摘要：水源熱泵具有節能、經濟、運行可靠等特點。水源熱泵空調系統的應用范圍正在逐步擴展，如何在地熱供暖工程中利用水源熱泵技術。把地熱直接供暖后的地熱尾水熱量提出來既減少了熱污染又增加了供暖面積，經濟效益也非常好。

　　關鍵詞：地熱,水源熱泵,供暖,應用

　　一、概述

　　眾所周知，在當今社會，環境污染和能源危機嚴重地威脅著人類的生存與發展，如何解決這一問題已成為全人類的頭等課題。在這種背景下，以環保和節能為特征的綠色建筑和與之相應的空調系統應運而生。而熱泵系統正是滿足這些要求的中央空調系統之一。水源熱泵具有節能、經濟、運行可靠等特點。目前，國內已有多家水源熱泵的專業生產廠，水源熱泵空調系統的應用范圍正在逐步擴展。

　　水源熱泵技術可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熱能而形成的低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，即通過少量的高位熱能的輸入，把不能直接利用的低位熱能轉化為可以利用的高位能，從而達到節約部分高位能的目的。另外，地熱做為一種清潔能源用于采暖，在我國北方城市發展迅速。但是地熱供暖后普遍存在著排放溫度過高的現象，針對這一問題開發利用高溫或中高溫熱泵技術，既解決了熱污染問題，又增加了供熱面積，可謂一舉兩得。

　　在國外，水源熱泵技術已經相當成熟;在我國，對于水源熱泵技術的研究也已經起步，尤其近些年水源熱泵技術在工程中的應用已經取得了很多的設計運行經驗，而且無論是熱泵機組還是熱泵技術都在不斷的改進和提高。

　　二、水源熱泵的特點

　　水源熱泵基本上克服了空氣源熱泵的缺點，并且具有如下的特點：

　　(1)屬于可再生能源利用技術

　　水源熱泵是具備了利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500 倍還多(地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量)，而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散地相對地均衡。這使得利用儲存于其中地近乎無限地太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

　　(2)便于計量和收費

　　空調用電負荷在用戶位置，因此便于空調的計量與收費。這對于用戶合理使用空調系統，節約空調系統的能耗，公平、公正、公開地攤派空調運行管理是很有利的。

　　(3)運行安全可靠

　　水源熱泵機組的空調系統是可以基本保證全年按用戶的需要開啟空調系統，特別是春秋空調過渡季節均能運行，也就相當于四管制空調系統。一般，水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。水體夏季作為空調的冷源，冬季作為空調的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

　　(4)高效節能

　　水源熱泵機組可利用的環境水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環境溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，機組效率提高。據美國環保署EPA 估計，設計安裝良好的水源熱泵，利用江河湖水等，供熱制冷空調的運行費用可降低30-40%。

　　(5)靈活應用

　　有的建筑物內，特別在過渡季節，部分區域需要供冷，部分區域需要供熱，水源熱泵可以同時供冷和供熱，可以實現建筑內冷熱量的轉移和平衡，從而系統少用能源。

　　(6)環境效益顯著

　　水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發電時，消耗的是一次能源，其所產生的污染物和二氧化碳等氣體會對周圍的環境產生影響。所以節能實際上也是減少了污染。

　　三、水源熱泵系統的管路設計

　　水源熱泵空調系統的設計與施工是一項系統性工作，需要從多方面來分析這一工程的特點。

　　1、水源熱泵系統管路設計的特點

　　水源熱泵的管路設計相對于空氣源熱泵來說，具有明顯的特點，主要體現在以下幾點：

　　(1)開、閉式兩種形式的轉換

　　水源熱泵系統通常由開式(夏季)和閉式(冬季)一套管路兩種形式，季節轉換，即開、閉式系統形式的轉換。

　　①夏季利用開式的原因，開式冷卻塔遠比閉式冷卻塔便宜，如采用板式換熱器，則多了一套水循環系統。另外，板式換熱器的冷卻水往往達不到熱泵機組進、出水設計溫度的要求。但是閉式冷卻塔可以保證水質不受污染，所以采用開式冷卻塔時要注意水的除垢問題。

