水源热泵空调系统

城市集中热力网供热。热源主要有：燃煤热电联产、大型燃气、燃煤、燃油锅炉房、燃气—蒸汽联合循环等。区域集中供热（含楼栋或单元式集中供热）。小区燃气、燃煤、燃油锅炉房、楼栋式（或单元式）燃气采暖、集中水源热泵、小区带蓄热装置的电锅炉、地热热水、地源热泵等。分户供热。分户燃气炉、电暖气（电热膜）、分户水源热泵、分户空气源热泵等。商业或公共建筑供热（指其自然热源的情况）。燃油或燃气直燃机、空气源热泵、水源热泵、电锅炉、小型燃气—蒸汽联合循环机组等。一、可能采用的供暖方式空调用热泵的分类采用按吸热源类型分类法可将常用空调热泵分为如下几类：空气源热泵：冷暖空调机、一拖多；ＶＲＶ、多联机；风冷式冷（热）水热泵。水源热泵：地下水源热泵（地下水地源热泵，井水源热泵）；地表水源热泵（江、河、湖泊水源热泵），湖水源热泵；中水、污水水源热泵；海水水源热泵。地源热泵（地埋管地源热泵，土壤源热泵、大地耦合式热泵）：竖直埋管式地源热泵；水平埋管式地源热泵；竖直埋管＋水平埋管式地源热泵。水环热泵：夏季制冷机与冷却塔运行正常供冷；冬季设一水箱，将水加热至１３～１５℃，再用热泵升温后供热。

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。二、水源热泵技术的概念

水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水）既可供热又可制冷的有效节能空调系统。绿色、节能环保--水源热泵水源热泵原理与家用空调或者冰箱的原理完全相同压缩机：压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处；蒸发器：使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的；冷凝器：从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；膨胀阀或节流阀：对循环工质起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的循环工质流量。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使循环工质不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。

水源热泵系统类型属可再生能源利用技术：水源热泵利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换。地表土壤和水体收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多，而且是一个巨大的动态能量平衡系统。高效节能：水源热泵机组利用的水体温度冬暖夏凉的特点，大大的提高了机组能效比。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30～40％的供热制冷空调的运行费用。运行稳定可靠：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。水源热泵的特点环境效益显著：水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，比空气源热泵减少30％以上；比电热器供暖减少70％以上。

水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。

运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。一机多用，应用范围广：水源热泵系统可供暖、供冷，还可供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置。自动运行：工况稳定，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年以上。

能量利用系数直接电100%电厂发电33%损失67%房间33%锅炉100%锅炉效率70%房间70%损失30%热泵热泵100%电厂发电33%损失67%66%房间99%COP=3

地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%～25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%～60%。系统平均寿命预计15～18年，开式循环系统30年，闭式循环系统寿命预计50年。美国10年的统计资料

空调系统初投资比较

空调系统运行费用比较

系统室内安装示意图

系统室内安装方式

与分体空调比较——装修效果

与分体空调比较——建筑外观可利用的水源条件限制：理论上可以利用一切的水资源，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。

水层的地理结构的限制：对于从地下抽水回灌，必须考虑到地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。投资的经济性：不同地区、用户及国家能源政策、燃料价格的影响的不同，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会有所不同。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。

水源热泵应用的制约因素

1939年，瑞士苏黎世议会大厦欧洲第一台大型河水热泵，输出热量175ｋＷ。

1945年，英国诺里季电力公司以河水为低温热源，输出热量200ｋＷ。

20世纪50年代初伦敦皇家节日音乐厅、苏黎世市的联邦工艺学院河水热泵。

20世纪80年代在日本东京幕张地区城市生活废水的水源热泵系统。东京箱崎地区区域河水热泵供冷供热工程，一期工程规模为11000ｋＷ。

70年代初海水热泵热源：悉尼歌剧院。

90年代初建成的日本大阪南港宇宙广场区域供热供冷工程，23300ｋＷ。

1995年，瑞典斯德哥尔摩建设了总能力为180ＭＷ的世界上最大的海水热泵站，用于区域供热，占城市中心管网输送总量的６０％。泵站由６台供热能力为３０ＭＷ／台的热泵机组组成，１９８４～１９８６年调试完成，投入运行。经过８ａ的运行后，系统被公认为是大型供冷解决方案中近乎完美的工程。瑞典１ＭＷ以上的热泵装置中约３０％为海水热源，其中１０ＭＷ以上的采用多级大型离心制冷机，中型的采用螺杆式制冷机。热泵将低温的海水温度提升到５０～８０℃作供热用。三、国内外河水、海水源热泵应用情况

