水源,地源热泵技术手册

二十一世纪最有效的供暖、空调技术

一山东贝莱特节能环保型地源热泵空调系统

口卜么是地源热泵

日也源热泵国内区发展近况

国也源热泵特点

电:作原理与分类

电用方式

品术经济性

审质替代

面见问题讨论

什么是地源热泵

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既

可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现

低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季,

把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放

到地能中去。通常地源热泵消耗IkW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70〜90%的燃料内

能为热量，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；由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10〜25℃,其制冷、

制热系数可达3.5〜4.4,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，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加

拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可

以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

地源热泵国内外发展近况

地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地源热泵真正意义的商业应用也

只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装

了45,000台，到目前为止已安装了400,000台，而且每年以10%的速度稳步增长。1998年

美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19%,其中有新建筑中占30%。美国地源

热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美

国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001

年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50

万辆汽车的污染物排放或种植树T百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约

能源费用再增加L7亿美元。

与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用

浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深＜400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供

生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%,奥地

利为38%,丹麦为27%。

美国特别看好中国市场，美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及

可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和

广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓

解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。目前，这3个地源热泵示

范工程正在落实，有的已进入实施阶段。与此同时，科技部委托的中国企业公司正酝酿将美国

的地源热泵技术及设备引进中国市场，这将促进我国地源热泵的市场化、产业化的发展，并使

我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。

我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与

有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多

的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场

前景广阔。之所以对中国的地源热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充

分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早在

50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国

内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进

行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展

与应用的专题研讨会。我们有理由相信，在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，

在各级政府的有力支持下，中国的科技界与企业界携手共进，依靠自己的力量完全有能力在不

长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。

地源热泵特点

1、属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转

换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(EarthEnergy),是指地表土壤、地

下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能

集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限

制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成

为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境

空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行

效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，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。据美国环保署EPA估计，设计安

装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30〜40%的供热制冷空调的运行费用。

3、环境效益显著

地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当

于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空

调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此,

制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，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。

4、一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、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；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的

采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；

自动控制程度高，可无人值守。当然，象任何事物一样，地源热泵也不是十全十美的，如其应

用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响；一次性投资及运行费用会随

着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，实际上地

源热泵并不需要开采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染。

工作原理与分类

热泵工作原理

作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温流向低温。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置，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，提成高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低,

这也是热泵的节能特点。热泵与制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸气压缩式

热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成：

压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心

脏；

蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是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；

