低温低压气液两相液体，进入蒸发器后吸收冷水热量变为低温低压气体，被压缩机吸入。

2、水源热泵系统的优点

2.1、环保效益显著

水源热泵是利用了地下水或土壤当做其冷热源，可以做好能量转换的供暖空调系统。供热之时有效节省了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，在燃烧的过程之中，有效避免了排烟的污染；供冷之时可以省去冷却水塔，避免冷却塔的噪音以及霉菌污染。可以不会出现任何废渣、废水、废气以及烟尘，促使环境变得更加优美。

2.2、高效节能

水源热泵机组通常使用的水体温度冬季是12℃~22℃，水体温度则会比环境空气温度高，因此热泵循环的蒸发温度可以提高，能效比也会得到一定程度的提升（冬季供暖需要的出水温度为50℃~55℃）。

2.3、运行稳定

可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动范围远远小于空气变动，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。不存在空气源热泵冬季除霜等问题。

2.4、一机多用、应用范围广

水源热泵系统可以有效供暖、空调以及生活热水，实现一机多用，一套系统通常可以替换之前的锅炉加制冷的两套装置或者是系统。

2.5、运行简单。

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，减小了机组运行的噪音。

2.6、运行稳定可靠

水体的温度在一年四季可以相对保持稳定，并且波动的范围低于空气的变动，其实比较好的热泵热源以及空调冷源。水体温度比较恒定的特性，此时热泵机组在运行之上较为可靠、稳定，并且确保系统的高效性以及经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等等难点问题。

2.7、投资的经济性

水源热泵的运行效率比较高、费用偏低。然而同以前的空调制冷取暖方式相比较而言，具有比较明显的经济效益。

3、水源热泵空调系统适用条件

水源热泵机组对水源、场地环境、地质都有要求，供水需稳定且温度适宜才可满足。

3.1、地下水量稳定且丰富

在北方诸多省份中，深层承压水和河谷潜水非常适宜，因为水量丰富充沛，而西南地区多为地下暗河，不适用，需防止出现枯竭或改道，影响系统稳定运行，选择使用时需谨慎应对，前期要做好大量的细致入微的勘探工作，以免后期出现诸多不利因素;

3.2、条件满足的水质

地下水中含有腐蚀成分，如硫酸根离子、碳氧化物、微生物等，容易将系统管路、换热器和过滤器堵塞，影响系统正常稳定的运行，这些方面的问题还有例如泥沙、沉积物等未提到的不可控因素，都需提前做好应对措施;

3.3、水的温度要求要适宜

地下水的温度会随着地理环境、地质情况及埋藏深度而发生变化，维度不同的地区，水温也不同，范围在0-23℃左右，温度过高或者过低会影响到整个机组的制冷制热量，导致系统运行不稳定，达不到前期设计的效果并不能满足功能上的要求

3.4、应用范围

单体建筑，小范围的区域供热，办公楼，公共建筑，热水输送距离适宜，供水温度要求不高的项目。

4、节能效果

水源热泵与传统供热供冷方式比较优势是机组效率高、节约运行成本。海（污）水源热泵机组可利用的海（污）水温度，冬季比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季海（污）水温度比环境温度低，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中央空调系统，机组效率明显提高。设计安装良好的海（污）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。

机组运行稳定，可靠性高，机组可实现最高65℃出水，可编程PLC控制器，灵活控制机组运行状态，可通过自控装置实现无人职守运行，机组设有完善的安全保护装置，确保安全可靠，可以实现显示系统的各种状态参数，方便用户操作。水源热泵项目最大的特点是节能减排。由于我国以煤电为主，所以不论是直接用燃煤供热还是用电带动热泵机组供热，对比不同方式供热系统的一次能源利用效率是比较客观的。计算条件发电煤耗折算系数为0.3169kg标准煤/kowhai电的输配效率为95%.而常规系统的供热效率取70%，煤的运输和排渣损耗为10%。标准煤的热值为8.14MWh/吨。

水源热泵的原理是将水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即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，可高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中供暖。因此，该系统运行时主要消耗设备的电能，没有一次能源消耗，而市政热源还是以消耗一次能源来取得热能，因此水源热泵的节能显著。

5、结语

热泵技术是新型能源利用型式，具有热效率较高，经济效益好，环保等优势，该技术日趋成熟，应用也越来越广泛，水源热泵主要是把低位能的水利能源及时通过转换变成一种高位能的冷源或者是热源技术，及时通过水源热泵在建筑节能之中的应用实践看，具有一定经济效益以及社会效益，站在持续发展的角度看，水源热泵系统是比较理想的一种能源利用方式，在减排方面也体现出更多的社会效益。

参考文献

[1]张国东.促进地源热泵在建筑中应用的经济激励机制研究[D].哈尔滨工业大学,2008.

[2]潘登.地表水源热泵技术在重庆的应用研究[D].重庆大学,2008.

[3]李军涛.建筑节能技术应用及投资模式研究[D].华北电力大学（北京）,2008.

[4]刘清.地源热泵系统在南京地区的应用研究[D].南京理工大学,2013.