水源热泵的特点与应用展望

水源热泵是一种利用地表水（海水、湖水、河水）或地下水作为能量来源为建筑制冷或制热的系统，使用功能类似中央空调，但是不需要消耗传统的能源（电、煤、燃料油等），而且不产生污染。

由于水源热泵节能环保的特征，已经在发达国家得到了广泛的应用，其中美国、瑞典、瑞士等国应用最为普遍，中国在1996年之后开始应用这一产品，2005年建设部开始大规模推广，大连市已经确定了500万平米以上的建筑使用海水热泵，总投资估计可以达到12-15亿元。

水源热泵在发达国家的应用

地源热泵的研究虽然从1912年就已开始，但直到20世纪70年代初世界上出现第一次能源危机，它才开始受到重视。地源热泵技术始于1912年瑞士Zoelly提出的“地热源热泵”概念。20世纪50年代欧洲和美国开始了研究地源热泵的第一次高潮，直到20世纪70年代，世界石油危机使得人们关注节能、高效用能，地源热泵的推广应用迅速展开。

至19世纪80年代初期，热泵在美、日、德、法、及其它发达国家均得到了广泛的应用，并逐步形成了欧洲重点发展大型热泵机组或热泵站的优势明显，美、日在中小型热泵装置方面领先的格局。但热泵在世界范围内的大规模商业应用是最近20年的事。在美国，地源热泵系统占整个供暖空调系统的20％，是美国政府极力推广的节能环保技术。目前美国地源热泵的销售数量以每年20％的速度递增。同时出现了多家生产地源热泵及供热制冷系统的著名企业，如：

Waterfumace、Geothermal DX、ydron等。在中、北欧国家，地源热泵主要用于室内地板辐射供暖和提供生活热水，尤其是瑞士，在家用供热装置中，地源热泵所占的比例很大。

到2004年，在美国，水源热泵已经占到住宅取暖（制冷）系统的23％以上，而且还在以每年15％以上的速度增长，而在瑞典、瑞士等北欧和中欧国家，水源热泵所占的比例更高。

在中国的推广应用

在我国，地源热泵的研究起始于20世纪80年代，最近几年该项技术成了国内建筑节能及暖通空调界热门的研究课题，并开始大量应用于工程实践。1996年至今，在北京、山东、河南、辽宁、河北、江苏、浙江、湖北、上海、西藏等地都有地源热泵工程建成，全国地源热泵系统的应用面积到2004年底已经超过2000万平方米。

在2005年之后，中国水源热泵的应用明显加快，由于这项技术已经非常成

熟，在中国即将进入大规模推广应用阶段。建设部已经在2005年确定了大连作为大规模推广水源热泵的试点城市。大连市已经确定了500万平米的试点地区并且准备进一步推广。按照每平米280元的投资估算，大连市近期对于水源热泵的投资将会达到14亿元。

另外，建设部准备进一步推广水源热泵的使用，按照水源热泵的技术特点，未来在沿海较发达城市（大连、秦皇岛、青岛、烟台等）以及地表水丰富的南方地区都能够得到广泛的应用。根据从公开资料获得的信息，青岛将有150万平米以上的建筑采用水源热泵技术，而其他沿海城市也有类似的投资计划。

由于缺少一些资料，目前还不能准确计算未来的工程量或者投资额。不过如果每年使用水源热泵的建筑面积达到当年竣工面积的1％，那么也应该有1300万平米以上，投资达到50亿元。

由于水源热泵的使用成本远远低于传统的制冷或者供热系统，而且国家未来将会大力扶持这一品的发展，预计该产品在沿海地区以及水源比较丰富的地区都会得到广泛应用 一、水源热泵技术的概念和工作原理

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。

地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。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。

水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。

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，水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，中国的水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。

在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。

二、水源热泵的特点

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，所以其具有以下优点：

1、属可再生能源利用技术

水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。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。 产2、高效节能

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，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18～35℃，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30～40％的供热制冷空调的运行费用。 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等难点问题。 4、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。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少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，水源热泵机组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。 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。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的采暖、空调。 6、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年以上。当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。 ⑴、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。 ⑵、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件，保证用后尾水的回灌可以实现。 ⑶、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。 。三、国内外水源热泵的发展及特点