冷凝器是输出热量的设备，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。

热泵分类

热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中取热，此时从环境取热的对象称为热源；相

反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排热的对象称为冷源。

蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水换热两种形

式。这样热泵或制冷机根据与环境换热介质的不同，可分为水一水式，水一空气式，空气一水

式，和空气一空气式共四类。

利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。空气源热泵有着悠久的历史，而且其安

装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是

长江以南地区。在华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶

劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。

利用水作冷热源的热泵，称之为水源热泵。水是一种优良的热源，其热容量大，传热

性能好，一般水源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵，但由于受水源的限制，

水源热泵的应用远不及空气源热泵。

地源热泵工作原理及分类

地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进

行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时

地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷

源”。

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空

调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水一水式或水一空气式。三个系统之间靠水或

空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换

热介质可以是水或空气。地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：（1）全年温度波动

小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高

于空气源热泵，一般可高于40%,因此可节能和节省费用40%左右。（2）冬季运行不需

要除霜，减少了结霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。

地源分类

地源按照室外换热方式不同可分为三类：1.土壤埋盘管系统，2.地下水系统，3.地表水系

统。

根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。

闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。

开环系统如抽取地下水或地表水方式。此外，还有一种“直接膨胀式”，它不象上述系统

那样采用中间介质水来传递热量，而是直接将热泵的一个换热器（蒸发器）埋入地下进行换热。

地源热泵应用方式

地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可

分为集中系统、分散系统和混合系统。

家用系统

用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅

等户式空调。

集中系统

热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。

分散系统

用中央水泵，采用水环路方式将水送到各用户作为冷热源，用户单独使用自己的热泵机组

调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用

电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。

混合系统

将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，

只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。

南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。北

方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可减少

地源的容量和尺寸，节省投资。

分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。

水环路热泵空调系统

水环路热泵(Water-LoopHeatPump,简称WLHP)空调系统，它由许多台水源热泵空调机

(WSHP)组成。这些机组由一个闭式的循环水管路连在一起，该水管路既作空调工况下的冷源，

又作供暖工况下热泵热源。水环路的冷热源可以是地源，或锅炉、冷却塔联合方式。

夏季运行：全部或大多数机组为供冷，热量水环路排至室外的冷源，如地源或冷却塔。

春季/秋季运行：对有内区与周边区的建筑物，会出现内区需要供冷而周边区需要供热，内区

的热量就可被周边区所利用，即内区空调的排热与周边区热泵供热所需热量接近平衡时，室外

的冷热源可以停运。这种制冷供热同时进行，能量在建筑物内部转移，运行费用最少，节能效

果明显。

冬季运行：全部或大多数机组为供热，供热源(地源或加热源)把热量补充到水环路。

