1、浅谈房建工程中水源热泵的应用摘要：随着我国经济持续快速发展，能源越来越能够为制约我国经济可持续发展的瓶颈。建筑能耗占全国能源消耗总量的比例（现状 30%左右）也在逐步提高，新疆等严寒地区城镇建筑能耗已高达当地社会总能耗的一半左右，新疆提出水源热泵技术示范工程。本文将以新疆 2010 年水源热泵技术示范工程为例，阐述房建工程中水源热泵的应用。 关键词：水源热泵；房建工程；经济性 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 0 引言：随着我国经济的迅速发展，能源工业受到了来自经济发展和环境保护两方面的挑战。一方面，为了确保经济的高速发展，能源需求日益增加“现在，我国石油消费 40%靠进
2、口，预计到 2020 年，这个数据将达到 50%，能源瓶颈现象将会很严重。另一方面，我国一直受能源引起的环境问题的影响。根据世界卫生组织的报告，世界上 10 个污染最严重的城市，中国就有 7 个。因此，优化能源结构，开发地热能、太阳能、生物质能和风能，以减少传统能源(煤、石油和天然气)的使用，对能源的可持续发展是十分必要的。 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:锅炉供热只能将 90%一 98%的电能或 70%一 90%的燃料内能转化为供用户使用的热量，传统的空气源热泵的性能系数 COP 一般为 2.5 左右，水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为 10 一 2
3、5，其制冷、供热性能系数 COP 可达 3.5 一 5.0，比传统的空气源热泵高出 40%左右，运行费用仅为普通中央空调的 50%一 60%，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。近年来，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 世纪最有效的制冷、供热空调技术。 1 项目概况 新疆 2010 年水源热泵技术示范工程位于乌鲁木齐市头屯河工业园范围内，地表的形态以洪积、冲积平原为主，地势开阔、平坦。地层为巨厚层的砂卵砾石层，地下水潜水水位埋深为 116
4、米，含水层厚度约114 米，下伏为相对隔水层。单井出水量为 1920 立方米/天，富水性良好。 本工程拟取用的水源为第四系松散岩类孔隙潜水，采灌比采用 1：2，抽水井与回灌井可相互转换，以利于洗井增加使用寿命。 2 系统原理及设计 地源热泵系统（ground-Source heat pump system)是以岩土体或地下水、地表水作为低温热源，由水源热泵机组（Water-Source heat pump unit） 、地能采集系统、室内系统和控制系统组成的冷暖空调系统。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
5、量，由热泵原理通过空气或水作为制冷剂提升温度后送到建筑物中。循环再生，实现对建筑物的供暖和制冷。该示范工程采用地下水能量采集循环，如图 1 所示（过程一、水源段）：地下水采集利用系统。由取水井中的潜水泵把地下水提出来，冬季采暖机组提取井水热量，夏季向井水释放热量，然后自然或加压回灌到回水井中。能量介质转换循环（过程二、主机段）：即水源热泵机组内部的循环系统，冬季机组内的工质在蒸发器中吸取地下水的热量，经过压缩机压缩后，在冷凝器中将热量释放给系统水；夏季机组内工质在蒸发器中吸收系统水的热量，经压缩机压缩后，在冷凝器中将热量释放给地下水。室内能量释放循环（过程三、系统段）：即末端空气处理系统。冬季
6、系统水从机组吸收热量，经空气处理设备把热量释放到空调房间，夏季从空调房间吸收热量释放给机组。 3 项目重点及难点 3.1 管井质量及移砂现象 成井是关键，建议采用钢质井管钻眼、垫筋、缠丝，井管外侧根据砂砾石层的颗粒级配采用合适砾径的砾石填砾的方法来增大井管的孔隙率、增大井的涌水（回灌）量；同时减少含水层中细砂等小颗粒物质进入管井被水流带出。合格的井水中含砂量仅为二十万分之一（体积比） ，而且井水的含砂量是逐渐降低的，过滤器一般为 60 目，直径约 0.3，滤除的仅是 0.3 以上的砂子。10000m2 的建筑，需一眼 80m3/h 左右水量的水井。一年滤出的砂子也就是几千克到十几千克，可见本工
7、程的出砂量很小。 3.2 交叉污染 地下水是分层的，每层水都在流动。只要取水和回灌路径是封闭的，没有污染物进入，在同一层内就没有交叉污染问题。交叉污染一般应指层间交叉污染，尤其应指大部分已被污染的地表水和未被污染的深层水之间的交叉污染。对于目前地源热泵水源井，一般只允许开采浅层水。无论对于单井回灌还是双井回灌，应该说都是安全的。本工程是封闭回灌，所以交叉污染不会造成交叉污染。 3.3 回灌堵塞问题 水系统过滤器，一般用反冲来定期清洗，就能保证长期连续工作而不堵。双井回灌，定期抽灌轮换，实际上也是定期反冲清洗，是长期保持回灌不堵的一个重要方法。在这一点上，单井回灌就很难实现，就不如双井回灌有利。
8、本工程采用双井回灌，有利于长期保持回灌不堵。 4 项目优点 4.1 高效节能 冬季时，以地下水为“热源” ，源源不断的将 14的地下水通过热泵机组的蒸发器提出大约 8以上的热量，使其降至 6再注回地下，水在地下渗流过程中又吸收地下热量，温度又升至 14以上，然后又被提升上来，如此不断循环，机组吸收的热量再被机组的冷凝器释放出来，用以加热供暖的水系统，使供水温度可达 55以上，此温度成为空调供暖（国家标准 45）和地板热供暖（国家标准 40）的最佳温度，从而提高了机组的工作效率，达到了节能、降耗的作用。过渡季节，应用中央空调可以考虑将地下水抽取上来直接作为冷媒输入系统，可以节省大量的能源。水源热
9、泵供暖时，70%的能量来源于土壤，本工程设计 COP 值达 4.1，锅炉仅为 0.6-0.9。根据测试结果与传统采暖技术相比，其总节能在 3070%。 4.2 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，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。 4.3 节水省地 以水为冷热源
10、，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；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。 4.4 环保效益显著 水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，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。 4.5 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
11、套装置或系统。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。其总投资额仅为传统空调系统的 60%，并且安装容易，安装工作量比传统空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。 4.6 运行稳定可靠，维护方便 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，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；采用全电脑控制，自动程度高。由于系统简单、机组部件少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。 5 结论 水源热泵系统技术含量高，是一种高效节能、无污染、低运行成本系统，被称之为二十一世纪的“绿色空调技术” ，是经济合理的建筑供热用能选择，只提取取水水源的热量，不消耗水量、不改变取水水源的水质，有效的保护了水资源。 参考文献： 1赵军,李新国,二十一世纪最有效的供暖空调技术节能环保型地源热泵空调系统,HVACNET,2002 2王芳,地下水源热泵系统的试验与模拟研究:硕士学位论文,西安:西安建筑科技大学,2003
