水源热泵工作原理及特点

1、热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置。通常用于热泵装置的低温热源改是我们周围的介质一一空气、河水、海水，或者是从工业生产设备中排出助工质，这些工质常与周围介质具有相接近的温度。热泵装置的工作原理与压缩式制冷机是一致的；在小型空调器中，为了充分发挥它的效能，在夏季空调降温或在冬季取暖，都是使用同一套设备来完成的。在冬季取暖时，将空温器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作，见图217。热泵工作原理图1由图217中可看出，在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀进入冷凝器，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经节流装置进入蒸发器，并在蒸发器中吸热，将室内空气

2、冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经换向阀后被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高压制冷剂蒸汽，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用，制冷剂蒸汽冷凝时放出的潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用，吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气（或循环水中的热量泵”入温度较高的室内，故称为热泵”。上海冰箱厂生产的CKT-3A型窗式空调器，就是一种热泵式空调器。在图217的热泵循环中，从低温热源（室外空气或循环水，其温度均高于蒸发温度to

3、中取得Q。kcal/h的热量，消耗了机械功ALkcal/h,而向高温热源（室内取暖系统供应了Qlkcal/h的热量，这些热量之间的关系是符合热力学第一定律的，即Q1=Q0十ALkcal/h如果不用热泵装置，而用机械功所转变成的热量（或用电能直接加热高温热源，则所得的热量为ALkcal/h,而用热泵装置后，高温热源（取暖系统多获得了热量：Q1AL=Q0,kcal/h此一热量是从低温热源取得的，如果不用热泵装置，就无法取得这一热量。故用热泵装置旨可节省燃料，又可利用余热。热泵的工作循环与热机的工作循环正好相反，热机是利用高温热源的能量来产生机械功的，而热泵是靠消耗机械功将低温热源的热量转移到高温物

4、体中去。若热泵与热机具有两个相同的热源温度，则热机循环的热效率ri=AlXQ1;热机循环的能量指标-热量转换系数小=Q/AL,故小=/刀。刀值总是小于1的，故小值是大于1的。若制冷机与热泵具有两个相同的热源温度，则它们之间的关系为：（|）=Q"AL=Q0+AL/AL=e+1,e是制冷机的制冷系数。由此可看出，热量转换系数的最小值是吁=1,在此极限情况下Q。=0,即没有从低温热源吸取热量。作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温区流向低温区。但人们可以创造机器，如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装

5、置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体），其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样。热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。余热利用的强力工

6、具-热泵水从高处流向低处，热由高温物全传递到低温物体，这是自然规律。然而，在现实生活中，为了农业灌溉、生活用水等的需要，人们利用水泵将水从低处送到高处。同样，在能源日益紧张的今天，为了回收通常排到大气中的低温热气、排到河川中的低温热水等中的热量，热泵被用来将低温物体中的热能传送高温物体中，然后高温物体来加热水或采暖，使热量得到充分利用。热泵蒸发流程图热泵的工作原理和家用空调、电冰箱等的工作原理基本相同，通过流动媒体（以前一般为氟利昂，现在由替代氟利昂所代替在蒸发器、压缩机，冷凝器和膨胀阀等部品中的气相变化（沸腾和凝结的循环来将低温物体的热量传递到高温物体中去。？具体工作过程如下：过热液体媒体在

7、蒸发器内吸收低温物体的热量，蒸发成气体媒体。蒸发器出来的气体媒体经过液压缩机的压缩，变为高温高压的气体媒体。高温高压的气体媒体在冷凝器中将热能释放给给高温物体、同时自身变为高压液体媒体。高压液体媒体在膨胀阀中减压，再变为过热液体媒体，进入蒸发器，循环最初的过程。热泵的性能一般用制冷系数（COP来评价。制冷系数的定义为由低温物体传到高温牧体的热量与所需的动力之比。通常热泵的制冷系数为3-4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。现在欧美日都在竞相开发新型的热泵。据报导新型的热泵的制冷系数可6到8。如果这一数值能够得到普及的话，这意味着能源将得到更有效的利用

8、。热泵的普及率也将得到惊人的提高。由于氟利昂对地球大气臭氧有破坏作用，为了保护地球的生态环境，除了提高热泵的成现系数，有效利用能源以外，各国科学还致力于新型冷媒的开发。目前已有替代氟利昂的冷媒得到应用。热泵热水系统包括热泵主机和换热储水箱两部分。热泵主机部分包括风冷式蒸发器、压缩机及膨胀阀；换热储水箱为内置冷凝盘管的储热水箱。冷媒（工质在蒸发管内吸收环境空气中的热量，通过热泵循环由冷凝盘管在水箱内释放热量，加热水箱中的水。要搞清楚热泵的工作原理，首先要懂得制冷系统的工作原理。制冷系统（压缩式制冷）一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。其工作过程为：低温低压的液态制冷剂（例如氟利昂）

9、，首先在蒸发器里从低温热源（例如冷冻水）吸热并气化成低压蒸气。然后制冷剂气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被高温热源（例如冷却水）冷却凝结成高压液体。再经节流元件（毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等）节流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。对于一台分体式热泵空调来说，夏天制冷时就是以室外机为冷凝器、室内机为蒸发器，运行时就把室内的热量输送到了室外。而冬季则以室内机为冷凝器、室外机为蒸发器，这样就把室外的热量输送到了室内，通常这些是通过四通换向阀来实现的。热泵空调里面有一个四通换向阀。在制冷工况下，室内热交换器就是蒸发器，室外热交换器（夏天往外呼呼出热风的那个东