水环路热泵空调系统除具有显著节能特点外，还具有以下特点：

1.节省占地：不设大的冷冻机房，没有冷却塔系统。

2.能源费用单独计量：由各部门、住户或单位独立承担，能源费用计量简单且公平，符合当前

的能源费用独立计量方法。

3.调节灵活：每台热泵空调机在任何时间可以选择供冷或供热。

4.灵活应用：能灵活充分地满足建筑物各个区的需要，并随时可以更改用途。

常见问题讨论

1.为什么地源热泵在美国、欧洲以及中国，尤其是近些年来为越来越多的用户所认识，市场日

趋活跃呢？

一方面是由于全世界范围内比以往更加关注能源、环境与可持续发展的问题，对于中国

由于以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，要实现经济的可持续发

展，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，必须加大节能的力度，而既能在冬季供暖、又

能在夏季制冷空调的地源热泵系统是很好的一个选择；另一方面是地源热泵系统经过多年的

研究，在技术上已经非常成熟，而且经过多年的示范与实践，确认了地源热泵系统的很多优

点：节约能源、舒适、安全、性能稳定、清洁、使用灵活等。

2.水环路热泵(WLHP)系统与地源热泵(GSHP)系统有什么异同？适用于什么场合？

两者都可通过水源热泵如水一空气热泵或水一水热泵系统为建筑物提供热量或冷量，区

别是WLHP系统通常是指利用冷却水塔和锅炉保持全年冬夏两季节的供水温度稳定的系统，

而GSHP系统则通常是指通过利用地下水、地下换热系统、地表水或者地下换热系统与冷却

塔、锅炉相结合等形式维持供水温度稳定的系统；止匕外，WLHP一般为分散式系统，而GSHP

既可为分散式系统也可为集中式系统。

对于WLHP系统适用于什么场合，有研究认为，单纯的供冷或单纯的供热选用水环路热

泵是不合理的；对同时具有制冷和制热需要的空调建筑，当其内部余热量较小或较大时，使

用WLHP系统节能效果不明显，只有当机组排出的热量与部分水源热泵机组吸收的热量相近

时，才具有明显的节能优势。对于某一特定建筑，设计者需根据建筑物的冷热负荷曲线、使

用特点、功能，所处环境等诸多因素综合评价使用WLHP系统是否节能、合适。一般地说，

以下几种情况可考虑使用WLHP：①有低品位稳定可靠的废热可以利用；②建筑物内同时有制

冷和供热的需要；制冷量不大，且又要求独立计量电费，使用时间不一，个别房间或区域经

常需在夜间或节假日独立使用的建筑。

地源热泵系统的适用场合，对于分散式系统，类似于上述水环路热泵系统的情况；而对

于集中式系统，即集中为建筑物各房间提供冷水或热水的情况，则适用范围较广，尤其适用

于办公楼、学校及别墅等。

3.对几种地源热泵系统在工程应用中的评述

(1)直接利用地下井水的地源热泵系统：其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必

须符合下列条件：水质良好；水量丰富；符合标准。

(2)地下埋管的地源热泵系统：对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及

水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂

直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影

响大，水泵耗电量大。

(3)地表水式热泵：其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管

系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖

水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机

组的效率。

(4)锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地

下埋管换热系统的建筑，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统

是高效率、低费用的。

4.地源热泵的运行费用怎样？经济性如何？

这是用户最关心，也是大家最容易提出的一个问题，然而，也是目前最难回答的一个

问题。因为影响地源热泵使用经济性的因素有很多，如电价、用户或居民行为、气候条件以

及例如非正常的炎热或寒冷季节等其它因素。尤其是在中国的应用时间还不长，实际运行经

济性的总结工作还有待完成，目前，尚难于给出较准确的答案。由于美国等发达国家在地源

热泵的工程应用方面已至少有十余年的历史，不妨先借鉴其经验。据世界环境保护组织EPA

的一份有关空调未来的报告所得出的结论：地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高

效节能的同时，将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。据EPA估计，设计安

装良好的地源热泵，平均来说，可以节约用户30〜40%的供热制冷空调的运行费用。

第一章概述

第一节水源中央空调系统组成

1.1.1水源中央空调系统的组成

水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又

称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。

为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源

中央空调主机（热泵）''泵”送到高温热源，以满足用户供热需求。

为用户供冷时，水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）

转移到水源水中，以满足用户制冷需求。

1.1.2系统原理图

以制热工况为例，系统原理见图1-1。

系统原理图:

