隨著全球性的能源危機，人們的環(huán)保意識在不斷增強，一種低能耗、無污染的供熱、制冷設(shè)備——水源熱泵機組越來越引起人們的重視。1999年12月份《北京晚報》一篇題為《清華同方“革”了傳統(tǒng)供熱制冷的“命”——北京有望告別鍋爐房》的報道之后，全國各大媒體相繼報道和介紹了這項新技術(shù)，那么水源熱泵技術(shù)究竟是怎樣的一種技術(shù)呢？下面我們來詳細介紹一下：
一、水源熱泵的概念及工作原理
水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源（如地下水、江河湖海水）、城市污水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)。
“熱泵”這一術(shù)語是借鑒“水泵”一詞而來。在自然環(huán)境中，水往低處流動，熱向低溫位傳遞。水泵將水從低處泵送到高處利用，而熱泵可將低溫位熱能“泵送”（交換傳遞）到高溫位提供利用，其工作原理是。由電能驅(qū)動壓縮機，使工質(zhì)（如R22）循環(huán)運動反復(fù)發(fā)生物理相變過程，分別在蒸發(fā)器中氣化吸熱，在冷凝器中液化放熱，使熱量不斷交換傳遞，并通過閥門切換使機組實現(xiàn)制熱（或制冷）功能——這就是熱力學(xué)上的“卡諾”循環(huán)原理。
熱泵機組就是利用“卡諾”循環(huán)原理。風(fēng)冷熱泵是將空氣中的低品位熱能轉(zhuǎn)為高品位熱能（我們普通家庭用的冷暖空調(diào)機就是風(fēng)冷熱泵的一種），但在寒冷冬季，當氣溫低于零下7℃時，機組效率極低，無法經(jīng)濟運行。而水源熱泵機組卻不受氣溫限制，既使在零下30℃的嚴冬照樣能高效運行。這是因為它將普通風(fēng)冷熱泵機組所吸收的空氣中熱量改為吸收地下水的熱量。只要在地下鉆大于20米深度的水井，隨時都可以提取零上11℃～14℃的地下水，這些水連續(xù)不斷地按規(guī)定流量送至水源熱泵機組，再由機組內(nèi)的壓縮機工作，迫使工質(zhì)壓縮、蒸發(fā)、吸收這些地下水中的熱量，使其溫度降低7℃，再回灌到地下（取水井和回水井之間應(yīng)有40米以上的間距），在滲流過程中吸收地下土壤中熱量，溫度又升至11～14℃，然后再被抽上使用，如此不斷循環(huán)。機組吸收的熱量再通過工質(zhì)的冷凝而被釋放出來，用以加熱采暖系統(tǒng)水，最高供水溫度可達60℃，正常供回水溫度為50℃/40℃，相當于熱電廠的低真空熱水循環(huán)采暖系統(tǒng)的供熱參數(shù)，而用于冬季空調(diào)供暖則是最佳溫度。夏季制冷時，機組作逆“卡諾”循環(huán)，把建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到地下，使室內(nèi)降溫，達到制冷的目的。
二、水源熱泵機組與傳統(tǒng)供暖、制冷方式比較的優(yōu)勢
1、綠色環(huán)保
地表土壤和水體是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量。水源熱泵就是要利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地?zé)崮?。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源。
用水源熱泵機組供熱不需鍋爐，沒有煤、油、氣等燃燒污染。制冷時，省去了冷卻塔，避免了冷卻塔噪聲及霉菌污染。因此，對城市減輕大氣污染和環(huán)境污染有特殊意義，是一種典型的環(huán)保型技術(shù)。
對于從地下水中采集熱量的水源熱泵系統(tǒng)，地下水經(jīng)過熱泵機組交換熱量后再回灌到地下，因此不會造成地面沉降，也不會消耗寶貴的地下水資源。由于地下水經(jīng)過機組的熱交換器時，只是置換了熱量，地下水水質(zhì)不會發(fā)生任何變化，因此，回灌也不會導(dǎo)致地下水污染。
2、節(jié)能、節(jié)資
水源熱泵機組無論是制冷還制熱，當投入1KW的電能時，就會得到4倍以上的冷量或熱量，也就是說我們得到的能量的75%來自水中，投入的能量只占25%，因此在有效利用常規(guī)能源或說節(jié)約能源方面有著特殊的價值。在初投資和運行費用方面，水源熱泵機組也有較明顯優(yōu)勢，與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)（鍋爐+水冷機組）相比，其投資為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的1/2—2/3，其冬季采暖運行費用是燃煤方式的2/3—4/5，比燃油、燃氣節(jié)約更多。
