水源热泵工作原理及特点

论水源热泵的特点及发展前景

摘要: 本文论述了水源热泵空调系统现状，技术原理，技术特点，应用及存在的问题进行分析，并展望了水源热泵系统的发展前景，非常值得我们去研究探讨。

关键词：能源利用；存在问题；技术优点；发展前景；

近年来，随着全球经济的迅速崛起，温室效应和臭氧层枯竭等威胁这人类的生存，这些都与各国的能源产业结构有直接关系。而我国的能源紧缺、能源利用率低、浪费能源等问题直接导致大气中的二氧化碳增长，致使大气层温度不断升高，从而导致了大自然无法保持正常的生态平衡。本文从节能环保的角度出发，对水源热泵技术进行深入研究，有效提高能源利用率，同时也可以改善大自然的环境。

1水源热泵的技术原理

根据热力学第二定律，把高品位的能量作为低品位能量使用是不等位交换，是一次能源的浪费。热泵是利用那些温度太低而不可能被其他的设备加以利用的热量的唯一系统，是一种从低温热源吸取热量，使其在较高温度下，作为可利用的有用能源的装置。热泵技术正是开发和强化高质量能源利用率的重要手段，是我们获取可再生能源，维护生态平衡环境的有效手段之一。

水源热泵，是将蕴藏于江河，湖泊，深井水，地表水中的大量不可直接利用的低品位热量提出，采用热泵技术原理，变成可以直接利用的高品位热能的装置。水源热泵供热空调系统主要由二部分

组成，即室内制冷制，热系统和室外的冷热源系统。地球表面浅层水源地下水，地表的河流，湖泊和海洋中吸收了太阳进入地球相当的辐射能量，并且水源的温度都十分稳定，水源热泵的工作原理就是在夏季将建筑中的能量转移到水源中，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种。水源热泵机组可利用水体的温度，冬季一般为12~22℃，水体温度比环境空气的温度高；而夏季一般为18~35℃，水体的温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，能效比也因此提高，水源热泵机组可供暖，空调，同时还可以供生活热水，一机多用，一套系统可以替代传统的锅炉加空调二套甚至更多的装置。

水源热泵优点

1、高效节能

水源热泵是目前空调系统中能效比(COP值)最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4~6。

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。而夏季水体温度为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，从而提高机组运行效率。水源热泵消耗1kW.h的电量，用户可以得到4.3~5.0kW.h的热量或5.4~6.2kW.h的冷量。与空气源热泵相比，其运行效率要高出20~60%，运行费用仅为普通中央空调的40~60%。

2、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。

3、节水省地

以地表水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

4、环保效益显著

水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。

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1 / 2 水源热泵工作原理

图2：水源热泵机组的工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，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。

水源热泵机组工作的大致原理是，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，则从水源中提取热量。

其具体工作原理如下：在制冷模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向冷却水（地下水）中放出热量,形成高温高压液体，并使冷却水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收冷冻水（建筑制冷用水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使冷冻水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在蒸发器中获得冷冻水。

在制热模式时，高温高压的制冷剂气体从压缩机出来进入冷凝器，制冷剂向供热水（建筑供暖用水）中放出热量而冷却成高压液体，并使供热水水温升高。制冷剂再经过膨胀阀膨胀成低温低压液体，进入蒸发器吸收低温热源水（地下水）中的热量，蒸发成低压蒸汽，并使低温热源水水温降低。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高温高压气体，如此循环在冷凝器中获得供热水

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图1：地源热泵技术示意图

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浅谈水源热泵技术

作者：王颖 马莹

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第04期

摘要：近年来，随着我国现代化建设步伐的加快，空调设备使用的日益广泛，一直困扰人们的能源问题、环保问题也日益突出。因此，增加可再生新能源利用比例以及减少环境污染成为人们关注的重要课题。水源热泵系统是值得积极推广应用的一项以节能和环保、可再生能源利用为特征的先进技术。

关键词：水源泵 技术

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。

1、水源热泵工作原理及其系统构成

水源热泵系统的工作原理是从周围环境中吸收热量而传递给被加热的对象，其工作原理与制冷机相同，按热机的逆循环工作，所不同的只是工作范围不同，对于热泵来说就是可逆的冷冻循环，正循环时由需要的制冷空间吸热而将其热排弃到空气或水中，称为制冷工况，逆循环时则向外界的空气或水中吸热而传递到需要采暖的房间称为制热工况。因为水体温度比较恒定，使得水源热泵系统运行稳定可靠、不受外界气候变化的影响，高效节能，且不存在空气源热泵冬季除霜的难点问题。因此，水源热泵系统是值得积极推广应用的一项以节能和环保、可再生能源利用为特征的先进技术。

（1）制冷工况：制冷时恒温控制器启动风机，打开换向阀示制冷方向，此时低温低压的冷媒进入压缩机压缩成高压气体，再经换向阀进入冷媒（水的散热器）而冷凝成液体。冷媒通过毛细管而进入冷媒（空气的蒸发器），蒸发成为低温气体，该气体吸收从风机吹过盘管的空气之热而使温度降低，循环不断往复进行制冷。

（2）采暖供热工况：采暖供热时，冷媒液再经过一个细管而进入冷媒蒸发器，吸收循环水热能而蒸发为低温气体，低温低压的冷媒气体经过反向阀进入压缩机入口成为下一循环的开始往复循环采暖供热。