　　②季節轉換，可通過管路系統中合理設置的閥門進行切換。

　　(2)管徑的確定

　　水系統管路各管段管徑的確定，在水力計算中，應按夏季工況考慮，(指長江流域等冬冷夏熱地區)因為夏季的水流量遠大于冬季工況。應計算出合理的管徑，這樣即可以避免管材的浪費，又可以使初投資降低，節約資金。

　　(3)同程式系統

　　設計時，水環路盡可能地采用同程式系統，這樣初投資費用雖然有所增加，但有利于保持環路的阻力平衡，這樣空調系統運行效果更加良好。

　　2、水源熱泵系統中的構件布置

　　水泵一般布置于輔助設備(如冷卻塔、鍋爐等)和水源熱泵機組之間，這樣布置可使機組的供水管處于水泵的壓水段，而補給水管處于水泵的吸水段。

　　水源熱泵系統中，水管路系統的設計與施工非常重要。一般來說，系統配件管路的造價在整個系統總造價中所占比例很大，因此需盡可能合理地布置管道。

　　四、水源熱泵在地熱工程中的應用

　　1、熱泵設計選型

　　某工程供熱面積13.3 萬平米，地板采暖，采暖設計負荷5120kW。地熱可提供熱量1745kW,熱泵調峰熱量3375kW，調峰設計負荷比65%。設計選用兩臺常溫型熱泵機組，設計工況下制熱量分別為1670kW 和1740kW。

　　2、熱泵調峰系統設計

　　常見的熱泵供熱工程利用水源均為淺井水，淺井水水源溫度穩定，水質較好，能直接進入熱泵系統利用;但該工程的特點是現場有地熱井，一級供熱后地熱尾水溫度較高，流量大，直接排放不僅會造成一定的熱污染，而且對地熱資源的利用率也較低。因此為提高地熱利用率，該系統設計利用地熱尾水做為水源熱泵機組的水源，熱泵機組用于地熱供暖系統調峰。

　　地熱尾水一般均具有腐蝕性，需加裝換熱器才能與熱泵機組連接，而且地熱尾水的溫度和流量也會受到地熱采暖系統的影響，隨著運行工況而變化。

　　由廠家進行選型設計，兩臺機組蒸發器側并聯，冷凝器側串連，設計工況下蒸發器進出口溫度18/11℃，冷凝器進出口溫度38.7/44/50℃。

　　3、工程環保及節能性

　　地熱作為一種潔凈環保的新能源，越來越多的應用于人們日常的生產、生活中，已經成為補充或替代常規能源(如煤、石油、天然氣等)的優良能源形式。充分合理地開發利用好地熱資源，不僅具有社會和環境效益，更能帶來可觀的經濟效益。

　　該工程項目供熱基礎熱源為地熱，調峰熱源選用水源式熱泵。熱泵機組通過輸入少量的電能，從低溫熱源進一步提取熱量供至用戶，能源利用方式環保無污染，是典型的環保供熱工程項目。

　　提高地熱利用率另一個途徑是降低地熱水排放溫度，該項目即是利用熱泵設備實現了這一目的。熱泵是消耗高品位能源—電能，將低品位熱能轉換為較高品位熱能的節能裝置，高效、節能、環保是其突出的優點。熱泵用在地熱水供熱系統中，可以從放熱后低溫的地熱尾水中再次取熱，使地熱尾水再次降溫，達到較低的排放溫度，從而充分利用地熱資源。

　　參考文獻：

　　1 徐偉，等譯，朗四維，校.地源熱泵工程技術指南.北京:建筑工業出版社，2001

　　2 丁衛東，袁魯濱.水源熱泵技術在供熱空調工程中的應用.節能，2002(5)