1蒸发器

2手动球阀

3干燥过滤器

4视液镜

5电磁阀

6热力膨胀阀

7冷凝器

8安全阀

9压缩机

10高压压力表

11高低压控制器

12低压压力表

13排水阀

图1-1贝莱特水源热泵中央空调系统原理图

1.1.3用户（室内末端等）系统由用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、静电水处理仪、各

种末端空气处理设备、膨胀定压设备及相关阀门配件等组成。

1.1.4水源中央空调主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、各种制冷管道配件和电器

控制系统等组成。

1.1.5水源水系统由水源取水装置、取水泵、水处理设备、输水管网和阀门配件等组成。

1.1.6制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系

统。（反之则为供热工况）

1.1.7水源中央空调系统中的主机设备，末端设备由山东贝莱特空调有限公司生产，并为用户

提供系统的全面解决（实施）方案。

第二节水源中央空调系统的一般性特点

1.2.1节能

高效、节能是水源中央空调系统的显著特点。其一次能源利用率在目前常见的中央

空调系中居首位。（见表1—1）

各种中央空调系统一次能源利用率比较表1-1

中央空调方案水源中央空调系统

一次能源利用率备注

（冷热工况）节能效率100%

冷水机组£=5

冷水机组+电热锅炉0.9925电热锅炉E=0.33

Eo=(0.33X5+0.33)/2

冷水机组£=5.2

冷水机组+燃煤锅炉1.15812燃煤锅炉E=0.60

E产(0.33X5.2+0.6)/2

冷水机组£=5

冷水机组+

1.2257燃油(气)锅炉E=0.80

燃油（气）锅炉

Eo=(0.33X5.2+0.8)/2

风冷热泵£=3

风冷热泵0.9925

E（）—0.33*3

蒸气澳吸£=0.9

蒸气澳吸冷水机组+

0.5757煤锅炉E=0.6

煤锅炉

E0=(0.9X0.6+0.6)/2

蒸气溟吸£=0.9

蒸气溟吸冷水机组+

0.7642燃油气锅炉E=0.8

燃油（气）锅炉

Eo=(0.9X0.8+0.8)/2

直燃型滨吸冷水机直燃型澳吸冷水机组

0.9528

组Eo=O.95

水源中央空调£=4

水源中央空调系统1.32

—

Eo=O.339X4

从表看出，水源中央空调系统的一次能源利用率在所有中央空调系统中是最高

的，所以是理想的高效、节能型中央空调系统。

1.2.2环保

与传统的中央空调相比，水源中央空调系统是环保型中央空调系统。

1.水源中央空调系统没有冷却塔、不需要小型锅炉，不产生象冷却塔常见的“军团菌”

