水源热泵工作原理及系统特点

 　摘要：随着社会经济的不断发展，人类对于地球资源以及自然生态环境的破坏都已经形成了巨大的影响。寻找可再生、可持续、无污染、低能耗的资源成了能源领域亟待解决的问题。本文通过对水源热泵的概念及工作原理的介绍及水源热泵系统的特点等作简单论述。 

　　关键字：水源热泵；工作原理；设计；特点 

　　中图分类号： TH3 文献标识码：A 文章编号： 　　 

　　目前，可再生的无污染能源成了能源领域中研究的重要课题之一。随着人们生活水平的不断提高，对于保护自然生态系统与自然资源的要求也相应提高。一些利用先进技术并对自然资源能够合理开发利用的能源供应产品开始逐步被广泛应用于能源供应领域。以下介绍的水源热泵就是其中一种比较典型的自然能源供应手段之一。 　 

　　一、水源热泵的概念及工作原理 

　　（一）概念 

　　 所谓水源热泵技术，就是将湖泊河流以及地下水等地球表层浅水源里吸收储存的地下热能源与太阳能源所产生的具有低位低温特征的热能资源加以利用，同时借助相应的热泵技术原理，即对热泵输入少量高位电能，从而使得具备低位低温特征的热资源转化成为高位热能资源的技术。 

　　（二）工作原理 

　　 水源热泵技术由于所处的气候条件不同，其工作原理表现为：在冬季，热泵系统吸取来自生产井地下水中的热量，经热泵系统处理后成为高位热能，以实现对所需区域进行供暖作业，而被吸取热量的地下水则经由回灌井回到其原来位置；在夏季，回灌井与生产井的作用则相反，即对所需区域的余留热量进行热泵处理后成为低位低温热能并排出，从而实现对所需区域的制冷或者降温。一般情况来说，水源热泵的工作效率相当高，其消耗的能量与所得到的能源量之比可以达到1：4，非常具有实用性。 

　　 水源热泵按所取水源利用的方式来划分，则有开式或是闭式系统。当所取水源的水质优良时，其就能够直接在热泵中实现换热处理，这种热泵处理方式即为开式环路系统。而在实际运用中，由于地下水的质量并不尽如人意，所以还是利用闭式环路的热泵系统比较普遍，它是借助了板式的换热装置将循环水与所取水源进行有效分隔，从而达到避免所取水源存在杂质或泥沙从而影响热泵系统的后果产生。 

　　 在热泵系统的回灌方式上，我国目前普遍采用的是人工回灌的方式，有真空与压力两种方式。其中前者只对高渗透含水层与低水位水源适用，在我国被广泛应用；而后者则适用于各类情况下的水源。除此之外，对地下水进行有效回灌维持，我国则通常使用清洗与回扬的方式进行。但如此操作的缺点也相当明显，因回扬的专业性非常强，含水层的特性与回灌井的各类综合指标对于这种操作都有着众多的影响因素，所以对其的维护工作量也大幅度增加。 

　　 如果热泵使用的是源自地下较深层的水源时，则更具优势。因为当水资源处于地下深处时，没有受到相应大气温度的变化影响，可以长时期地保持温度不产生变化，简而言之，就是不管外在气候条件是冬季或是夏季，地下水源的温度都能够比大气环境温度要高或是低，又因其热容量较大，所以使用地下水的热泵系统效率相较于空气源的热泵系统要高得多，其不会发生结霜等现象，并且它的功效比数值范围能够保持在3至4.5范围内。另外，水源热泵还能起到一定的蓄能器作用，具体就是指在冬夏季，通过水源热泵技术处理并对所需区域进行供暖或降温的同时，在其区域下方的土层内积蓄了一定量的冷能或是热能，在季节交替时，又可起到一定的作用，有着明显的循环利用的优势，从而对长跨度时期的能源使用的效率得到了进一步的提升。 

　　二、水源热泵系统的特点 

　　（一）综合应用性强 

　　 从水源热泵的工作原理及流程不难看出，其机组系统不仅为建筑物提供了降温、供暖，而且还能够提供建筑所需要的生活用热水，可以说是将上述三者的供给提供了一体化实现的方式。换言之，水源热泵机组系统就能够同时起到原先锅炉系统与空调系统分别所起到的作用，为建筑的投入成本以及设计的简化提供了更合理的选择。 