以北京地區(qū)某住宅建筑為例，對采用不同供熱空調(diào)方式的經(jīng)濟技術(shù)比較如下：
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序號 |
項目
供暖空調(diào)方式 |
每平米造價
（元/ m2） |
熱指標=55w/ m2時每平米運行費（元/ m2） |
熱指標=28w/ m2時每平米運行費（元/ m2） |
備注 |
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1 |
燃煤集中鍋爐房供熱 |
145~177 |
15.38 |
7.69 |
末端為散熱器 |
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2 |
熱電聯(lián)產(chǎn)供熱 |
200~210 |
10.3 |
5.3 |
初投資為掛網(wǎng)費 |
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3 |
分戶燃氣供熱 |
120~150 |
21.3 |
10.97 |
末端為散熱器 |
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4 |
分散燃氣鍋爐房供熱 |
100~105 |
29.6 |
15.27 |
末端為散熱器 |
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5 |
電熱膜供熱 |
160 |
46.6 |
24.1 |
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6 |
同方水源熱泵供熱 |
100~150 |
12.85 |
6.4 |
末端為散熱器 |
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7 |
傳統(tǒng)中央空調(diào) |
300~400 |
35.9（含冬夏） |
27.6（含冬夏） |
含空調(diào)末端 |
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8 |
同方水源中央空調(diào) |
200~300 |
20.3（含冬夏） |
15.5（含冬夏） |
含空調(diào)末端 |
注：以上主要數(shù)據(jù)采自建設(shè)部會同建研院空調(diào)所實測結(jié)果匯總而成
3、節(jié)地、節(jié)水
水源熱泵機組替代鍋爐房以及與之配套的煤及煤渣堆放區(qū)域，讓出了更大的土地面積，而水源熱泵機組本身占地很?。ㄗ畲笮吞栒嫉刂挥?m2）因此，取消鍋爐房可節(jié)約更多寶貴的土地資源。
常規(guī)中央空調(diào)的冷水機組都通過冷卻塔產(chǎn)生冷卻水漂移現(xiàn)象，損失大量的水資源，平均30～50噸/萬平米·臺。使用水源熱泵機組不消耗水資源，是種節(jié)水型空調(diào)設(shè)備。
綜上所述，使用水源熱泵機組來供暖、制冷，不消耗有限的一次能源，也不會污染生存環(huán)境，對降低大氣排放、減小溫室效應(yīng)也有其特殊意義，是種典型的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，有很高的推廣價值。
三、發(fā)展現(xiàn)狀
近十幾年來，尤其是近五年來，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展。在美國，1997年就安裝了45000臺，到目前為止已安裝了400000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長，每年降低溫室氣體排放一百萬噸，相當于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹一百萬英畝，每年節(jié)約能源費用達4.2億美元。在中、北歐，據(jù)1999年統(tǒng)計，在為家庭供熱的裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。同時，中、北歐海水源熱泵應(yīng)用也比較多。