建设部关于贯彻《国务院关于加强节能工作的决定》的实施意见（建科[2006]231号）“到“十一五”期末，中等城市完成既有建筑节能改造的面积要占既有建筑总面积的15%，小城市要完成10%；太阳能、浅层地能等可再生能源应用面积占新建建筑面积比例达25%以上”。建设部启动《可再生能源行动计划》。主要是：太阳能屋顶计划和浅层地热能利用计划。2006年是开展示范的第一年，第一批下达的25个项目资金共10368万元。2007年11月下达第二批可再生能源应用示范项目的57个项。

可再生能源示范项目省市项目名称技术类型示范面积（万m2）/光电（KWP）大连市星海湾商务区海水源热泵15辽宁省北海热电厂污水源热泵15山东省青岛鲁能领秀城海水、污水源15山东省青岛石老人生态旅游健身区海水源热泵15北京市北京鑫福里小区污水源热泵12.56北京市北工大软件园培训区污水源热泵6.1大连市小平岛新区海水源热泵50.00青岛市青岛国际帆船中心海水源热泵3.07安徽省“科学家园”职工住宅小区淡水源热泵20.40湖南省湘潭东方名苑地表水水源热泵淡水源热泵25江苏省南通新城住宅小区污水源热泵33.33陕西省第四军医大学西京医院医疗楼污水源热泵3.31国内的河水、海水应用情况

四、《科学家园》的优越的水资源条件合肥地处北纬32°，东经118°，属亚热带季风气候，夏热冬冷，年平均气温15.7℃，最冷1月平均气温2.4℃，最热7月平均气温28.4℃，年无霜期228天，太阳年辐射总量在498万千焦/平方米左右，具有丰富的太阳能资源。董铺水库库容2.42亿方，平均深度10米，最深达到20多米。水温冬暖夏凉，水质硬度较小，PH值适中，金属盐含量少，是一个天然的品位极高的空调冷热源。科学家园

1、地表水热能利用的供需类型化类型城市名称比例热指标冷指标l类宜宾、重庆、宜昌、荆州、岳阳、武汉、鄂州、黄州、大大大l5座黄石、安庆、芜湖、南通、淮安、合肥、镇江2类九江、开封、鞍山、抚顺、齐齐哈尔、黑河、吉林、大大小l8座西宁、咸阳、丹东、大连、秦皇岛、天津、烟台、威海、青岛、日照、大庆3类攀枝花、宁波、温州、厦门、汕头、苏州、无锡、湖州、大小大23座杭州、南昌、长沙、益阳、常德、湘潭、衡阳、南宁、梧州、肇庆、清远、广州、珠海、中山、惠州4类——大小小o座5类南京、上海、扬州、澳门小大大4座6类成都、洛阳、郑州、许昌、聊城、济宁、徐州、枣庄、小大小30座临沂、连云港、朝阳、阜新、锦州、盘锦、沈阳、长春、哈尔滨、牡丹江、佳木斯、兰州、银川、西安、新乡、济南、潍坊、石家庄、辽阳、铁岭、本溪、辽源7类福州、湛江、北海、常州、嘉兴、株洲、小小大l0座佛山、东莞、江门、深圳8类昆明、贵阳小小小2座注：说明中的比例指地表水供应市区面积比例，热(冷)指标指平均热(冷)负荷需求指标。

城市ＱｈΔＭΔＦｗＱｃΔＥΔＦｓΔｍ1Δｍ2Δｍ3Δｍ4ρＣＯ2

106ＧＪ万ｔ万元106ＧＪ106ｋＷｈ万元万ｔ万ｔ万ｔ万ｔ万ｔ/ｋｍ2天津130.8371.856516132.2183586267122913.411.788.947.7武汉122.9349.453114439.46103286857164817.992.3711.998.9上海62.8178.627151209.229051365568188.931.185.954.5杭州31.689.913670157.221841026304935.380.713.594.2合肥25.572.51101580.31115523973253.540.472.365.7无锡23.165.81000688.91234580063203.490.462.337.3重庆15.543.96680139.91943913183403.710.492.475.1南京16.346.2703044.3615288861962.140.281.433.12、地表水源热泵技术应用的经济与环保效益指标哈尔滨工业大学环境工程学院提出了地表水源热泵应用的节能、经济、环保三类共15个评价指标及其计算确定方法,并对我国102个城市的各项指标进行了预测计算,结果表明：地表水源热泵技术在我国南方地区经济效益显著,在北方地区则环保效益突出,而且各项效益还与城市的水源、规模、形状、气候、地理位置等因素密切相关。地表水源热泵技术具有巨大的社会效益和经济效益。

