水地源热泵原理

 

水地源热泵原理

1 概述
水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。 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（江、河、湖、海）热泵、土壤源热泵；利用自来水的水源热泵习惯上被称为水环热泵。

2 原理
水源热泵机组地球表面浅层水源（一般在1000 米以内），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵技术的工作原理就是：通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。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，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。

3 技术参数
机型 制冷量(KW) 制热量(KW) 说 明 备注

LSQ05RW 17 21 日立压缩机 五匹

LSQ10RW 32 39 日立压缩机 十匹

LSQ20RW 68 78 谷轮压缩机 二十匹

LSQ25RW 82 95 谷轮压缩机 二十五匹

4 优点
水源热泵与常规空调技术相比，有以下优点：

4.1 高效节能
水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6。

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，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，从而提高机组运行效率。水源热泵消耗1kW.h的电量，用户可以得到4.3～5.0kW.h的热量或5.4～6.2kW.h的冷量。与空气源热泵相比，其运行效率要高出20～60%，运行费用仅为普通中央空调的40～60%。

4.2 可再生能源
水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为热源，利用地球水体自然散热后的低温水作为冷源，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，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
以地表水为冷热源，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 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。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。

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、住宅小区的采暖、供冷。

4.6 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。

4.7 政策支持
国家十分重视可再生能源开发利用工作，《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施；同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的发展应用予以强力推动。

根据国家建设部政策规定，凡采用水源热泵空调技术的建筑物，通过向当地建委申报，可获得政府的政策性支持，减免建筑配套费用140～200元/m2。

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比的优势体现在：

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90%～98%的电能或70%～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地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；由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%～60%。因此，近十几年来，水源热泵空调系统在北美及中、北欧等国家取得了较快的发展，尤其是来，中国的水源热泵市场也日趋活跃，使该项技术得到了相当广泛的应用，成为一种有效的供热和供冷空调技术。

5 应用
从水源热泵的市场应用看，中国南方的深圳，广州到过渡地区的上海，南京直到北方采暖地区的北京，大连等城市的公共建筑（办公楼，商住楼，商场等），而且住宅建筑上得到了广泛的应用.

北京奥运村利用再生水水源热泵空调系统，不需要冷却塔，锅炉房，其能源消耗量是传统电锅炉的1/4，更重要的是，它不会排放任何污染物.

作为建设部第一批（2006年）可再生能源建筑应用示范项目，全国最大规模的水源热泵住宅区，海信地产开发的麦岛金岸投资4亿元人民币，采用了国际先进的海水/污水源热泵，节约了能源，减少了污染.建成后采暖每年可减少燃煤20206余吨，每年减少向大气排放二氧化碳54050余吨.运用海水中央空调，比传统空调系统运行效率高出40%，节省运行费用40%左右.

有业内人士分析，水源热泵技术除了被广泛应用于各类民用建筑，公用建筑，军事建筑等所有需要供冷供暖供应洗浴热水的中央空调系统，还涉及到工业领域中冷冻，冷藏，冷却的工艺系统，成为节能减排的重要技术之一。

6 应用限制
水源热泵的应用限制

象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，更不是万能的。其应用也会受到制约。

⒈可利用的水源条件限制

水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

⒉水层的地理结构的限制

对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

⒊投资的经济性

由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

水源热泵市场状况：

水源热泵主要应用在北方冬季寒冷的地区，而在广阔的南方很少见到身影。主要原因：南方主要以空气源热泵为主，冬天对空调制热的依赖不如北方明显，主要用来洗澡，所以空气源热泵基本能满足需要，并且工程相对简单，造价成本要低。所以这类产品有较大的局限性所以必须要走产品的差异化道路，来做好产品的推广！

7 水源要求
水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。具体说，水源的水量，应当充足够用，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。水源的水温应适度，适合机组运行工况要求。例如，清华同方GHP型水源中央空调系统在制热运行工况时，水源水温应为12—22℃；在制冷运行工况时，水源水温应为18—30℃。水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。

8 水源选择
再生水源是指人工利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，

天然的水源是自然界中的水分布于大气圈、地球表面和地壳岩石中，分别称之为大气水、地表水和地下水。陆地上的地表水和地下水均来自于大气降水。

水源的选择：水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素

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