水源熱泵空調(diào)的工作原理與特點

水源熱泵空調(diào)介紹杭州博音節(jié)能科技有限公司

前言

當(dāng)今社會，環(huán)境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事，如何解決這一問題，已成為全人類的課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運而生，而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調(diào)。中國最早在50年代，就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究，1965年研制成功國內(nèi)第一臺水冷式熱泵空調(diào)機。目前，國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機構(gòu)都在對水源熱泵進行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已建成數(shù)個示范工程。

國內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽富爾達(dá)是比較早的水源熱泵制造廠家，但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機組改造為水源熱泵。中國的水源熱泵的研究和應(yīng)用才剛剛起步，與國外相比，在熱泵機組的優(yōu)化設(shè)計和工程應(yīng)用上還存在較大差距。杭州博音節(jié)能科技有限公司熱泵的發(fā)展和在我國的應(yīng)用

歐洲第一臺熱泵機組是在1938年間制造的。它以河水低溫?zé)嵩矗蚴姓d供熱，輸出的熱水溫度可達(dá)60℃。在冬季采用熱泵作為采暖需要，在夏季也能用來制冷。1973年能源危機的推動，使熱泵的發(fā)展形成了一個高潮。目前，歐洲的熱泵理論與技術(shù)均已高度發(fā)達(dá)，這種“一舉兩得”并且環(huán)保的設(shè)備在法、德、日、美等發(fā)達(dá)國家業(yè)已廣泛使用。

80年代來，我國熱泵在各種場合的應(yīng)用研究有了許多發(fā)展。針對我國地?zé)豳Y源較豐富的情況，若把一次直接利用后或經(jīng)過降溫的地下熱水作為熱泵的低位熱源使用，就可增大使用地下水的溫度差，并提高地?zé)岬睦寐剩@在京津地區(qū)早已有過應(yīng)用實踐。而這種設(shè)備同時對于我國能源使用效率不高、分配不均勻的現(xiàn)狀也提出了一個有效的解決方法。杭州博音節(jié)能科技有限公司演示資料第一節(jié)：水源熱泵技術(shù)概況第二節(jié)：水源熱泵空調(diào)的工作原理第三節(jié)：水源熱泵系統(tǒng)的組成第四節(jié)：水源熱泵空調(diào)的特點第五節(jié)：與其它系統(tǒng)空調(diào)相比的優(yōu)勢

第六節(jié)：水熱泵空調(diào)的推廣阻力

杭州博音節(jié)能科技有限公司第一節(jié)：水源熱泵技術(shù)概況水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。

地球表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太陽進入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。通常水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。杭州博音節(jié)能科技有限公司水源空調(diào)系統(tǒng)的外部資源以江水、湖水作為能源

以江水、湖水/熱交換器作為能源

以地下水作為能源

以地?zé)崴鳛槟茉春贾莶┮艄?jié)能科技有限公司第一節(jié)：水源熱泵技術(shù)概況熱泵的技術(shù)性分析：

1．熱泵機組可以達(dá)到一機兩用的效果，即冬季利用熱泵采暖，夏季進行制冷。既節(jié)約了制冷機組的費用，有節(jié)省了鍋爐房的占地面積。2．如業(yè)主已有地?zé)峋?，則使用熱泵則可大大便于能源的充分并有效地利用。3．用于生活加熱等需要的能源直接依靠電熱造成能源的再浪費，是不可取的，只用熱泵供熱才能有效的利用電能。4．使用熱泵技術(shù)對大氣及環(huán)境無任何污染，而且對能源消耗極低，屬于綠色環(huán)保型裝置，符合目前我國能源、環(huán)保的基本政策，對用戶本身也無形中起到自我宣傳的作用杭州博音節(jié)能科技有限公司第一節(jié)：水源熱泵技術(shù)概況熱泵供熱的經(jīng)濟性分析

