浅析水源热泵技术及其特点
摘要：简述了水源热泵的基本工作原理及其系统的特点，并介绍了水源热泵在推广应用中存在的问题。
关键词：水源热泵 工作原理 系统特点 存在问题
0 前言
当今社会环境污染和能源危机严重地威胁着人类的生存与发展，如何理解这一问题已成为全人类的头等课题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之 相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，国内已有多家水源热泵的专业生 产厂，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。
水源热泵技术可利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太阳能和地热能而形成地地位热能资源，并采用热泵原理，即通过少量的高位热能的输入，把不能直接利用的地位热能转或为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能的目的。
在国外，水源热泵技术已经相当成熟；而在我国，对雨水源热泵技术的研究才刚刚起步，同国外相比，还存在着差距。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。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可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。
1 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、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温地位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实 现低位热能想高位热能转移的一种技术。地下水源热泵系统的低温热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。热能机组冬季从生产井提供的地下水中吸热，提高品 位后，对建筑物供暖，把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方，取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季，则生产井与回灌井交换，而将室内余热转移 到低温热源中，达到降温或制冷的目的，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。
由于较深的地层不会受到大气温度变化的干扰，故能常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外空气温度，也低于夏季的室外空气温度，且具有较大的热容量，因此地 下水源热泵系统的效率比空气源热泵高，COP值一般在3和4.5之间，并且不存在结霜等问题。此外，冬季通过热泵吸收大地中的热量提高空气温度后对建筑物 供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。 这样，在地下水源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。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%。
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。如果是水质良好的地下水，可以直接进入热泵进行换热，这样的系统我们称为开式环 路。实际工程中更多采用闭式环路形式的热泵循环水系统，即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵机组 的影响。
地下水源热泵系统还可以产出生活热水，其水路连接方式大致有四种。最简单的方式有空调水系统生活热水系统完全分开和相关联且井水系统串级连接这两种，但是 前者冷凝温差太小，后者也不能解决生活热水用的水源热 泵机组停机时空调系统容量减小的问题。所以后了在后者基础上增加电动三通阀的方式，这样不仅减小了装 机容量、降低了初投资，而且机组的配置也更加合理，提高了系统总能效比。此外，目前还有一种生活热水采用热回收型水源热泵机组的连接方式。后两种方式充分 利用了井水的能量，且通过回收空调系统的冷凝热来制备生活热水，使整个系统的能效比得到了提高，比较合理、节能。
国内的地下水回灌基本上采用原先的人工回灌方式，主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于高水位和低渗透性的含水层，也适用于低水位和渗透性好的 地下含水层；而真空回灌则仅适用于低水位和渗透性好的含水层。现在国内通常采用回扬和清洗的方式来维持地下水的回灌。回扬次数和回扬的时间视含水层的透水 性大小而定，其次要考虑井的特征、水质、回灌量和回灌技术方法。这些都是非常专业化的工作，大大增加了用户的维护工作量，而且这种操作对井的损害也很大， 会造成系统寿命的降低。