10、西）就是冷凝器。冬季供热的时候，四通换向阀切换，改变冷媒的流向，此时，室内热交换器就是冷凝器，室外热交换器（冬天往外呼呼出冷风的那个东西）就是蒸发器。由于冬季往外出冷风，换热器要结霜，所以等结霜到一定程度时，四通换向阀再切换，空调变成夏季制冷工况，室外热交换器得到热量，化霜，化霜完毕后，四通阀再切换到制热状态。除霜时，为了防止向室内吹冷风，故室内机的风机停止运转。（当然这种逆向除霜对舒适性有一定影响，所以又有了热气旁通除霜、蓄热除霜等不需要切换工况的方式热泵是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统，它被形象的称为热量倍增器”。目前在市场上广泛出现的家用冷暖空调器上，就已经广泛地应用了热泵制热，其制

11、热系数已高达3以上。那么，利用热泵的原理来制取热水，消耗一度电所获得的热水，比普通电热水器消耗三度电所获得的热水还要多，这是传统热水器所不能企及的。水源热泵工作原理及系统特点水源热泵机组是一种通过利用地表水、地下水以及吸收太阳能和地热能等低品位热资源，并采用热泵原理，输入少量高品位电能，实现低品位热能向高位热能转移的空调装置通常，根据所使用的热源，应用上通常分为三种，分别是：1 .封闭环路式：水源采用循环流动于公共管路中的水或盐水（或类似功能的液体，如乙二醇等），通常称为水环热泵；2 .地下水式：从水井、湖泊、海洋或河流中抽取的水或在地下盘管中循环流动的盐水（或类似功能的液体）为冷（热）源，制

12、取冷（热）风或冷（热）水的设备，又称为水源热泵；3 .地下环路式：从地下盘管中循环流动的盐水（或类似功能的液体）为冷（热）源，制取冷（热）风或冷（热）水的设备，又称为地源热泵。水源热及机组制妹循环由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下8大优点：（1）环保效益显著水源热泵是利用了循环水或地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。水温在1630c之间通常不需要开启辅助弃热或加热设备；如果采用地下水，供热时可省去燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去冷却塔，完全是环保的空调形式；（2）高效节能水源热泵机组可利用白水体温度冬季为10-2

13、5C,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。而夏季水体为15-40C,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，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户3040%的供热制冷空调的运行费用。过渡季节部分机组制冷、部分机组制热运行更节能：如下图-I东森想象杷工工独徜坏界气系统供水温度为24C,机组A为制冷模式，排出热量到回水中，回水温度30C,机组B为制热模式，从水中吸收热量，使得回水温度降低到24度，当一定比例的机组同时制冷制热时，水循环温度达到平衡，建筑物内部分区域多余的热量被转移

14、到需要热量的地方，完全无须使用辅助热源，达到最佳的使用效果。(3)运行稳定可靠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。是很好的热泵热源和空调冷源，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。不存在空气源热泵的冬季除霜、制热不稳定等难点问题。(4)能源费用容易计算小型的水源热泵每一台都可与用户电表连接，费用容易计算，对于写字楼、商铺、公寓等场所非常适用。而大型的中央空调系统通常是公摊计算，无论空调是否开启，一样计算费用。(5)节约投资成本将大型的冷水机组小型化，开发商不需要准备昂贵的专用机房，机房位置可以作为停车场；循环水管路温度是常温，

15、无须考虑管路保温的费用；止匕外，通风管道也大大缩小，机组控制器也是制造商配套供应。(6)可分期投入开发商不需要一次性购买所有的空调设备，只需要将公共的管路系统及辅助设备配置好，后期的空调机组可视情况分期投入空调设备，缓解了开发商资金压力；(7)同时制冷制热系统中不同的功能区可以同时制冷或制热，大大提高了人体的舒适性，满足现代群体个性要求，如综合建筑内区发热大，通常冬季还要制冷，水源热泵系统很容易做到。常规的中央空调系统必须采用四管制的末端才可以满足要求。(8)自动运行水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年

16、以上。下表是水源热泵系统和其它常见系统特性一览表，详细分析见4水环热泵系统与各种系统对比丹阳*事扑出4MTtlW、湾扑也(ULVWtrlUEHILfit卡网冲储国产我正夫十Id”通jfc1s灯力回期INM-UK»如imm0f'KMIMfc小料姓双度5心O-KMA田人的划一招0人人前a>i7&-c<.4DHX太郎SH3-1Wil肝;仲阳餐1小哺叫|州川(伊可】博平小M*春RTill«flIJH.*er«*惬.Bl题一,在再学*也置艮*1用虎片曲嵋加金：的佗法，n力升鸣，siw-ft的了限东£山冬配Wg出骐削M臬Jt担喋由廿Jfc

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19、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。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

20、，也有利于建筑的美观。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。5、一机多用，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。

21、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。6、运行稳定可靠，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。7、符合国家政策，获得政策性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

22、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，通过向当地建委中报，可获得政府的政策性支持，减免建筑配套费用140200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

23、泵的热源温度全年较为稳定，一般为1025C,其制冷、制热系数可达3.54.4,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，尤其是近五年来，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。水源热泵的应用从水源热泵的市场应用看，我国南方的深圳，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

24、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，水源热泵技术目前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水源热

25、泵的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。1、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。目前的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。2、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

26、件，保证用后尾水的回灌可以实现。3、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。水源热泵目前的市场状况：水源热泵目前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！目前品牌各大知名空调器厂家都有相应的水地源热泵产品。比如法国的西亚特水地源热泵、比如老四大家：特灵、约