熱泵的經(jīng)濟性是由多方面來確定的，它與鍋爐房供熱相比，顯然具有以下特點：1．運行附加費較小，這是因為：（1）熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保管費、排渣運輸費。（2）檢修周期較長，因鍋爐設(shè)備與高溫?zé)煔饨佑|，構(gòu)件極易受損；而熱泵系統(tǒng)只有兩個部件運動，磨損少，平時無需任何檢修。（3）管理人員與勞動強度均可減少，節(jié)省工資開支。2．運行直接費用（電費）一般比燃煤鍋爐大，這是熱泵的主要開支。3．熱泵初投資費用常大于鍋爐房設(shè)備（指單純?yōu)槎竟岫O(shè)）。相同容量的制熱設(shè)備比鍋爐設(shè)備為貴。此外，初投資與裝置規(guī)模，機房土建規(guī)模投資亦有關(guān)。杭州博音節(jié)能科技有限公司第一節(jié)：水源熱泵技術(shù)概況熱泵的能量利用分析：

地下水的能量大，屬于低位熱源，需要通過熱泵提升熱位向生活和生產(chǎn)過程提供有用的熱量。而熱泵擁有大于1的制熱系數(shù)，高于鍋爐供設(shè)備，對能量的利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他方式的采暖方式。

杭州博音節(jié)能科技有限公司第二節(jié)：水源熱泵空調(diào)的工作原理

在制冷模式時，高壓高溫的制冷劑氣體從壓縮機出來后進入水/制冷劑的冷凝器，向水中排放熱量而冷卻成高壓液體，并使水溫升高。到熱膨脹閥進行節(jié)流膨脹成低壓液體后進入蒸發(fā)器蒸發(fā)成低壓蒸汽，同時吸收空氣的（水）的熱量。低壓制冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)不已。此時，制冷環(huán)境需要的冷凍水在蒸發(fā)器中獲得。在供熱模式時，高壓高溫制冷劑氣體從壓縮機壓出后進入冷凝器同時排放熱量而冷卻成高壓液體，到熱膨脹閥進行節(jié)流膨脹成低壓液體進入蒸發(fā)器器蒸發(fā)成低壓蒸汽，蒸發(fā)過程中吸收水中的熱量將水冷卻。低壓制冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高壓氣體，如此循環(huán)不已。此時，供熱環(huán)境需要的熱水在冷凝器中獲得。熱泵系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、節(jié)資、冷暖兩用、運行靈活且無污染的新型中央空調(diào)系統(tǒng)。它利用空氣、地表水、地下水、工業(yè)廢水及地下常溫土壤資源，借助壓縮機系統(tǒng)，完成制冷（制熱）。它無須任何人工資源，徹底取代了鍋爐或市政管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。它不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣，使人們遠(yuǎn)離粉塵、廢氣和霉菌，是一種理想“綠色技術(shù)”。

杭州博音節(jié)能科技有限公司第二節(jié)：水源熱泵空調(diào)的工作原理

杭州博音節(jié)能科技有限公司第二節(jié)：總結(jié)

目前我國利用較多的是水源熱泵，就是以地下水作為冷熱"源體"，在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑物供暖，在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放、實現(xiàn)對建筑物供冷。傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)需要很多輔助系統(tǒng)或設(shè)備來完成一個完整的暖通空調(diào)功能，如冷卻塔。而水源熱泵系統(tǒng)只是通過與地下水的熱交換來完成制冷或制熱的效果。只應(yīng)用一個硬件系統(tǒng)，通過在不同季節(jié)進行冷凝器和蒸發(fā)器的轉(zhuǎn)換，就可以完成制冷與制熱功能的轉(zhuǎn)換。杭州博音節(jié)能科技有限公司第三節(jié)：水源熱泵系統(tǒng)的組成水源中央空調(diào)系統(tǒng)的是由末端（室內(nèi)空氣處理末端等）系統(tǒng)，水源中央空調(diào)主機（又稱為水源熱泵）系統(tǒng)和水源水系統(tǒng)三部分組成。為用戶供熱時，水源中央空調(diào)系統(tǒng)從水源中中提取低品位熱能，通過電能驅(qū)動的水源中央空調(diào)主機（熱泵）"泵"送到高溫?zé)嵩?，以滿足用戶供熱需求。為用戶供冷時，水源中央空調(diào)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源中央空調(diào)主機（制冷）轉(zhuǎn)移到水源中，以滿足用戶制冷需求。杭州博音節(jié)能科技有限公司第三節(jié)：水源熱泵系統(tǒng)的組成1.系統(tǒng)原理圖：制熱工況為例，系統(tǒng)原理見下圖：

