空气源热泵与水源热泵特点分析及应用

赵恩荣 徐广才

通用技术集团工程设计有限公司 山东 济南 250031

为了提高室内环境的舒适程度，对室内温度进行针对性控制能够达成较好的体验效果。传统的采暖系统和空调系统在运行过程中都会出现功耗较大的情况，并且现阶段此类装置被大规模投入，其所使用的能源都是通过化石能源燃烧形成的，在能源产生的过程中会造成一定程度的环境污染，化石能源的消耗也不符合可持续性发展的需求，因此在现有暖通供暖系统的基础上，通过加入新的设计要素对这些传统的温度控制措施进行优化。一方面降低该系统在运转过程中所需消耗的能源，提高原料的使用效率，达到更好的能源输出水平，同时减少化石能源的消耗，减少在供暖过程中所造成的能源消耗和环境污染。采用更加环保节能绿色的方式来进行温度调节，在确保室内温度舒适的前提下，又能够与周边环境形成友好关系。

1. 空气源热泵与水源热泵的特点分析

1.1 空气源热泵

该类型热泵由电动机驱动，利用空气中存在的热量作为低温热源，经过空调蒸发器进行热交换，通过循环系统提取其中的热量。利用基础的循环装置，将热量转移到建筑物内需投放的区域。

1.1.1 优点

空气源热泵结构较为简单，安装迅速并且很多结构是模块化形式，不需要单独为其设置机房进行组装，可以在更多空间条件下进行布置。而且结构简单带来的另一个好处在于其占地面积也能够得到更好的控制。

整体控制管理机制较为明确，进行操作管理时，出现故障和误操作的可能性较低，并且空气源热泵有自动控制系统的集成，可以根据布置在节点的感应器对周围环境进行密切监控。同时与中央控制系统的联动，自动完成温度调节和流量调节。这样一来，工作人员的劳动强度可以大大降低，人为干预的次数减少，节约了相应的人力成本投入。机械在接受和下达指令方面所需的等待时间更短，可以有助于提升系统整体的工作运行效率，还可以规避由于人工失误操作而产生的低级错误。

与燃气和燃煤锅炉相比，采用空气源热泵能够实现污染控制。在其投入使用的过程中不会像空气排放硫化物氮化物，可以更好的保护周围环境，因此即使在人口密集区也可以投入使用，特别适合新型社区的使用环境。在自动化智能化技术的价值下，可以实现单一中心节点覆盖一大片区域的使用状态，这样一来就可以在人工成本投入方面取得较好的收益，并且智能控制系统的加入能够实现更加精确的能耗控制。符合未来该类型装置控制发展的方向，在现阶段通过总结经验的方式，能够为未来的全面普及打好基础。

1.1.2 缺点

由于该类型热泵设备与空气之间会直接换热，所以一般设备会被安装在室外。对于外部美观有要求的建筑物，使用这种设备要谨慎，可能会破坏其外观装饰效果。需要在设备外部进行特殊处理，例如设置遮挡物，遮挡对象一般是百叶，而对百叶进行遮挡又会直接影响机械是使用效率。因此在对其进行遮挡时要考虑到百叶不同运行状态受遮挡后的影响程度，尽可能避免由于遮挡而造成百叶运行状态失调，产生安全隐患。由于空气热源泵采用的是对流式室内末端，因此热舒适性和传统散热器相比较差。即使能够通过对使用区域的温度变化情况进行反馈调节，但由于整体产生的热量调节幅度有限，所以依然会与传统的制暖装置效果有一定的差距。在我国北方地区冬季外部气温长时间处于零下，很容易在机体外表出现结霜热泵，化霜工作时不但不能制热，还会产生较大的噪音。当工作环境处于零下10℃以及更低的环境时，空气热源泵机组的工作效率会急剧下降，甚至会出现不能启动的情况。

1.2 水源热泵

水源热泵的工作原理是利用地表浅层水源，例如地下河，地下水和湖泊所吸收的太阳能以及地热能形成的低品位热能资源，采用热泵原理通过少量高位电能输入，实现低位热能向高位热能进行转移。

1.2.1 优点

水源热泵的能量来源主要来自于地表水取之不尽，用之不竭。与传统的燃气锅炉相比，整个取暖过程不需消耗额外的化石资源，驱动力也仅需少量电能即可完成。对所处区域的环境很友好，整个水泵运转过程也能够实现节能高效的运行状态。不会额外出现污染情况，并且省去了为基础构造锅炉房和附带设施的时间和空间，既节约了建筑成本，又降低了成本投入。而且水源热泵在运转过程中不会出现任何污染环境的物质，具有明显的环保优势。

