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1.热泵技术的起源与发展
当今社会的环境污染和能源危机已成为全人类必须面对和解决的重大问题。在此背景下，以环保节能为主要特征的绿色建筑和与之相配套的供暖空调系统应运而生，而热泵技术正是符合这些要求的新兴供暖空调技术。据记载，热泵的历史可以追溯到1912年瑞士的一项专利，而在欧美等一些发达国家，热泵真正的商业化应用也只有10多年的历史。我国的热泵产业近几年才起步，发展势头良好。国内几所知名高校和相关企业在充分学习和借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，联合开发了中国品牌的热泵系统，并建设了多个示范工程。越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对热泵产生了浓厚的兴趣。可以预见，通过我国科技界和企业界的共同努力，完全有能力依靠自己的力量在短期内发展出具有中国特色的热泵产业。
2.热泵的工作原理及类型
（1）根据热力学第二定律，热量可以自发地从高温物体转移到低温物体，而热量从低温物体转移到高温物体则必须做功。就像水可以通过水泵从低处流向高处一样，热泵系统实现了能量从低温物体向高温物体的转移。它以一部分优质能源（电能消耗）为代价从自然环境中获取能量，与消耗的优质能源一起供给用户热量。也就是说，热泵的供热量总是大于消耗的功，因此它是能源综合利用非常有价值的措施。热泵的硬件组成与制冷系统大致相同，也是由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等主要部件组成。 唯一的区别在于制冷是从制冷房间吸收热量，并把它散发到冷凝器中的冷却介质中；而热泵是制冷条件的逆过程，也就是从冷凝器的介质中吸收热量，并散发到加热房间。
（2）热泵技术按所需热源大致可分为空气源热泵、地源热泵和水源热泵。空气源热泵俗称风冷热泵，利用室外空气作为热源，是目前应用最为广泛的一种热泵系统，已成为市场上的主导产品。但这种热泵的应用有其局限性。在我国北方寒冷的冬季，随着室外温度的下降，热泵效率大大降低，而且蒸发器极易结冰，需要用电来解冻，非常不经济。因此，这种热泵只适合在我国黄河以南冬季室外温度较高的地区使用。
（3）地源热泵将换热管深埋地下，从土壤中吸收低温热量进行加热。由于土壤温度一年四季波动不大，地源热泵的季节运行状况相对恒定。但由于换热管深埋地下，地源热泵结构比较复杂，投资较大，目前仅在欧美一些发达国家使用，在我国大面积推广存在一定困难。
（4）水源热泵是我国应用最为广泛的热泵，它利用水（包括河流、湖泊、地下水等）作为冷热源，冬季热泵吸收其热量对建筑物供暖，夏季热泵将吸收的热量排出，实现建筑物制冷。在水源热泵的应用中，利用地下水的地下水源热泵应用更为广泛。其工作原理多是通过外部管道、阀门的切换来实现冬、夏工况的转换，夏季空调供回水走蒸发器，地下水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器，地下水走蒸发器。
3.地下水源热泵技术特点
（1）高效节能，运行成本低
在评价热泵机组、制冷机组的性能时，我们经常会用到“效率比”这个术语，用COP来表示。它的定义是系统输出的功率与消耗的功率之比。风冷热泵的COP值一般在2.0~3.0之间，而家用水源热泵制热时COP值可达3.5~4.0，制冷时活塞机组可达5.0~5.2，螺杆机组可达6.0。从这个角度来说，水源热泵堪称高效节能的制冷、供热设备。水源热泵制热所需的地下水量与锅炉燃烧的煤或油相当，而地下水占热泵供给热量的70%~75%，而这部分热量消耗的代价仅仅是廉价的地下水，其成本比燃料油、煤要低得多。 从我市水源热泵运行现状来看，冬季供暖运行费用约15元P-，而热网供暖为24元P-，燃料供暖每平方米费用约35元，因此运行费用低是水源热泵的显著特点。
（2）一机两用，环保清洁，初期投资少。由于水源热泵冬季可为建筑物供暖，夏季可为建筑物制冷，真正实现了一机两用，提高了设备的利用率。从初期投资来看，国内各大热泵厂家的热泵机组价格大致在0.19~1.10元/千瓦时之间，而同样具有一机两用的溴化锂直燃机组价格在1.14~1.15元/千瓦时之间。另外，水源热泵机组无需设置冷却塔和排烟系统，既节省了成本较高的自来水，又避免了向大气中排放烟尘和有害气体，因此，水源热泵堪称是一种低成本的绿色空调产品。