杭州博音節(jié)能科技有限公司第三節(jié)：水源熱泵系統(tǒng)的組成2.用戶（室內(nèi)末端等）系統(tǒng)由用戶側(cè)水管系統(tǒng)，循環(huán)水泵，水過濾器，靜電水處理儀，各種末端空氣處理設(shè)備，膨脹定壓設(shè)備及相關(guān)閥門配件組成。3.水源中央空調(diào)主機系統(tǒng)由壓縮機，蒸發(fā)器，冷凝器，膨脹閥，各種制冷管道配件和電器控制系統(tǒng)等組成。4.水源水系統(tǒng)由水源取水裝置，取水泵，水處理設(shè)備，輸水管網(wǎng)和閥門配件等組成。5.制冷工況可通過閥門切換來實現(xiàn)，即使水源水進冷凝器，蒸發(fā)器的冷凍循環(huán)水接用戶系統(tǒng)。（反之則為制熱工況）杭州博音節(jié)能科技有限公司第四節(jié)：水源熱泵空調(diào)的特點水源熱泵機組以水為載體，冬季采集來自湖水、河水、地下水及地?zé)嵛菜?，甚至工業(yè)廢水、污水的低品位熱能，借助熱泵系統(tǒng)，通過消耗部分電能，將所取得的能量供給室內(nèi)取暖；在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達(dá)到夏季空調(diào)的目的。該機組具有設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、選擇優(yōu)良、操作簡便、安全可靠等優(yōu)點。由于水源熱泵技術(shù)利用地表水作為空調(diào)機組的制冷制熱的源，所以其具有以下優(yōu)點：杭州博音節(jié)能科技有限公司第四節(jié)：水源熱泵空調(diào)的特點

（1）環(huán)保效益顯著

水源熱泵是利用了地表水作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。供熱時省去了燃煤、燃?xì)?、然油等鍋爐房系統(tǒng)，，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產(chǎn)生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環(huán)境更優(yōu)美。（2）高效節(jié)能

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40％的供熱制冷空調(diào)的運行費用。杭州博音節(jié)能科技有限公司第四節(jié)：水源熱泵空調(diào)的特點（3）運行穩(wěn)定可靠

水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。（4）一機多用，應(yīng)用范圍廣

水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。（5）自動運行

水源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長可達(dá)到15年以上。杭州博音節(jié)能科技有限公司

第四節(jié)：水源熱泵空調(diào)的特點

當(dāng)然，水源熱泵也不是十全十美的，其應(yīng)用也會受到制約。

⑴可利用的水源條件限制

水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當(dāng)大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。

⑵水層的地理結(jié)構(gòu)的限制

對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確保可以在經(jīng)濟條件下打井找到合適的水源，同時還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。

⑶投資的經(jīng)濟性

由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟性會有所不同。

杭州博音節(jié)能科技有限公司第五節(jié)：與其它系統(tǒng)空調(diào)的比較杭州博音節(jié)能科技有限公司

清華同方水源熱泵的技術(shù)特點

清華同方開發(fā)的水源熱泵機組是針對大中型的建筑開發(fā)的可以實現(xiàn)模塊組合的水-水熱泵機組?？梢岳玫叵滤鸵约敖雍吹乃匆约暗?zé)嵛菜?。對不同的水源，可以通過是否加裝中間換熱器來構(gòu)成閉式或開式系統(tǒng)。機組在工作時的冷熱切換，通過對水系統(tǒng)的管路的切換而實現(xiàn)，氟系統(tǒng)保持穩(wěn)定不變。

清華同方的水源在產(chǎn)品的設(shè)計時，采用的技術(shù)路線是：選用R22做制冷劑，采用成熟的熱泵技術(shù)，考慮中國的實際國情，重點放在高出水溫度和寬使用溫度的實現(xiàn)上，選擇并確定壓縮機工作點和工作范圍，本著節(jié)水節(jié)能的思想，設(shè)計大溫差的分段水換熱器。氟系統(tǒng)的設(shè)計采用分系統(tǒng)完全獨立的模塊化思想，系統(tǒng)部件數(shù)量少而品質(zhì)精良。控制系統(tǒng)充分考慮多系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一控制，并設(shè)置多種的安全保護，同時考慮水系統(tǒng)的水泵控制和遠(yuǎn)程的操作。

