承德市水源热泵系统应用现状及发展前景分析

时秀梅，党桐，吴振岩

（1.河北省承德水文水资源勘测局，河北承德067000；2.河北省水文水资源勘测局，河北石家庄050001）

承德市水源热泵系统应用现状及发展前景分析

时秀梅1，党桐2，吴振岩1

（1.河北省承德水文水资源勘测局，河北承德067000；2.河北省水文水资源勘测局，河北石家庄050001）

水源热泵系统是一种通过抽取浅层地下水、利用地下水的热能资源、冷暖两用的高效节能空调系统，具有高效、节能、环保、洁净、经济等特点，承德市自引进水源热泵系统后发展迅速。系统阐述了水源热泵系统在承德市的应用现状和存在的问题。

水源热泵；环保；节能；可再生能源；城市

水源热泵系统是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活污水、海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制热，还能24 h提供生活热水，是一种高效环保的建筑节能技术。

1 水源热泵系统发展历史

国外水源热泵系统的发展历史可以追溯到1912年瑞士Zoelly提出的“地热源热泵”的概念。热泵系统利用天然冷、热能源且不损耗能源，引起了西方国家的普遍重视，并投入大量资金进行技术开发。1948年，第一台地下水源热泵系统在美国俄勒冈州波特兰市的联邦大厦投入运行。在其后的几十年中，这项技术得到了更为广泛的应用。水源热泵以其无污染、节约能源的特点，受到了人们的青睐，进入了黄金发展时期。国际能源机构和欧洲共同体都制订了大型水源热泵发展计划并在欧洲迅速普及。

我国的水源热泵系统于20世纪90年代末兴起，目前全国已有数千个成功的工程。在华北地区，越来越多的中国用户开始熟悉水源热泵系统，并深感兴趣，主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用，另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。

2 水源热泵系统基本工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源，如地下水、河流和湖泊中吸收太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，根据卡诺循环原理，借助压缩机系统，通过少量的高位电能输入，不断将水源水中大量取之不竭但又不易利用的低品位热能置换出来，使其变成可利用的高品位热能，实现低位能向高位能转移的一种可再生能源利用技术。

地球表面浅层水源如深度在1 000m以内的地下水和地表的河流水、湖泊水及海洋水，吸收了太阳进入地球的辐射能量，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，可以高效地带走热量；而在冬季则从水源中提取能量，基于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。

3 水源热泵系统效益分析

（1）属于可再生能源利用技术。水源热泵系统提取浅层地下水制冷制热，地下水作为循环用水进行热量交换，然后回灌，属于可再生能源利用的技术。

（2）高效节能。承德市浅层地下水温度冬季为11～14℃，水温比环境温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。承德市夏季地下水温度为13～16℃，水温比环境温度低，所以热泵制冷的冷凝温度降低，使其冷却效果好于冷却塔式和风冷式。通常水源热泵消耗1 kW的能量，用户可以得到4 kW以上的热量或冷量。能效系数COP值（供热量与输入功率的比值）可达4以上。

（3）属低碳环保设备。随着节能环保意识的提高，人们逐渐认识到利用传统的锅炉房烧煤来取暖，不仅污染环境，而且后期运行维护费用相对也高。而水源热泵系统污染明显减少。运行良好的水源热泵的电力消耗，夏季与空调相比可下降40%以上，冬季与大供热相比可下降25%以上。由此可见，水源热泵系统是低碳环保设备。

（4）自动运行。水源热泵机组由于工况稳定，所以可以将其设计为简单的系统。水源热泵机组部件较少，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15年以上。

4 水源热泵系统在承德市的应用现状

承德市自2000年左右引进了水源热泵系统后发展迅速。具有餐饮服务场所的金都绿洲商务会馆、乾阳大酒店、盛华大酒店、京城大酒店等企业，具有办公性质的承德市110指挥中心、承德市商业银行、承德市烟草大厦等单位，具有公益性质的承德市中医院，具有住宅性质的承德百合园小区、卧龙山庄一期工程等先后安装了水源热泵系统。水源热泵主机多采用承德市本特、清华同方、克莱门特等品牌。所有用水均采用滦河及其支流河谷浅层地下水。抽水井、回灌井井深在10～20 m，井径为30～100 cm。抽水井与回灌井比有1∶1、1∶1.5、1∶2等。制冷期一般为6月中期—8月底，供热期一般为11月初—次年3月中下旬。供热期间进入主机的水温在11～14℃，回灌到地下的水温在6～9℃；制冷期间进入主机的水温在13～16℃，回灌到地下的水温在18～22℃。