等污染物，也没有小型锅炉产生的大量粉尘、有害气体等污染物。

2.燃油气锅炉供暖和中央空调系统供热相比（发电厂耗油），每100KJ供热量所产生的

有害气体比较如下：

表1-2（例如100KJ热量）

油锅炉发电厂（中央空调系统用）备注

C024.511.411：0.32

0.481：0.07

so26.5

NO23.60.961：0.27

从上表看出在供热量相同时（100KJ）,水源中央空调系统（耗电）对环境产生的

污染物比燃与锅炉少得多。

3.煤锅炉和水源中央空调系统供热（发电厂燃煤）相比，同样供热量情况下，水源中央

空调系统（发电厂）所产生的污染物（粉尘、CO2、CO、SO2、NO2等）只是直接燃煤锅

炉供热产生的污染物的1/5O

4.山东贝莱特空调有限公司生产的水源中央空调主机通过特别的设计，其运行噪音只有

75dB左右，是最为安静的中央空调主机之一。

1.2.3开发利用低品位热能

我国的水资源（包含生活、生产中产生废水、弃水等）储有大量的低品位热能，在

保护水资源的前提下，怎样提取和利用这些热能为人们生活、生产服务是世界性课题。

水源中央空调（水源热泵）系统是解决这一课题的有效手段之一。

1.2.4节水

水源中央空调系统因没有冷却塔，不消耗成本自来水，因此，它是节水的中央空调系统。

1.2.5节资

1.水源中央空调系统比其它中央空调系统投资少。（见表1-3）

各种中央空调系统初投资比较表1-3

冷水机组冷水机组直燃（油气）水源中央空

风冷热泵

燃煤锅炉燃油气锅炉溟吸机调系统

价

单位面积工程造价

240-280240-280260-300280-320220-260

元/平方米

2.中央空调系统运行费用比较。

各种中央空调系统运行费用比较表『4

式冷水机组冷水机组直燃（油气）水源中央

风冷热泵

造燃煤锅炉燃油气锅炉嗅吸机空调系统

单位面积运行费用

13-2830-5540-7817-3512-25

元/平方米

1.2.6舒适

中央空调系统的用户（末端）系统能应用中央空调（末端）的全部技术和手段。如

果采用山东贝莱特空调有限公司空调产品和数字、网络化、变频注制技术相结合，将实

现人类对人工环境的梦想。

L2.7综上所述，水源中央空调系统具有高效、节能、环保、节水、节资、舒适的特点，是理

想的中央空调系统方案。

第三节水源中央空调系统应用条件

1.3.1作为最佳的中央空调系统方案一一水源中央空调系统，在具体的工程项目中能否合理地

应用，主要取决电源条件和水源条件。

1.3.2一般来说：水源条件取决四个因素：

1.水源水的获取

2.水量

3.水温

4.水质

1.3.3水源水的获取

1.对于地表水、湖水、海水、江河水、城市废水、工业废水等水源的利用，政府一般不

进行干预，有的水源水（如城市污水、工业废水）政府还有鼓励利用的优惠政策。

2.对于地下水，作为国家的资源之一，政府对开采与使用有各种限制政策和法规。要获

取地下水时，要通过有关政府主管部门的批准方可。水资源管理部门各地设置不同，

大体上有如下部门进行管理：规划局、市政局、地矿局、节水办等。

1.3.4水源水量

水源水量是否满足具体工程的要求，与建筑物冷（热）负荷的大小、空调系统的运

行方式、空调系统设计方案（例如是否采用蓄水池、是否采用辅助加热或辅助冷却方式）

和水源水的温度等因素有关应通过全面的分析、精确的计算和合理设计解决。

1.3.5水源水温

一般来讲，水源中央空调系统对水源水温度要求的范围是；制冷情况下，进蒸发器

的水温为10〜22℃；制冷情况下，进冷凝器的水温为18—40℃。

1.3.6水质

对于水源中央空调系统主机而言，进入其冷凝器、蒸发器的水质有较高要求，如果

水源水质达不到要求时，可采取各种处理手段来满足水源中央空调主机对水质的要求。