清華同方的水源熱泵機組除了具有傳統(tǒng)的水源熱泵的所有的特點以外，作為針對中國國情設(shè)計的系統(tǒng)，其值得注意的特點有：杭州博音節(jié)能科技有限公司清華同方水源熱泵的技術(shù)特點1．供熱出水溫度高

我們提供的水源熱泵在標(biāo)準(zhǔn)的工況下，可以保證出水溫度穩(wěn)定在52℃，在測試和用戶實際使用中，曾做過56℃的運行實驗。提供高的出水溫度，可以提高效率，減小室內(nèi)側(cè)設(shè)備的選型容量，并保證室內(nèi)的熱舒適性。2.水源側(cè)進出水溫差大，節(jié)約水資源

在機組工作時，水源側(cè)在冬季的進出水溫差為7℃，而夏季的進出水溫差為10℃。區(qū)別于℃?zhèn)鹘y(tǒng)的5℃的溫差設(shè)計，可以省水20%-50%，并相應(yīng)地減少了取水（如打井和水泵運行）的費用。該思想彥啟森先生曾在1997年的《我國制冷空調(diào)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景》中論證過。3．系統(tǒng)優(yōu)化簡潔，部件精良可靠

通過對系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和獨立模塊的組合，最終的機組系統(tǒng)相當(dāng)?shù)暮唵慰煽?，但制冷部件選擇均為行業(yè)中品質(zhì)精良的品牌，保證機組可靠運行。4．機組容量大，適用范圍廣

機組設(shè)計的單機最小的容量為150KW的熱量，可以采用開式系統(tǒng)或閉式系統(tǒng)，可以通過打井回灌利用地下水，也可以增加中間換熱器利用河水湖水甚至海水。甚至可以利用地?zé)岬奈菜?．運行簡單、寧靜

由于采用的智能自動控制，機組的運行相當(dāng)簡單，由于采用了高效的防護消聲措施，機組的運行噪音不再難以接受。杭州博音節(jié)能科技有限公司清華同方水源熱泵的技術(shù)特點

一種高效、節(jié)能、節(jié)水、冷暖兩用且無污染的空調(diào)系統(tǒng)

一種很可能替代燃煤鍋爐和冷卻塔的空調(diào)系統(tǒng)

新世紀(jì)能源利用的最優(yōu)方式之一

環(huán)保

供熱時省去了鍋爐房系統(tǒng)，沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪音及霉菌污染，使環(huán)境更加潔凈優(yōu)美。

省地

省去了鍋爐房以及與之配套的煤場和碴場，節(jié)約了土地資源。節(jié)能

冬季，投入１ＫＷ電能，可得到４ＫＷ左右的熱能，夏季，投入１ＫＷ電能，可得到４ＫＷ以上的冷量，能源利用效率為電采暖方式的３－４倍以上。

節(jié)水

以水為源體，吸收或向其釋放熱量，從而達(dá)到制冷或供暖的作用，既不消耗水資源，也不會對其造成污染。

節(jié)資

通過一套系統(tǒng)來實現(xiàn)供冷和供熱，一次性投資只是傳統(tǒng)制冷制熱投資的1/2－2/3；節(jié)省運行費用，冬季只有傳統(tǒng)方式的2/3；夏季只有傳統(tǒng)方式的2/3。

杭州博音節(jié)能科技有限公司目前中國水源熱泵推廣應(yīng)用中存在的問題

水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術(shù)的角度，尤其是熱泵機組的角度上看應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)成熟、沒有問題的。但考慮到中國的國情，以及將水源熱泵制冷供暖作為一個整體的系統(tǒng)來推廣應(yīng)用時，還是存在一些問題：1.水源的使用政策

我國目前為了保護有限的水資源，制訂了《中華人民共和國水法》，各個城市也紛紛制訂了自己的《城市用水管理條理》。這些政策均強調(diào)用水審批，用水收費。而審批的標(biāo)準(zhǔn)中對類似水源熱泵技術(shù)的要求沒有規(guī)定，所以水源熱泵很容易被用水指標(biāo)所限制。即使通過了用水