水源热泵的工程应用探讨

沈 艳 张晓琼

（西南电力设计院，四川 成都 610021）

水源热泵的工程应用探讨

沈 艳 张晓琼

（西南电力设计院，四川 成都 610021）

本文通过分析水源热泵系统的工作原理、主要优点及应用的限制条件，结合其在工程中的应用，对水源热泵技术的应用要点进行探讨，总结归纳水源热泵技术应用中的技术特点，了解水源热泵技术的节能性。

水源热泵 主要特点 技术思路 节能

1 序言

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源的低温热源为能源，并采用热泵原理，通过高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。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。所以，开发、推广应用水源热泵技术对建筑节能和环保工作都有着非常重要的意义。

2 工作原理

如图 1[1]所示，在夏季制冷模式下，热泵机组遵循卡诺循环原理，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来后，进入水/制冷剂，经压缩机压缩后，进入冷凝器，放出凝结潜热后,变成液态，再经蒸发器调整阀,进入蒸发器，吸收用户水汽化潜热，最后流回压缩机中，这样，周而复始地循环，使客户端循环水系统的水温降低20～24℃，达到空调制冷的目的。制热原理与制冷原理相同，只是将用户水循环切换成在冷凝器流过，将水源水循环切换成在蒸发器流过，达到制热目的，如图2[1]所示：

图1 制冷原理

图2 制热原理

3 主要性能优点及应用限制

3.1 水源热泵机组的主要性能优点[2]

水源热泵具有高效、节能、运行费用低、无任何污染、机房占地面积小、维护费用低、运行维护十分简便、属可再生能源利用技术的优点。

3.2 水源热泵机组的应用的限制条件

当然，和所有事物一样，水源热泵也并非是十全十美的，其应用也会受到制约。由于可利用的水源条件限制、水层的地理结构的限制及投资的经济性等方面的原因，水源热泵的应用也受到相应限制。

4 技术思路

对于工程地点是否适合采用水源热泵系统，首先得了解工程所在地的水文数据等相关信息，包括水温、水量、水质、取水点与工程地点的位置等参数[3]。因此，在进行系统设计之前，需要对取水点的水温与水量进行详细的现场测试。

4.1 水温与深度的关系

图3和图4为某水库在过渡季节和夏季的不同深度的实地测试水温情况[2]。

图3 过渡季节不同深度与温度的变化关系图

从上图中可知：水温随着深度的变化出现了分层现象，水下1米处的温度在21℃～22℃范围内波动，在水下2米，3米，4米的温度分别在19℃～20℃，16℃～17℃，15℃～16℃的范围内波动。很显然，如果将水源热泵机组的取水口放在这些深度范围内，水温分层的现象很容易引起机组的运行工况很不稳定，导致压缩机不断地载入和卸载，从而使机组的运行效率降低，机组的使用寿命缩短。在5m以下的水温受气温的影响很小，波动不是很明显，大都在 13℃～14℃的范围内变化，在这种深度下的水体很适合作为水源热泵的冷却水，从而带来巨大的节能效益。

图4 夏季不同深度与温度的变化关系图

从图 4[2]可以看出：相对于过渡季节来说，由于太阳辐射强度的增加从而导致夏季的气温和水温都有明显地上升。在夏季，该地区的气温都在35℃左右变化，而水面的温度则达到了30℃以上，比过渡季节的水面温度升高了将近10℃。夏季由于雨水充沛，水库的水位也有1米左右的升高。水面以下3米范围内的水温也比较高，都在30℃左右变化。而3米以下的水温随着深度的增加而降低，且降低幅度很明显。到水下7米时，其温度在17℃左右，与大气的温差高达18℃。很显然，在夏季采用水源热泵空调系统相对于风冷热泵来说存在着巨大的节能优势。

4.2 水质要求

水源热泵系统对水质的基本要求是：水质澄清稳定、不腐蚀、不滋生微生物和不结垢等。水源中对水源热泵机组的有害成分有：铁、锰、钙、镁、二氧化碳、溶解氧、氯离子、酸碱度等[2]。目前我国对水源热泵所用水源的水质尚无明文规定。参考国家冷却水水质标准(GB50050-1995)[4]及某些水质的有关规定，提出水源热泵用水水质参考标准，如表1所示。

表1 水源热泵用水水质参考标准

对于系统的取水处理应进行仔细的考虑。除要选取合理的取水构筑物外，还应在系统中设置除砂器和高效过滤器，用以除砂、降低水体浊度等，并设置综合水处理器，用以实现防垢、除锈、杀菌、灭藻、过滤等作用，从而使水经过初步处理后进入空调热泵机组。

4.3 取水构筑物

取水点与工程地点的相对位置直接决定了地表水水源热泵空调系统中的取水方式，它是影响系统投资经济性和运行可靠性的重要因素。取水构筑物按结构形式可分为活动式和固定式两种。取水构筑物受水源流量、流速、水位影响较大，施工较复杂，要针对具体情况选择施工方案。

5 结语

水源热泵系统充分利用地下水储热量大、换热效果好的特点，可以广泛应用于生活、生产、工矿企业等领域，特别是火力发电厂，可极大的社会效益和经济效益。但是水源热泵的推广应用需要更多的各个专业各个领域的人共同努力共同配合, 从政府政策、主机设计制造系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与, 才能使水源热泵广为应用。

G322

B

1007–6344（2015）01–0350–01

女，1983.1.1，工程师，从事电力勘察设计