在我國，近幾年清華大學(xué)、天津大學(xué)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)對多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，“清華同方”水源熱泵機組在全國已建成數(shù)十個示范工程，在遼寧省內(nèi)也已有十幾個之多。隨著我國百姓節(jié)能和環(huán)保意識的不斷增強，水源熱泵技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用將有著廣闊的空間，它符合我國政府可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，它將成為21世紀能源利用的最優(yōu)方式之一。
四、同方水源熱泵機組在全國主要地區(qū)的項目布點及運行情況
清華同方在1999 年底正式推出水源熱泵以后，在全國幾個主要地區(qū)設(shè)置幾個試驗項目以考察水源熱泵在不同溫度及地質(zhì)條件下的實際工作情況，下面就各個試驗項目的運行情況分別作一介紹。
華北地區(qū)——空軍豐臺招待所（對外稱鷹翔賓館,旅游局認定三星級賓館）位于北京市豐臺區(qū)，主要負責(zé)空軍系統(tǒng)重要會議的接待工作，和對外接待工作。建筑面積2.5萬M2。該工程原來使用水冷式冷水機組配合風(fēng)機盤管供給建筑面積為1.5萬m2建筑面積的招待所夏季空調(diào)，冬季使用燃煤鍋爐供熱，并通過暖氣片供給約1萬m2的家屬樓和辦公綜合樓的暖氣，同時提供衛(wèi)生熱水。
為治理北京大氣污染，北京市政府要求在北京三環(huán)路之內(nèi)取消燃煤鍋爐房。為了解決這個問題，我公司向他們提出了水源中央空調(diào)的改造方案，選用清華同方水源中央空調(diào)機組提供招待所的空調(diào)冷、熱源以及家屬樓和辦公綜合樓采暖熱源以及衛(wèi)生熱水，全部利用原有的末端設(shè)備。冷熱源改造于2000年下半年采暖季之前完成，并經(jīng)歷整個采暖季運行，運行非常穩(wěn)定，室內(nèi)溫度始終保持在20℃以上，而且節(jié)能效果也非常顯著。
由于燃煤的取消，利用其原來的煤廠、渣廠的位置，空軍招待所擬需一棟8000 m2的辦公樓，其空調(diào)主機的冷、熱源來源在本次改造中也包含了?？哲娬写鶠楸卷椖看?口供水井，井深50，出水溫度為常年15℃左右恒定；回灌井2口，井深28米。
空調(diào)機房現(xiàn)狀：
選用清華同方水源中央空調(diào)機組GHP600型2臺和GHP300型2臺，其中1臺GHP300機組提供衛(wèi)生熱水，其余3臺機組提供招待所的空調(diào)冷、熱源以及家屬樓和辦公綜合樓采暖。
運行費用：
經(jīng)一個采暖季和一個制冷季的實際測算：
機房全部設(shè)備總耗電量約66萬kWh。一個采暖季內(nèi)每平米建筑面積供熱耗電13.6元（注：北京供熱收費一個采暖季內(nèi)26元 平米建筑面積）
夏季制冷季每平米建筑面積耗電7～8元
東北地區(qū)——美國新世紀集團公司
新世紀集團公司沈陽辦事處住宅樓建筑面積約6000m2，選用清華同方水源中央空調(diào)機組GHP300型2臺提供冷、熱源，2臺GHP300型機組采用并聯(lián)形式，共用1口供水井，2口回水井。該工程自投入至今，已運行整個冬季，根據(jù)實測，室內(nèi)溫度22℃～28℃。
山東地區(qū)——勝利油田勝泰大廈
本工程為清華同方與勝利油田中勝實業(yè)集團公司共同在山東東營地區(qū)樹立的樣板工程，用于改造順通大樓和大東海酒店，賓館和辦公樓一體，建筑面積為4000m2，原建筑采用單冷冷水機組＋鍋爐來提供冷暖，因空調(diào)機組老化，用戶在各種改造方案中對清華同方的空調(diào)新產(chǎn)品非常認同，最終經(jīng)雙方多次方案分析與論證，最終進行改造工程的實施。
選用清華同方水源中央空調(diào)機組GHP300型1臺，使用2口結(jié)構(gòu)完全相同的抽、灌兩用井，井深100米，水溫18℃左右。
本工程成為清華同方水源中央空調(diào)機組在山東地區(qū)第一個水源熱泵用戶項目，至今運行效果良好，根據(jù)甲方實際測算每建筑平米運行費用僅為0.08元～0.1元/天。
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