因此，一般来讲，水源水质不是影响水源中央空调系统应用的主要因素。

1.3.7总之，对于具体工程而言，水源中央空调系统是中央空调系统的首选方案，但应用是有

条件的。

第二章水源中央空调系统主机设备

第一节热泵概述

水源中央空调技术是热泵技术的一种，介绍水源中央空调系统时有必要先概述一下热泵的

工作原理及分类。

2.1.1热泵的定义、工作原理和分类

按新国际制冷辞典的定义，热泵就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统。热泵

与制冷机在工作原理上是相同的，就是输入一定高品位能源（如电能）驱动压缩机，使

工质（如R22）在系统中循环运动并反复发生物理相变，在蒸发器中汽化吸热，在冷凝

器中液化放热，从而实现吸热制冷或放热制热的目的。

热泵与制冷机的区别主要是两者的目的与情况不同。热泵是从环境温度条件下吸热

并将热量传递到高于环境温度的场所释放，从而实现制冷或供暖。而制冷机是从低于环

境温度的场所吸热并将热量排放到环境中去，从而对该场所制冷。

热泵的分类有多种，可按工作原理、热源、功能、用途、驱动方式、压缩机类型、

供热温度和安装方式等将热泵分为不同种类。其中，按热源和供热介质的组合方式可将

蒸气压缩式热泵划分为六种类型：即空气一空气热泵、空气一水热泵、水一空气热泵、

水一水热泵、土壤一空气热泵和土壤一水热泵。

本章重点介绍蒸气压缩式热泵。

2.1.2蒸气压缩式热泵

可供空调制热和制冷的最为普遍的几种热泵形式。

1.空气-空气热泵（如图2—1）

热泵型式热源热汇供热（冷）介质转换方式-W

制热制冷制冷和制热

空气-空气热泵空气空气热泵工质换向

图2-1空气-空气热泵

这是最普通的热泵型式。特别适用于由工厂制造的单元式热泵，广泛地用于住宅

中。该类热泵中，热源（制冷运行时为冷却介质）和供热（冷）的介质均为空气。可

通过电机驱动和手动操作的换向阀来进行内部切换，以使被空调房间获得热量或冷

量。在该系统中，一个换热盘管作为蒸发器，而另一个作为冷凝器。在制热循环时，

被调的空气流过冷凝器，而室外空气流过蒸发器。工质换向则成了制冷循环，被调的

空气流过蒸发器而室外空气流过冷凝器。

2.空气-水热泵（如图2-2）

图2-2空气-水热泵

这是风冷热泵型冷（热）水机组的常见型式。与空气一空气热泵的区别在于，室

内侧采用水作为传热介质，冬季按制热循环运行，供热水为空调系统采暖。夏季按制

冷循环运行，供冷水为空调系统供冷。制热与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工

质的流向实现。

3.水-空气热泵（如图2-3）

“简图醍

热泵型式热源热汇供热（冷）介质转换方式A

制热制冷制冷和制热

水-空气热泵水空气热泵工质换向

图2-3水-空气热泵

这类热泵制冷的热源（或制冷时的冷源）为水供热（冷）的介质为空气。制热

与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向实现。作为热源的水有多种，后

面将详细介绍。

4.水一水热泵（如图2-4）

简图

热泵型式热源热汇供热（冷）介质转换方式

制热制冷制冷和制热

供水-----------------1J-

居<*>

水-水热泵水水水换向

—4-

格水揖水

图2-4水-水热泵

制热（或制冷）运行时以水作为热源（或冷源）。供热（冷）的介质也是水。

可用切换工质，来实现制冷与制热运行。然而更方便的是由水回路中的三通阀来完

成。虽然图中表示了水流直接进入换热器，在某些场合，为了避免污染封闭的冷水

系统（通常是处理过的），需要间接地通过一个换热器来供水。

5.大地耦合式热泵（如图2—5）

简图

热泵型式热源热汇供热（冷）介质转换方式

制热制冷制冷和制热

ai—WF-)