　　（二）节能效果明显 

　　 对于一些有着特殊采暖及降温的建筑物来说，水源热泵提供了更使能耗降低的方式。在春秋季节，气温过渡特征明显，但是对于这些建筑物来说，却要求供暖与降温的建筑内区域各不相同，这时如果使用传统的空调系统，则需要几套系统才能实现且能耗极大。而水源热泵系统则能够同时实现供暖与降温作用，从而对建筑物内的冷量与热量很好地进行了平衡与转移。 

　　（三）环保效果明显 

　　 电能作为水源热泵技术实现的动力源，虽然其自身的特点就是清洁，但要生产电能，却会引起相应的污染物排放，因此所使用的相关设备电力消耗越小，其所能起到的环保效果也就越明显。水源热泵相较于空气源热泵与电力直接供暖两种方式，其分别能够有效减少电力消耗30%与70%，且在其运行过程中不产生污染，同时也避免了废弃物的产生。 

　　（四）性能平稳安全 

　　 基于水源热泵系统运行的供暖及降温系统，针对季节的不同、用户的需求不同，可以实现平稳的冷暖切换，水源温度波动性较小，呈现出较为稳定的运行状态。从而让水源热泵系统的机组工作更为安全、稳定。 

　　（五）再生自然能源 

　　从水源热泵的取水源能够看出，其技术实现的主要介质就是各类水源。从而对自然水资源进行了充分地合理利用，在所取水源经过热泵处理以后，得到用户所需要的供暖或降温效果后，剩余水将通过各种回灌方式回到其原来的位置，以供下次使用，保持了自然生态系统中的水资源的平衡，从而使自然资源循环再生得以实现。 

　　（六）投资成本较低 

　　 在水源热泵系统机组的设计建设中，既不需要锅炉机房、通风管道，也不需要单独的空调系统。因此相应的投资成本得到大幅度地降低，而且由于水源热泵所提供的供暖与降温系统的水体温度相对恒定，不会因突冷或突热对水路管道造成损伤，故相应的投入使用后的管道维护工作成本也得到有效降低。 

　　（七）操作自动简便 

　　因水源热泵的运行相当平稳，所以相比于其他热泵系统，水源热泵的操作界面相对简单，自动化程度高，只需要少量的专业操作人员进行操作即可，在人工成本与机组维护成本上同样得到了合理降低。 

　　（八）水源热泵系统机组的设计与施工基本参数 

　　井水温度：15ºC~30ºC（一般冬季12ºC~22ºC。夏季18ºC~35ºC） 

　　井距，井深：50~70m 井深应保持水温参数。 

　　井水量与水质：井水量不应取该地区同类来水量的最大值。而应比平均值小5%~10%。以保证热泵的必须水量。 

　　回灌井数：采水井与回灌井.数比应为1�2。 

　　灌采水量比，最好为100%，一般不少于80%。 

　　回灌操作：应保持定期回扬。最小也不少于时间为1~15天。 

　　采水设备（潜水泵）检修周期0.5~1年，以确保井水设备正常运行。 

　　来水量的衰减值：3年内衰减量不大于20%，否则应采取修井式补打新井。 

　　地面沉降：3年内应不大于5mm。 

　　10．地下水污染：回灌水质指标不低于地下水水质指标。应避光将受污染水回灌。 

　　结语：综上所述，水源热泵系统在多种方面的优势是相当明显的，不但使建筑物的采暖与降温需要得到了充分地满足，而且其在环保节能方面的优点也得到了全面的体现。与传统建筑物的供热与降温系统相比，它体现出了对于自然资源的合理利用、水资源系统的自然平衡、热泵机组系统的平稳运行、操作上的自动简便及相应的成本降低等众多突出优势。使得水源热泵系统在目前的建筑供暖降温系统中得到了广泛地应用。 

　　参考文献： 

　　 [1] 袁嫒.浅析水源热泵技术及其特点.[R].全国暖通空调制冷2010年学术年会. 

　　[2] 林姿含.浅谈地下水源热泵的应用问题.[J].中国科技纵横.2010(14) 

　　[3] 李少朋,戚积功,李少华,刘璐.浅谈水源热泵技术及应用现状.[J].甘肃科技.2010,26(7)