1、水源热泵可研性报告2012 年 01 月 12 日 星期四 一、 前言 进入二十一世纪，能源紧缺已经成为各国经济发展的世界性难题。随着经济的持续发展，人们生活水平的不断提高，对空调的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求，现介绍近年来在空调领域兴起的水源热泵空调系统。水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活废水，又可用取之不尽的海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制 热，是一种高效建筑节能技术。 当今社会环境污染和能源危机严重地威胁着人类地生存与
2、发展，如何理解这一问题已成为全人类的头等课题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵可采用多种形式的冷热源，如利用地球表面（土壤）或浅层水源（如地下浅层水、河水、湖泊和海水等），或者人工再生水源（工业废水、 废气等），既可供热又可制冷的高效节能空调系统。二、 发展近况 国外水源热泵的历史可以追溯到 1912 年瑞士的一个专利，而真正意义的商业应用也只有近几十年的历史。如美国，到目前为止已安装了 40 万台，每年以 10%的
3、速度稳步增长，年节约能源费用达 4.2 亿美元。 美国的水源热泵主要采用盘管深埋技术，与美国不同，中、北欧如瑞典、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，采用地下土壤埋盘管，用于室内地板辐射供热装置中。 我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。在辽宁地区目前已经有数十个示范工程。越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。三、 系统组成及工作原理 水 源 热 泵 是 一 种 利 用 地 下 浅 层 地 热 资 源 （也 称 地 能 ，包 括 地 下 水 、土 壤 或 地 表 水 等 ）的 既 可 供 热 又
4、 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 转 移 。地 能 分 别 在 冬 季 作 为 热 泵 供 暖 的 热 源 和 夏 季 空 调 的冷 源 ，即 在 冬 季 ，把 地 能 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 地 能 中 去 。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 。根 据 热 泵
5、 的 热 源 介 质 来 分 ，热 泵 可 分 为 空 气 源 热 泵 和 水 源 热 泵，而 水 源 热 泵 又 分 为 水 环 热 泵 和 地 源 热 泵 。水 环 热 泵 是 充 分 利 用室 内 余 热 的 一 种 热 泵 ，冬 季 当 室 内 余 热 不 足 时 ，可 利 用 锅 炉 进 行加 热 ；夏 季 当 室 内 余 热 过 多 时 ，可 利 用 冷 却 塔 进 行 排 热 。地 源 热 泵在 国 内 的 应 用 刚 刚 起 步 ，有 关 地 源 热 泵 的 术 语 很 多 ，也 很 不 规 范 ，为 了 避 免 混 淆 ，现 统 一 采 用 ASHRAE1997 年 规 定
6、的 标 准 术 语 ，即地 源 热 泵 (Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地 源 热 泵 是 一 个广 义 的 术 语 ，它 包 括 以 地 下 水 、地 表 水 和 土 壤 作 为 热 源 和 热 汇 的热 泵 系 统 。以 土 壤 为 热 源 和 热 汇 的 热 泵 系 统 称 之 为 土 壤 源 热 泵 (Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以 地 下 水 为 热 源 和 热 汇 的 热泵 系 统 称 之 为 地 下 水 源 热 泵 (Ground-Water Heat Pump, GWHP)；以 地 表 水 为 热 源 和 热
7、汇 的 热 泵 系 统 称 之 为 地 表 水 源 热 泵 (Surface Water Heat Pump, SWHP)。工 作 原 理作 为 自 然 现 象 ，热 量 总 是 从 高 温 端 流 向 低 温 端 。但 如 同 水 泵 把水 从 低 处 提 升 到 高 处 那 样 ，人 们 可 以 用 热 泵 技 术 把 热 量 从 低 温 端抽 吸 到 高 温 端 。所 以 热 泵 实 质 上 是 一 种 热 量 提 升 装 置 ，它 本 身 消耗 一 部 分 能 量 ，把 环 境 介 质 中 储 存 的 能 量 加 以 挖 掘 ，提 高 温 位 进行 利 用 ，而 整 个 热 泵 装 置
8、 所 消 耗 的 功 仅 为 供 热 量 的 三 分 之 一 或 更低 ，这 就 是 热 泵 节 能 的 关 键 所 在 。水 源 热 泵 机 组 工 作 原 理 就 是 利用 地 球 表 面 浅 层 地 热 能 如 土 壤 、地 下 水 或 地 表 水 （江 、河 、海 、湖或 浅 水 池 ）中 吸 收 的 太 阳 能 和 地 热 能 而 形 成 的 低 位 热 能 资 源 ，采用 热 泵 原 理 ，通 过 少 量 的 高 位 电 能 输 入 ，在 夏 季 利 用 制 冷 剂 蒸 发将 空 调 空 间 中 的 热 量 取 出 ，放 热 给 封 闭 环 流 中 的 水 ，由 于 水 源 温度