UA机*

大地偶大地偶合（闭合空气热泵工质换向8

合式热大地热源）I

泵

—

—WFn

机<^>

大地热源

大地热源直接直接膨胀空气热泵共质换向-rvon

膨胀式热泵式

~rl-----------F

tr.ituK

图2—5大地耦合式热泵

利用大地的土壤作为热源和冷却物。与大地的换热可通过热泵工质一水换热器，

也可采用热泵工质埋于地下的盘管直接膨胀形式。供热（冷）的介质为空气。水或防

冻液被泵送到埋入大地中的水平或垂直的盘型管中循环。大地盘管可采用热泵工质直

接膨胀，满液式或再循环的蒸发器回路，大地耦合式热泵热交换器的效果与沙土类型、

含混量、成分、密度和是否均匀地紧贴换热器面有关。管子材料和当地沙土及地下水

的腐蚀作用会影响传热和使用寿命。

2.1.3压缩式热泵的热力经济性指标

热泵的性能系数用COP（CoeffcientofPerformance）来表示。COP指其收益（制

热量）与代价（所消耗机械功能或热能）的比值。对消耗机械功的蒸气压缩式热泵其性

能系数COP也可用制热系数£h来表示，即为制热量Qh与输入功率P的比值即£h=Qh/P

根据热力学第一定律，如不计压缩机向环境的散热则热泵制热量Qh等于从低温热源吸

热量（可视为制冷机的制冷量）Qc与输入功率P之和。由于Qc与P的比值为制冷系数

£h,故£卜也可写成：eh=（Qc+P）/P=l+e,可见£h值永远大于1。

2.1.4水源热泵

水源热泵是以水为热源的，可进行制冷、制热循环的一种热泵型整体式水-水、水-

空气空调装置，它在制热时以水为热源而在制冷时以水为排热源。以水作为热源的优点

是：水的质量热容大，传热性能好，传递一定热量所需的水量较少；换热器的尺寸可较

紧凑，每平米建筑面积所花费的经费比空气-空气热泵要少，而且不存在结霜问题，运

行合理稳定，在易于获得稳定供水的地方，水是理想的热源。

水源热泵的空调系统主要有以下几种类型：

1.水环路热泵系统

水环路热泵系统用一个循环水路作为加热源和排热源，系统中必须设置排热器

（冷却塔）和补热器（锅炉或电加热器）。

2.地下水的热泵系统

地下水的热泵系统是将建筑物附近井内的地下水取出，并通过水源热泵的换热器

进行加热或冷却，然后将地下水排入下水道或湖泊中，最好重新回灌地下。

3.地表水的热泵系统

地表水的热泵系统使用建筑物附近的湖泊、河流、水渠中的地表水，使之通过水

源热泵空调机中的换热器，然后再将升高或降低几度的地表水排回水源中去。

4.闭式环路地表水热泵系统

闭式环路地表水热泵系统是使用1个闭式的水或盐水环路，包括浸没在地表水（河、

湖或池）中的管道作为换热器，加热或冷却后的水再进入水源热泵空调机作为水源。

第二节山东贝莱特GSHP型水源中央空调机组

2.2.1水源中央空调机组的开发背景

传统的取暖方式，主要采取燃烧煤、石油、天然气等有限矿物质能源，而这些固有

能源在开采、运输、和利用过程中，对人类生存环境造成极大的污染。随着经济发展，

能耗越来越大，环境污染也越来越严重，由于大气污染，使正常的生态环境被破坏，温

室效应也受到全世界的普遍关注。使用有限矿物质燃料用于取暖不仅极大地浪费着国有

资源，同时也严重污染着环境。因此保护环境和保护日益匮乏的能源资源越来越引起社

会各界的高度重视。目前，国内有不少采用地热取暖，而且用地热供暖的建筑采暖系统

均为直流式，即地热水由地下抽上，经供水泵送往用户，在用户处放出热量，地热水温

度降为40度以下直排入下水。因地热采暖回水温度较高，直接排放，不仅浪费大量的

热能，而且给环境带来比较严重的污染。近几年我国普遍地区逐步禁止使用燃煤锅炉取

暖，燃油也得到了一定的控制，个别地区对地热采暖回水的排放进行了限制，如果地热

采暖的用户不采取相应措施.则只有关闭地热井，重新寻找其它热源。若用超前的环保

意识认识上述问题，21世纪利用地下能源采暖或送凉，预示着一场新的环保、采暖方式、

能源利用的革命。如何合理使用能源的问题是十分重要的。为此，利用低位能量的热泵

技术已引起越来越多人们的重视。热泵也就是靠高位能（如电能）拖动，迫使能量从低

位热源流向高位热源的装置。顾名思义，热泵就象泵那样把低位热源的热能泵送到高位

热源。热泵虽然需要用一定的高位能，但供给的热量却是消耗的高位能和吸取的低位能

之和。热泵不但节约了高位能，而且适用于同时供冷和供暖的场合。

目前，国内市场上的热泵型空调主要是以空气为热源，但是其制热效果受到室外气

候条件影响。若对现行的空气源热泵进行一些改进，可在一定程度上解决低温环境下的

制热能力，但产品的成本将有所增加，因此风冷热泵的广泛应用受到限制。

我公司根据市场的需要，依托清华同方的人才和本身实力，利用自身强大的制冷空

调产品的开发能力和先进生产制造实力，结合国际目前最先进的制冷、机械制造技术和

智能自控技术研制生产了新型高效水一水热泵机组，即GSHP型，弥补了国内厂家在这

一领域的空白，其以水为热源（地下水、地热水、地表水、海水、工业废水等），不受

室外气候条件变化的影响，广泛应用于全国各地区，从根本上克服了风冷热泵的局限性。

2.2.2水源中央空调机组的工作原理

1.相变制冷及制热：

液体汽化形成蒸气。当液体处在密闭容器内时，若此容器内除了液体及液体本

身的蒸气外不存在任何气体，液体和蒸气在某一压力下将达到平衡，此时的气体称

