水源热泵与建筑节能

【摘要】本文主要围绕着水源热泵和建筑节能展开分析，讨论了水源热泵中建筑节能的应用问题，并针对具体的实例分析了水源热泵应用在建筑节能中的应用效果。

【关键词】水源热泵；建筑；节能

中图分类号：TU198文献标识码： A

一、前言

水源热泵系统具有很好的功效，具有良好的节能效果，因此，分析水源热泵和建筑节能的相关性非常有必要，可以有效的提升建筑节能的效果，因此，可以考虑在建筑节能中广泛使用水源热泵。

二、水源热泵的概念

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。地球本身就是一个庞大的热量源，水源热泵技术，就是利用水与地能冷热交换作为冷热源，冬季把地能中的热量“抽”出来，供给室内采暖；夏季把室内热量“取”出来，“放”到地下水、土壤或地表水中。

水源热泵可分为地源热泵和水环热泵。地源热泵包括地下水热泵、地表水热泵、土壤源热泵；利用自来水的被称为水环热泵。水源热泵利用地下浅层地热资源，既可供热又可制冷，是高效节能的空调系统。

水源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水水式或水空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

三、某地区水源热泵工程应用分析

1、项目概况

某公司（北方）新建综合办公楼水源热泵项目，选择与项目建筑面积相匹配的水源热泵系统设备，从最优化的角度分析该系统运行，对热泵机组、水泵、风机盘管等主要设备的参数进行优化，尤其是优化其控制系统，使热泵主机能够根据建筑物的冷热负荷自动调节循环泵、潜水泵的流量，达到运行时高效节能的目的。

2、水源热泵机组选型

一般供热空调系统能耗约占整个建筑总能耗的50%左右，在建筑能耗中占有很大比重。而供热空调系统设计参数都是以最不利工况为设计标准，因此，系统在大部分时间里都是在部分负荷下运行。目前大多数大型空调系统水系统均为定流量系统，水泵始终按照设计负荷全速运行 ，因此冷水机组和水泵容量往往远远大于实际需要，空调系统的运行费用居高不下，成为建筑管理中的沉重负担。将变频节能原理应用于热泵供热空调系统，根据热负荷变化对水系统进行变流量节能控制，是一种有效的节能手段 。

3、技术创新点

（一）热泵机组制冷量、制热量根据外界负荷情况进行自动调节，并联动调节潜水泵及循环泵的流量。

（二）井水的水量和回灌量是决定项目成败的关键，采用独特的空压机活塞联合洗井、增加滤水管的长度等技术创新。

表1 技术指标

4、应用效果及节能经济评价

（一）计算依据

供暖热指标为80W/；空调冷指标为70W/；电费为0.367元/度（优惠电价加权平均）。

（二）设备选型

水源热泵机组冬季3396Kw ；输入功率714 Kw；夏季3096Kw ；输入功率540Kw；循环泵功率为60kw；潜水泵功率预计90kw；以上数据根据实际负荷修正。

（三）运行费用计算

（1）冬季运行五个月，夏季三个月。负荷平均系数0.65；运行时间系数：冬季0.8，夏季0.6。则冬季满负荷供暖16小时：

满负荷供暖小时（满负荷）： 30×16×5×0.65×0.8=1248小时

水源热泵机组费用：1248×714×0.367=32.7万元

潜水泵运行费用：1248×90×0.367=4.12万元

循环水泵运行费用：3600×60×0.367=7.99万元

冬季运行费用：32.7+4.12+7.99=44.81万元

合计为：2.12元/平米*月

冬季运转潜水泵随主机起停，循环泵在采暖期24小时运行。

（2）夏季满负荷供冷12小时：

供冷小时（满负荷）：30×12×3×0.65×0.6=421小时

水源热泵机组费用： 421×540×0.367=8.18万元

潜水泵运行费用： 421×90×0.367=1.36万元

循环水泵运行费用： 1080×60×0.367=2.38万元

夏季运行费用： 8.18+1.36+2.38=11.92万元

合计为：0.94元/平米*月

夏季运转潜水泵随主机起停，循环泵在制冷季节12小时运行。

（四）运行费用比较如下表：

表2运行费用比较

（五）社会效益评估

（1）清洁能源，有利于提高环境质量。

地表浅层水体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。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得水源热泵利用的地能成为清洁的可再生能源的一种形式。

（2）技术含量高，运行风险小。

水源热泵技术属高效节能技术、运行费用低。浅层地下水温一年四季相对稳定，冬季水体温度远高于室外环境空气温度，夏季水体温度远低于室外环境空气温度，浅层地下水是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得水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。而且，地下水体温度一年四季相对稳定，受气候变化影响小，其波动范围远小于空气温度的波动，这就使得即使在室外气候环境恶劣的情况下，地下水源热泵系统仍可以保持良好的工作性能，系统运行稳定可靠，自动化程度高，运行维护费用低。

（3）一机多用，高效实用。

水源热泵系统可以实现冬季供热和夏季供冷两种运行模式，并且四季皆可产生热水。一套系统可以代替原来的锅炉和制冷机两套装置，系统简单，没有冷却塔和其它室外设备。所以，就没有其它冷热源设备集中占地问题，既减少初投资，又节省了建筑面积和地皮，从而改善了环境形象，保持建筑外部美观。

四、在水源热泵技术应用的过程中要注意的问题

1、必须要考虑水源回灌的问题

在水源热泵系统工作的过程中不仅要重视其抽水的情况，还要注意水源回灌的情况。在水源回灌的过程中，除了要考虑回灌的水源的质量、温度、以及水量等基本问题外，还要考虑进行水源回灌时对地下水所造成的影响，要考虑回灌是否会破坏地下水水位的相对平衡，还要考虑是否会造成地面开裂或者沉降的现象。

2、冬天供热的温差小、流量大的问题

在目前的水源热泵系统运作过程中，其夏天的供冷功能已经是比较完善的，但是其冬天供热的功能还存在温差小、流量大的问题和水温比较低的问题。之所以会出现这样的问题，主要是因为冬天的地下水的温度比较低和水源热泵机组的性能还不够完善这两方面导致的。而这些问题如果不能得到改善，那必然会影响到水源热泵系统的推广。所以现阶段必须要加大研究力度，使水源热泵系统朝着温差大、流量小，出水温度高的方面发展。

3、对地下水的水质进行处理

水源热泵系统在运行的过程中出现问题大多数时因为对地下水的水质处理不够完善。对地下水的水质不合格处理，一般可以采用板式换热器将热泵机组与水源隔离分开，或者在系统中安装净水过滤器，还可以在系统中安装除砂器和沉淀池，使之符合水源热泵系统的安装需求。

五、水源热泵的应用前景分析

近年来，水源热泵已成为华北及中原地区空调系统节能技术的应用热点，并取得了良好的运行效果。随着能源和环境问题日益受到全球重视，水源热泵系统在改善人居环境，科学利用能源等方面均具有重要的作用和意义。技术人员应认识到这一发展趋势，从可持续发展的角度出发，提高城市水源探测与地下水回灌的技术水平，并对整个节能工程进行系统、全面的优化设计，使水源热泵技术的应用真正成熟起来，最终成为我国城市建筑节能发展的主流。

六、结束语

综上所述，建筑节能中应用水源热泵技术效果显著，因此，今后要更加深入的研究水源热泵技术的技术要点，将其更好的应用到建筑节能中，提升建筑节能的效果。

【参考文献】

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[3]李阳域.谈水源热泵技术的发展情况[J].民营科技，2011

[4]李汉炎,张启.地热能利用回顾与展望[J].建筑设计.2012.