浅谈小型水源热泵在家用中央空调中的应用

【摘要】分析小型水源热泵在家用中央空调中应用的优缺点，提出水源热泵空调系统的适用范围。

【关键词】水源热泵；优缺点；节能；中央空调

1水源热泵空调系统的工作原理

由于石油和煤炭均为不在再生资源，传统的燃油、燃煤中央空调方式将逐步受到制约，因而利用地下水的水源热泵空调将是非常合适的替代中央空调方式。水源热泵空调系统是利用一定温度的水源作为低位热源，消耗电能，将低位热源 “水”中的热量转移到需要加热或升温的地方(如室内采暖系统)；同时还可以将室内或降温过程的余热转移到低位热源 “水”中，达到降温或制冷的目的。机组工作的具体过程：在制冷状态，系统水通过蒸发器被制冷，能量被转移到冷凝器，通过热交换将被利用的热源带到地下、江河、湖泊之中；在制热状态，蒸发器吸收所有热源中的热量，将热量转移到冷凝器，以加热系统循环水，达到制热的目的。

2 小型水源热泵在家用中央空调中的应用前景

目前我国住宅水平正在从满足基本生存需要向舒适性要求的转变。随着人们生活质量的提高，逐渐对生活舒适性要求的提高，形成一种空调新潮流即户式中央空调。在一些发达国家，户式中央空调早已成为一种家庭消费品。在美国、欧洲等家庭中，85%以上的家庭在选购空调时会首选户式中央空调，在日本也超过50%(2]。在我国，户式中央空调正在以其巨大的潜力和应用优势取得突破性发展，并将成为我国21世纪空调产业发展方向之一。水源热泵方式，将是户式中央空调的主要方式之一，其应用有以下优点。

2.1 按需控温，系统管理灵活

用户可根据自己的需求灵活控制室温和风机转速。这种方式特别适合生活要求不同的独立式住宅建筑。水源热泵全部能源由电提供，无任何污染，空调排热全部进人地下用于冬季供暖，不再对小环境造成热污染，不悬挂室外机。由于地下水是全封闭式系统，因此既不消耗任何地下水源，又不会对其造成污染。除此之外，水源热泵系统便于进行热计量，物业公司根据用户的耗电量就可向用户收费，是解决当前采暖、空调收费难的一项重要举措。

2.2 运行设备少，高效节能

水源热泵空调系统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。所需的风管少，并减少了楼层高度，无保温的循环水管系统，减少了材料费用。温度控制可装在空调机中，无需另设控制中心或控制室。

据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵系统，平均来说可以节约用户30；j；～40；j；的供热制冷空调的运行费用。与锅炉房供热系统相比，其节能效果为26名，减少向城市的排热量约为74％。

2.3 分户单独计量

热泵机组体积较小，并可灵活安装在任何地方。随着户式燃气壁挂炉在全国的推广，户式水源热泵机组也得到了应用，同分户采暖一样，户式水源热泵机组可自行控制，由于其主要能耗是“电”，电费按每户电表计量，水费按每户水表计量，计算简单、公平，为物业管理带来方便。

2.4 维护方便，自动化程度高

水源热泵机组的冷热源为地表浅层水源，如江、河、湖、海和地下水等。利用它们所吸收的太阳能和地热能而形成的低位能。地表浅层水源、太阳能和地热能都是可再生资源，而且十分稳定，很容易获得而加以利用。地表浅层水的温度一年四季相对稳定，使得热泵机组运行更可靠、更稳定，保证系统的高效性和经济性。由于系统简单，机组部件较少，因此自动控制程度高，运行简单、稳定，并且维护费用低，使用寿命可超过20年。

2.5 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，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地接受太阳辐射能量)，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热能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

2.6 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、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。

3 小型水源热泵在住宅应用中应考虑的问题

3.1 水源及水质问题

就某项具体工程而言，应从实际情况出发，判断是否具备可利用的水源。不同工程的场地环境和水文地质条件千差万别，可利用的水源各不相同，应因地制宜地选择水源。当有不同水源可供选择时，应通过技术经济分析比较，择优确定。如果水源的水质不适宜水源热泵机组使用时，可以采取相应的技术措施进行水质处理，使其符合机组要求。

3.2 水量的选择

水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素。一项工程所需水量多少由该工程负荷与机组性能确定。如果其他各种条件均具备，但水量略有不足，可采取一定辅助弥补措施解决。如水量不能满足负荷要求，就应考虑其他方案。

3.3 噪音问题

制冷量较大(1OkW以上)的水源热泵空调机组，由于机组内压缩机的功率大，因而噪声较大，在设计安装时要考虑一些降低噪声的措施。

3.4 空气质量问题

利用新风比较麻烦，新风管道必须敷设到安装水源热泵空调机的房间，对于要求较高的房间，如空气净化、加湿等有要求的房间，附加措施就更为复杂。

4 水源热泵在应用中出现的问题

4.1 季节使用因素

从水源热泵的运行过程来看，夏季制冷工况较为良好，而在冬季供热时却普遍存在大流量小温差，热水出水温度低的问题。一方面是由于冬季地下水温偏低引起的；另一方面说明机组的性能还有待提高。为了推广水源热泵的应用，本着节水节能的原则，水源热泵应尽可能使用大温差、小流量技术，并尽量提高冬季的热水出水温度。

4.2 回灌井堵塞问题

回灌井堵塞也是要解决的问题。水中的悬浮物、水中微生物的繁殖、水中化学反应形成的化学沉淀以及水中的气泡等，都会使多孔介质的孔隙发生堵塞。

4.3 地下水开采的问题

地下水源热泵的应用必然引起地下水开采的问题。能否在一个城市或地区大量使用，如何解决取水井和回灌井的水位平衡问题，以及由于回灌井的回流速度问题能否带给周围的建筑物安全及质量上的问题等都需要进一步从理论和实践上加以研究，并根据不同城市、不同地区因地制宜制定相关政策。

5 结束语

我国未来的能源发展战略将是节能和提高能源的有效利用率。水源热泵由于具有高效、节能等优点而成为极具发展潜力的绿色环保技术。要使水源热泵在我国得到较快的推广和发展，政府部门、科研机构和工程技术人员需要共同努力，借鉴国外的成功经验，解决水源热泵在应用中出现的各种问题。

参考文献：

[1]刁小飞张小力等《地源热泵的优越性及前景展望》 《能源研究与信息》 2002.01

[2]朱家玲苗常海《地热水源热泵技术应用市场前景》《地热能》 2003.01

[3]李先瑞郎四维《暖通空调新技术》 《暖通空调》1999.06

[4]孟华 龙惟定《地源热泵技术在暖通空调中的应用》 《节能环保技术》 2003.09

作者简介：

张莉莉（1981-），女，安徽芜湖人，

职称：助理工程师，学历：本科，主要研究方向：暖通空调。