美国制冷学会ＡＲＩ３２０标准规定：对湖水水源热泵系统来说，水体的面积及深度对系统供冷性能的影响比对供热性能的影响大，要求水体（深4.5～9.0ｍ）的负荷不应超过0.013ｋＷ／ｍ２或其水体不应产生温度分层现象。也有相关文章建议在设计时保证单位热负荷所需的水体面积为不小于７９ｍ２／ｋＷ、水深不低于２ｍ。由此可推出，利用地表水源热泵供冷时，通常要求浅水池或湖泊（４.５～６ｍ）的热负荷不应超过１２～１３Ｗ／ｍ２。“科学家园”建筑面积20万m2，按照100W/m2计算，负荷20MW，需要水面积约16×105平方米。董铺水库水面积约45×105平方米，相连的大房郢水库水面积约25×105平方米，完全满足工程的要求。3、负荷对水面积的要求

4、夏季排放水对水环境的影响根据国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002)，人为造成的环境水温变化应限制在：周平均最大温升≤1℃。小区空调满负荷运行时，循环流量为2476m3/h。全天循环流量为59430m3，温升5℃；水库容积为2.42×108m3，每天的循环水量占总库容量的万分之二点四，带来的温度变化为0.002℃；水温的变化完全可由水面环境平衡。排放水仅仅利用水中的热能，不会导致其它的污染，排放后的水质不会变。

序号项目指标1

温度传感器

半导体2

温度精度

±0.5℃3

测温范围

-55℃～125℃4

温度分辨率

±0.06℃5

温度校准

软件校准6

记录时间间隔

10秒至7天可选7

开始记录时间可立即开始记录或指定一个延迟时间开始记录。8

实时记录

记录器可与计算机相连，并实时测量和记录温度9

内存

32768字节，非易失存贮器10

电源

3.6V锂电池，典型使用寿命2年。可更换11

时间精度

±30秒/月，在20℃环境下运行12

探针长度

180cm或用户指定长度13

重量

450g14

计算机接口

PC机RS232串口15

操作系统

Windows95/98/NT/2000/XP16

运行环境

-40℃～85℃17

材质

不锈钢5、董铺水库的水温情况

6、董铺水库的水质情况

湖水处理水库户内主机户内主机户内主机户内主机末端末端末端末端户内主机户内主机户内主机户内主机末端末端末端末端户内主机户内主机户内主机户内主机末端末端末端末端户内主机户内主机户内主机户内主机末端末端末端末端集水器分水器补水器循环泵水源热泵换热器湖边水泵湖边水泵房五、《科学家园》湖水源热泵系统原理框图

需要研讨问题1、集中式与户式水源热泵系统的比较项目户式系统集中式系统系统造价初投资造价高初次投资造价减少了户式主机分期投资有必要时，可分期投资。有必要时，可分期投资。占用空间小型机组安装在户内、户外，不需大机房。风机盘管吊顶安装。影响建筑立面。需要要大机房。风机盘管吊顶安装。对建筑立面影响小系统安装统一品牌热泵机组比较容易。多品牌麻烦。主机需专业装调。户内安装容易。运行管理容易出现水力失调，影响使用效果。运行维护困难。机房需要专人值守。维护相对容易。维修保养当机组产生故障时，不影响其它机组运行。机组产生故障时，整个系统停止运行，影响较大。温度控制每台热泵机组可于任何时间选择供冷或供热。统一时间供冷或供热。独立计量可依每台热泵机组独立计算耗能。主机耗能需通过电、水等间接计量。节能COP比大机组略低。管道不要保温。用户使用特点决定了冷热同时使用的可能性小。户外安装要考虑保温问题。COP高。管道需要保