5 水源热泵系统应用和推广的发展前景分析

承德市委、市政府高度重视可再生能源，为了加快可再生能源的发展，2009年12月，承德市政府制订了《承德市可再生能源建筑应用发展规划（2010—2015年）》，明确全市累计新增可再生能源建筑面积1 200万m2，其中热泵技术应用建筑面积650万m2。承德市正在申报国家级可再生能源应用建筑示范城市，目前已通过省级答辩。承德市主要建设区及建成区建筑沿河地段浅层地下水含水量大、含水层较厚、富水性高、水质较好、水温适宜、回灌速度快，非常适宜开发水源热泵技术。

6 水源水质水量分析

水源热泵使用的地下水水质应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损害。

一些水源含有泥沙、有机物与胶体悬浮物，使水变得浑浊。水源含沙量高会对机组和管阀造成磨损。含沙量高和浑浊度高的水用于地下水回灌会造成含水层堵塞。用于水源热泵系统的水源，含沙量应＜1/20万，浊度应＜20mg/L。水源水的酸碱度、硬度、矿化度对机组材质也有一定影响。水源热泵水源水的pH值应在6.5～8.5，总硬度应＜500mg/L，矿化度应＜3 g/L。

根据滦河市区段及武烈河市区段地下水水质监测资料可知，承德市地下水相关指标均符合水源热泵的用水要求。

通过各水源热泵用水单位的抽水量和回灌量分析发现，水源热泵系统抽水量基本回灌地下，耗水量很小，为微耗水项目。承德市建成区位于武烈河及滦河河谷，河流集水面积大，地下水渗透性强，浅层地下水水量丰沛。

7 存在问题

近几年，水源热泵系统在承德市得到了迅速应用，虽然它是一种环保、节能、高效、先进的空调方式，但对于利用地下水这种资源仍存在一些需要注意的问题。

（1）地质问题。大量应用水源热泵，如无可靠的地下水回灌，将会引发严重的后果。地下水的大量开采会引起地面沉降等地质问题，地面沉降除了对地面建筑设施产生破坏作用外，还会产生河床升高等其他环境问题。对于水源热泵系统，若严格按照政府主管部门要求实行地下水100%回灌到原含水层，那么总体来说地下水开采补给是平衡的，一般不会因为抽灌地下水产生地面沉降。但在实际过程中，由于回灌井数量不够或者质量不高，回灌不完全的问题没有从根本上解决，极有可能出现地下水直接排放的情况。一旦出现环境地质问题，往往是无法弥补的。

（2）水质问题。目前，水源热泵系统地下水回路不是严格意义上的密闭系统，回灌过程中的回扬、水回路中产生的负压和沉砂都会使地下水与外界空气接触，导致地下水含氧量升高，地下水含氧量的变化可能会引起地质化学变化、地质生物变化等问题。另外，地下水回灌后的温度、压力的变化是否会影响其热力学平衡、地下热环境会对区域地下水生态带来什么影响，至今还没有权威的结论。

8 结语

水源热泵系统有其优点也有其缺点，在其应用过程中应采取适宜本地区的热泵机组。随着科技的发展，环境和能源问题越来越受到社会的重视，水源热泵系统作为一种可持续发展的绿色能源技术，有着高效节能、低碳环保的特点，受到全社会广泛关注。随着水源热泵系统的逐渐增多，相关部门应建立跟踪监测系统，对使用水源热泵引起的水温、水质变化等进行监测，以利于保护地下水资源。

[1]李培月，吴健华.地下水环境问题及其防治对策[J]．环境科学与管理，2010，（4）：16-19.

TV213.9；P641.8

B

1004-7328（2014）06-0057-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.021

2014-08-15

时秀梅（1975-），女，高级工程师，主要从事水资源监测与评价工作。