1.2.2 缺点

水源热泵系统的使用与所属地区地下水水位、水量、水温息息相关，在水资源充足的地区，其使用没有明显限制，但容易受到水位变化的影响。如果当地水资源不稳定，就会影响到机组工作的稳定性和热效率。由于过于依赖地下水，如果地下水质不适合基础运行就会导致基础设备使用寿命急剧缩短，例如投入使用的地区地下水质含盐量较高或pH值超过了机组推荐使用范围，亦或是地下水中含有较多泥沙都会对机组结构件造成磨损和破坏，缩短使用时间，并增加了后期运营维护所需投入的成本，为机组运行可靠增加了不确定性因素。

对于供暖功能敏感的区域位置就不能采用这样的方式进行供暖，否则可能会产生严重的后果。常见的水源热泵系统能够提供的供热温度上限受到运行效率的限制，一般只能达到45摄氏度，对于散热器和空调机主而言，这一温度属于较低水平，只适用于地面辐射供暖系统。当服务对象属于对供暖要求更高的情况，这种热泵就无法实现其设计功能预期。在实际使用过程中，这种供暖方式一般只能作为辅助因素加入，为了达成既定的温度调节目标，还需要投入一部分传统的制热装置。

1.2.3 小结

即便如此，在加入新的供暖方式之后，也确实能够使供暖装置的能源消耗率降低明显的百分比，实现对化石能源的节约使用，有效降低了过程中所需消耗的能源数量，减少对外环境的污染。在实际应用过程中，已有的温度控制系统完全可以利用，节约前期的成本投入规模。同时使温度控制状态能够更加稳定。

2. 工程实例介绍

为了让更多的读者能够了解到该类型机主在投放使用过程中的注意事项及重点难点文章列举作者实际参与的工作经验，通过实例分析的方式，帮助大家更加准确的了解到对两种热泵使用效率可能造成影响的因素。

作者所参与的改造项目热泵系统原有建筑面积43,000m2，新建建筑面积为23,000m2。园区内主要功能为温泉度假酒店项目所处区域已有温泉水井，可以通过对原有的水源供热系统进行改造来实现基本需求，考虑到酒店洗衣房对于蒸汽需求以及日常温泉加热，项目部对于施工区域现有的一座可以正常投入使用的锅炉房，也进行了相应的利用。由于原有的锅炉房距离建筑物较远，为了达到更好的控温效果，在项目实施阶段选择采用空气源壁挂式分体空调。这样做的好处是可以尽可能减少外线手续铺设的长度，节约施工成本，并且能够减少在管线中出现的能量消耗。

2.1 工程区域气象参数

施工所在的北京丰台区，属于大陆性半湿润季风气候，冬季外部平均温度为-10℃，年平均温度为11℃，夏季室外的平均温度为33.5℃。

2.2 主要设备设计参数

2.2.1 螺杆式水源热泵机组选型

为达到较为稳定的制冷效果，同时是为了适应施工建设面积，选择采用4管制系统来进行温度控制，同时增加两组螺杆式水热泵机组。加上施工区域原有的三台。冷水源泵机主合计质量可以达到3,329kw，其余的热量由锅炉房进行补充，供暖系统选择蒸汽热水板式换热器来进行。

两台新增的制冷技术为主要的制冷装置，主要是承担系统供冷功能，在调节供的高峰期，由于荷载的限制有所欠缺，因此需要串联一台原有基础，以确保在高峰期时效果能够满足需求。

2.2.2 采暖板式换热器

选择可拆卸的汽水换热器装置两套作为供暖装置，可以负担供暖任务中70%的份额。根据板块工作压力和供气选择相适宜的蒸汽减压阀，在前部后部加入阀门和压力表。在出口处安装泄压安全阀，确保换热器工作稳定，经测量蒸汽减压阀出口压力为0.4Mpa，进口压力为0.6Mpa。换热器二次热水温度可以达到55℃，在二次热水进出口加装有热力变送器和温度传感器，能够向监测中心实时传输当前热水温度和流经区域的温度分布情况，帮助控制中心人员掌握全局供热效果，及时调整供热等级。

2.2.3 系统循环水泵

为了节约能耗，提高热量使用效率，在原有基础上增加了水源热泵循环供暖系统。由于系统中自带有采暖循环水泵，所以不需再额外加入，采暖板换二次进口管道。

2.2.4 生活系统热水板式转热器

选择两台可拆卸板式汽水换热器，每台负担70%的热负荷，换热面积能够达到50㎡，管口直径选用DN80，二次热水温度可以达到60℃。

结束语：

采用空气源热泵与水源热泵，可以对现有温度调节系统进行有力的补充，并且过去的温度调节装置在使用过程中伴随着能源消耗和环境污染问题，而本文所介绍了两种新型技术，则可以在这方面实现与周围环境的友好发展。