9、低 ，所 以 可 以 高 效 地 带 走 热 量 ；而 冬 季 ，利 用 制 冷 剂 蒸 发 吸 收 封闭 环 流 中 水 的 热 量 ，通 过 空 气 或 水 作 为 载 冷 剂 提 升 温 度 后 在 冷 凝器 中 放 热 给 空 调 空 间 。水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。 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。为
10、用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位 热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）“泵“送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。图 1 是水源热泵制冷工况的原理图。制热工况的原理与制冷工况类似，只不过是热泵机组的循环方向相反、相应换热器的功能互换。 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：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循
11、环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。水源热泵机组工作的原理示图如下：大功率水源热泵工作原理根据卡诺循环原理，利用湖水、河水、地下水、及工业用冷却水资源，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，不断将水中大量的低品位热能取出来变成少量的高品位热能，供给室内的采暖和空调系统。夏季机组水系统反向运行，把室内的余热取出来，在释放到地下土壤或水中，以达到空调降温的目的。大功率污水源热泵工作原理城市污水集中供热（冷）系统是依据国家专利技术，由大功率无燃料污水源热泵机组及热力管网组成。其特点是高效节能、环保、经济。 城市污水集中供热机组的工作原理：利用污水处理厂二沉池的水资源，借助专用污水
12、源热泵机组系统，通过消耗少量的（25% ）电能，在冬季，不断将污水中大量的低品位热能取出来，变成高品位的热能，通过热力管网供给建筑物的采暖和空调系统。夏季，把室内的热量取出来，再释放到水中，以达到空调制冷的目的。该系统广泛应用于建筑物的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。是一种可以在污水处理行业推广的创新技术。地源热泵工作原理地源热泵空调系统是真正意义上的绿色环保中央空调系统，它通过充分利用蕴藏于地球土壤中或江河湖海中的巨大能量来实现对建筑物的供热和制冷。地源热泵空调系统是目前可以利用的对环境最友好和最有效的供冷、供热空调系统，它比空气热泵空调系统节能 40%以上
13、，比电采暖节能 70%以上，比燃气锅炉效率提高 48%以上，而所需的制冷剂比普通热泵空调减少 50%，地源热泵空 调系统中 70%的能量从大地中获得的可再生能源。大功率高温型水源热泵机组工作原理新型高温机组以 3040的地热尾水、工业和油田热废水为热源，经过转换，为工业和居民生活提供 6580的热水。经测定，这种机组运行稳定，性能系数高，机组的诞生意义重大：一是利用较低温度地热等热能供暖供热，可以取消或代替燃煤锅炉，是集中供暖供热的新的更有效的途径；二是供暖供热过程无粉尘及有害气体产生，有效地保护了城市大气环境；三是扩大地热利用的温度范围并提高地热能源的利用率，既节约了能源又减少了对环境的热污
14、染。大功率海水型水源热泵机组工作原理它是利用热泵提取海水中的热能，来满足人们的制冷供热的一种中央空调机组。具有节能、环保优势。 热泵中的压缩机组运转所使用的电能仅相当于不足四分之一的空调电能，整个供热过程还不会对空气、水源造成任何污染，完全是一种真正的绿色能源。因此，通过海水源热泵供热后，锅炉房、大烟囱这些笨重难看又严重污染空气的大家伙将全部“下岗 ”。同 时，与煤炭、油料相比，海水源热泵技术使用的能源是海水中的热能，而这种由太阳热能形成的能源不仅是免费和无污染的，也是可不断再生的。水源热泵螺杆机组制冷量范围从 150kW 到 3242kW，规格多，型号全，加之各种选件可满足不同用户之需求。水
15、水螺杆式水源热泵机组现已成为非常成熟的中央空调主机，制冷效率高,故障率低，维护操作简单方便。机组外形结构紧凑，占地面积小，运行稳定，运行噪声低，耗能省，运行成本低，具有世界领先的水平。其制冷工质可使用符合环保协议的混合工质，也可采用全无氟的绿色环保工质，绝不造成污染。世界名牌 压缩机优质半封闭双螺杆式压缩机，轴封泄漏的可能性为零。采用双轴旋转排气设计，并使用最新开发的第四代型线，优化的圆周速度，优良的齿型设计使机组具有更高的压缩效率。电机腔与压缩腔一体铸造，精度更高。双层压力补偿转子壳体，极其坚固，即使在高压状态也无膨胀，同时有效降低了机组的噪音。进口高效耐氟电机效率高省能源，可靠性高。双轴向
16、轴承,坚固耐用，通过舌形密封环隔离轴承腔压力，轴向轴承腔压力较低。电机热保护绕阻 PTC 控制保障 电机的安全运转。优化的油路设计，压缩机内置专利三级油分离器，长寿命 m级精细过滤器。封闭低压轴承室，极大提高轴承的润滑环境，减压后的轴承腔，确保溶在油里的制冷剂最少，因而油的粘度较高，相对普通设计， 轴承室内油粘性提高将近一倍。采用压差供油方式，省去油冷却器、油泵等复杂的油路系统，易于维修保养。电机直接驱动，运转部件和易损件少，机械效率高。可选无级滑阀控制带 Vi 补偿功能。高效节 能现如今更多的螺杆式压缩机的生产偏重于低的初投资而不是低的运行费用，由此而导致了机组换热器性能的下降和实际能效比的降低。幸运的是对于那些被浪费的能量，水源热泵机组有自己的解决办法。因为水源热泵机组的研发从一开始就更关注节能的要求，在每个细节上确保机组达到最佳的性能。完全符合标准的规定。本工程水源热泵机组冷凝器和蒸发器均为壳管式换热器，采用新型高效型换热器结构，考虑到水源工况为节约地下水的开采，采用大温差小流量的设计原则。热交换器采用最先进的高效换热铜管束，独