为饱和蒸气，它所具有的压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。饱和压力随温度

的升高而升高。如果将一部分饱和蒸气从容器中抽走，液体中就必然要汽化一部分

蒸气来维持平衡。液体汽化时，需要吸热，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被

冷却的对象，它对冷却对象制冷。反之，气体冷却成液体时放热，热量被供热介质

吸收和传递，实现制热。

2.蒸气压缩式制冷循环：

单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过

程如下：制冷剂在蒸发压力Po、蒸发温度To下沸腾，To低于被冷却物体或流体的

温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力PK,然后

送往冷凝器在冷凝压力入下等压冷凝成液体，制冷剂冷凝时放出的热量传给冷却介

质（通常是水和空气），与冷凝压力PK相对应的冷凝温度TK一定要高于冷却介质

的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或节流元件进入蒸发器。当制冷剂通过膨胀阀时,

压力从冷凝压力PK降到蒸发压力Po,部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温

度To,于是离开膨胀阀的制冷剂变成蒸发温度To的两相混合物。在它被压缩机重

新吸入之前几乎不再起吸热作用。

在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中、低压

力的作用，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起节流降压作用。并调节进入蒸发

器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的

热量，从而达到制取冷量的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热

量，连同压缩机消耗的功所转化的热量，在冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学

第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中

吸热，并向高温物体放热，从而完成整个循环。蒸气压缩式原理，是热泵中最为普

遍而广泛应用的一种形式。如图2—6：

图2—6蒸气压缩式制冷循环图

2.2.3GSHP型水源中央空调机组的用途及特点

1.用途：

GSHP型水源中央空调机组能适用于工矿企业、高层建筑、会堂医院等场所，提供

冷热源，并为纺织、化工、电子、国防、科研等部门提供工艺流程所需的7〜55c之

间的用水。

2.特点：

结构紧凑，占地小，节省空间，安装简便，噪音低（75dB）

GSHP260：2台压机，2个循环回路。

GSHP400：3台压机,3个循环回路。

GSHP580：2台压机，2个循环回路。

GSHP820：2台压机，2个循环回路。

GSHP1020：2台压机，2个循环回路

这样设置多个独立循环系统，工作过程中利用分级调控，相互不受影响。

GSHP机组为高温热泵机组，考虑到机组的特殊使用功能，设计过程中充分发挥

了贝莱特的科技人才优势，认真计算、优化设计，将各主要配件合理配置，以

达到各自的最佳工作状态，保证整个机组的高效率。其优越性具体体现在以下

几个方面：

（1）机组进水、出水温度范围广。冬季冷冻水进水温度为10〜22C,夏季冷却水进

水温度为14〜35℃；冬季冷却水出水温度为45〜55℃,夏季冷冻水出水温度为

7-15℃o

（2）与其他公司的水源热泵产品相比，GSHP型机组两器设计温差大。一般水源热泵

采用标准的进出水温差，蒸发器和冷凝器均为5℃。而我公司的GSHP型机组蒸发

器进出水温差为7℃,冷凝器为10℃。

（3）适用工程面广。由（1）和（2）可看出，冬季运行工况，GSHP机组所能提供的

热水最高温度可以达到55℃,循环水供、回水温差为10℃：而其他公司机组可

提供的热水最高温度仅可达到50℃,循环水供、回水温差只有5℃o因此GSHP

机组不仅适用于新建建筑物空调系统（风机盘管或暖气片系统），而且还可用于

旧有建筑物老采暖系统改造工程，从而克服了以往水源热泵机组适用面窄缺陷。

（4）能效比高。冬季制热工况，能效系数COP（供热量与输入功率的比值）约为：3.5~

4.2之间；夏季制冷工况，能效系数COP（冷量与输入功率的比值）约为3.6~5.0

之间。

（5）良好的完整性、系统性。为了更好的配合GSHP一水源中央空调系统方案设计，

在机组设计过程中，考虑了各地区的不同运行条件（如：不同水源的温度，水量

等）和使用情况（原有锅炉房采暖系统改造、新建小区及建筑物的采暖、空调系

统），对机组的蒸发器和冷凝器进行了特殊处理，采用与常规热泵机组不同的进出

水温差，以达到在冬季和夏季不同使用季节中，在不更换冷热水循环水泵、水源

水泵的情况下，都可以满足使用，从而减小了用户的一次性投资，提高了设备的

利用率。

（6）先进的控制技术与网络功能

A.简洁清晰的信息显示：

•大屏幕液晶显示屏显示机组工作状态

•自动故障报警

•提示