（3）机房空间小、灵活、安全、应用广泛
由于热泵机组兼具制冷、制热功能，机组本身体积小，大大减少了机房面积，机组可灵活安装在任何地方，没有储煤、储油罐等卫生安全隐患。机组采用智能化微机控制系统，并设有备用手动操作系统，无需专业人员操作，完善的微机控制和多重保护，使整机安全可靠。水源热泵机组适用于寒带和热带地区，机组水源温度范围可达8℃～35℃，可提供7℃或50℃的空调水，也可提供同温度的生活热水；可作为城市区域供暖的热源，也可为写字楼、宾馆、别墅、住宅小区等提供中央空调系统。随着居民生活水平的普遍提高，配备中央空调系统的住宅小区逐渐增多，对这类小区来说，地下水源热泵无疑是最理想的冷热源。 与集中供热的住宅小区相比，虽然初期投资较高，但能耗成本较低，安装空调系统的小区居民冬暖夏凉，生活质量提高。居民对此可以接受，较高的初期投资在几年内就被能源费用的节省所抵消。随着全国住宅小区分户供暖的推广，一些热泵厂家推出了每户家用水源热泵机组。具体应用方式是每户设置水源热泵，统一供应地下水，电费按户表计，水费按户表计，为物业管理部门的收费工作提供了便利。
4.水源热泵在供暖、空调中的应用条件
（1）可靠水源
对于水源热泵来说，水源可以是地表水、河水、湖水、海水和地下水，但目前最常用的水源热泵使用的是地下水。地下水是国家的重要资源之一，政府对其开采和使用有各种限制性政策和规定。取用地下水必须获得政府相关部门的批准，并采取可靠的技术措施确保地下水的回灌。
（2）充足的水资源供应
水源水量是影响水源热泵系统的重要因素，水量大小与建筑负荷、空调设计方案有关，在确定方案前，应根据水文地质资料合理确定水量。必要时可打一口井进行抽水试验，看在规定的连续抽水时间内地下水位下降是否符合要求。根据确定的水量，可选择取水井和回灌井的数量。据资料显示，一般要求每kW制冷量取地下水0.104~。
（3）适宜的水源温度
水源温度也是影响水源热泵的一个重要因素，同一台机组由于水温不同，提供的冷量和热量也不同。一般来说，水源热泵对水源温度要求的范围为：制冷工况下，进入蒸发器的水温为10-22℃；制热工况下，进入冷凝器的水温为18-40℃。建议国内热泵厂家应将同一型号机组在不同水温下提供的不同冷量和热量列出来，供设计人员参考。另外，取水井与回灌井之间应有一定的距离，以保证水源热泵机组产生的地下水在含水层流向取水井时，经过回灌后得到恢复，避免地下水产生的冷量或热量在水源热泵机组中积累。目前，在实际运行工程中，取水井与回灌井之间的距离一般在40m以上。
（4）水质优良
水源热泵机组对水源的水质有一定的要求，如果水质不符合要求，就会对阀门、主机及其附件，特别是对大多数热泵厂家所采用的板式换热器造成损坏，从而影响系统的运行。但通常可以采取一些处理措施，如设置除污装置、电子除垢装置，或在水井中设置几层过滤装置，降低井水中含有的砂粒、灰尘颗粒的直径，以满足机组对水质的要求。一般来说，水源的水质并不是影响水源热泵机组应用的主要因素。
5.水源热泵应用中有待探讨的问题
（1）就我市目前运行的水源热泵机组而言，夏季制冷条件相对较好，但冬季供暖时，普遍存在流量大、温差小、热水出水温度低等问题。这一方面可能是冬季地下水温度低造成的；另一方面说明机组的性能有待提高。
（2）对于采用水源热泵机组的中央空调系统末端，末端采用风机盘管机组无疑是理想的，但要注意末端采用大风量新风机组或空调机组时，尤其在北方寒冷地区，多数水源热泵厂家提供的50-55℃热水温度还是偏低了一点。因此建议必要时对大风量的末端设备附加加热措施或将大风量的末端设备分解为若干个小风量的末端设备，以保证冬季送风参数的要求。
（3）地下水源热泵的应用必然带来地下水开采的问题。能否在一个城市或一个地区大量使用，如何解决取水井与回灌井的水位平衡问题，回灌井的回水速度是否会对周围建筑物造成安全和质量问题等，都需要在理论和实践上进一步研究，并根据不同城市和地区制定相关政策。政府职能部门应制定一套相关的优惠政策，加速水源热泵技术的开发、研究和应用，使相关问题尽快得到解决。
六，结论
总之，水源热泵技术具有诸多优点，但也有相应的局限性。对于具体的供热空调工程，基于环保、节能的原则，水源热泵应作为空调系统的优先解决方案。随着水源热泵技术的不断成熟，该技术将在供热空调工程中得到更好的发展和应用。
