浅谈蓄能型水源热泵的应用

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　摘要：介绍了水源热泵的工作原理，并从四个方面进行了可行性分析，同时指出了日前存在的问题以及推广应用所应采取的措施。

　　一、概述

　　水源热泵系统是应用地球表面浅层水源如江、河、湖、海水和地下水吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能，通过少量的高位电能输入，经过逆向热力循环，品位热能的一种热力系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，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的接受和发散的相对的均衡。水源热泵系统的基本工作局势在夏季将建筑物种的热量转移到水源中，而冬季通过逆向热力循环，从水源中提取热量。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温度，特别是地下水温度保持常年恒定，是很好的空气冷源和热泵热源。因为水体温度的恒定，使得水源热泵系统运行稳定可靠、不受外界气候变化的影响，高效节能，且不存在空气源热泵冬季除霜的难点问题。因此，水源热泵系统是值得深入研究和积极推广应用的一项以节能和环保，可再生能源利用为特征的先进技术。这项起始于1912年的技术，最近10年在欧美工业发达国家取得了迅速的发展，已成为一项成熟的应用技术。在我国，水源热泵技术的研究在20世纪90年代末已成为工程实践也刮起一股 “水源空调”的热潮。

　　二、工作原理

　　热泵的工作原理是从周围环境中吸收热量而传递给被加热的对象，其工作原理与制冷机相同，按热机的逆循环工作的，所不同的只是工作范围不同，对于热泵来说就是可逆的冷冻循环，正循环时由需要的制冷空间吸热而将其热排弃到空气或水中，称为制冷工况，逆循环时则向外界的空气或水中吸热而传递到需要采暖的房间称为制热工况。

　　（1）制冷工况：制冷时恒温控制器启动离心风机，打开方向阀示制冷方向，此时低温低压的冷媒进入压缩机压缩成高压气体，再经方向阀进入冷媒（水的散热器）而冷凝成液体。冷媒通过毛细管而进入冷媒（空气的蒸发器），蒸发成为低温气体，该气体吸收从风机吹过盘管的空气之热而使温度降低，循环不断往复进行制冷。

　　（2）采暖供热工况：采暖供热时，恒温控制器启动离心风机打开反向阀使其朝向采暖供热方向，此时低温低压冷媒进入压缩机压成高温高压气体，再经反向阀进入冷媒空气叶片盘管的散热器冷凝为液体，次冷媒液由风机吹过盘管的空气释放热能，使其温度身高，冷媒液再经过一个细管而进入冷媒蒸发器，吸收循环水热能而蒸发为低温气体，低温低压的冷媒气体经过反向阀进入压缩机入口成为下一循环的开始往复循环采暖供热。

　　三、可行性分析

　　1.技术可行性分析

　　地下水资源状况分析表明，我国很多地区地下水资源较为丰富。地下水资源根据埋藏深度不同具有不哦它能够的温度变化规律。埋深3～5米具有昼夜变化规律，埋深5～50米具有年变化规律，埋深50米以上的深井地下水水温很少受季节变化影响，常年基本保持不变。我国华北地区深井水的温度为14-18℃，长江中下游地区为19～24℃。与环境温度相比深井水冬温夏凉，对于热泵的高效稳定运行十分有利。我国成功地开发了深井水回灌技术，控制了地面沉降，同时通过采用“冬灌夏用”和“夏灌冬用”技术，进一步提高了深井水温的可利用水平。

　　2.政策的可行性

　　随着我国经济的快速发展，能源短缺及环境问题日趋严重。为实现可持续发展战略，我国制定了一系列能源与环境政策、鼓励开发利用节能环保新技术。而开发利用地下天然的冷热源能够为空调带来节能和环保双重效益，越来越受到人们的重视。据美国环境署的一份有关空调未来发展报告所得出的结论：水源热泵技术将成为降低国家能耗和环境污染的一份主要力量。1997年11月美国能源部和中国科技部签署了中美能源效率及可再生能源合作协议书，分别要在中国北部、中部和南部建立三个综合利用常温地热资源的热泵示范工程，待总结经验后，大规模推广，这就为这一节能环保技术提供了强有力的政策主持。

　　3.经济性分析

　　使用该技术后可以使冷热水蓄存的地下水温度应用品位远高于常规地下水温，可大大提高热泵的供冷供热的性能系数。不仅可降低机组能耗，节省运行费用，而且可减少机组尺寸、降低设备投资。由于大幅度提高了地下水可供经济利用的温差，单井供热供冷能力可提高一倍左右，大大减少了冷热水井的数量，并节省造井投资。给出了与常规系统初投资和运行费的比较，从表中可以看出，在节省运行费和初投资方面具有较为显著优势，具有经济上的可行性。

　　4.节能性分析

　　常规地下水源热泵有效地利用了低品味的地热能，节省了大量的高品位能源，加之地下深井水温冬暖夏凉，大大提高了热泵机组的运行效率，节省效果明显。与电锅炉供热系统相比，可以节省60％以上的电能，与燃料锅炉供热系统相比可节省50％以上的能量，与空气源热泵系统相比较可节省30-40％能量，而该技术实现了热水井冬夏季交互作用，不仅充分利用了低品位的地热能，同时又有效地利用了热泵机组的排放热量，使机组效率进一步提高。

　　四、存在的问题

　　我国地下水源热泵技术的研究和应用尚处于起步阶段，因此还面临一些急待需要解决的问题。

　　1.深井水回灌难以保证。据调查，国内目前已投入使用的地下水源热泵系统的应用工程有相当一部分未能保证深井水100％回灌，其原因有三，一为地下水回灌是一项技术性很强的工作，并不是普通打井队就能承担的；二是为节省回灌井所需一次性投资，不设回灌井；三是如果采用压力回灌，势必增加一定的能耗及运行费，用户不愿设回灌井不采用压力回灌。

　　2.尚未形成技术成熟的地下水源热泵产品。地下水源热泵冷热水机组工况参数的确定以及性能的适用性直接关系到地下水源热泵系统的全年正常运行和能量消耗。但是，由于我国目前还没有标准可循，市场所提供的产品大部分未进行正确、严格的设计计算，也未进行过权威季国的检测，不但额定制冷、供热工况五花八门，而且几乎均未给出全性能参数，特别是水量变化条件下，对制冷或供热量以及输入功率的影响。

　　五、结论

　　1.改进现有深井探测技术，提高成井质量、出水量、回灌量，保证长年运行，进一步完善回灌蓄能技术，保护地下水资源，提高蓄能利用率。

　　2.建立良好的示范工程，及时总结经验，以便更好地推广应用。

　　3.制造厂家应积极开发适合蓄能水源特点的大温差小流量机组，重视产品的性能与运行可靠性，特别是变工况运行的可靠性，以便适用于不同地区用户。

　　4.积极开展机组的性能试验研究，尽快制定国家标准，以规范其技术。 5.国家以及地方政府应尽快制定有关政策和措施，鼓励并支持该技术的发展。