水源热泵系统介绍

2023年4月20日发(作者：多层实木地板十大名牌)

水源热泵系统介绍

陈晓红

建环1班

摘要：本文首先介绍了水源热泵技术的概念和工作原理，并与锅炉和空气源热泵在能源利用

角度作了比照，得出水源热泵技术是利用可再生能源的一种技术。随后，介绍了水源热泵的

特点、应用中存在的问题及水源热泵的几种形式，最后，介绍了国内外关于地源应用的基本

情况和中国目前水源热泵开发应用的前景

关键词：水源热泵；可再生能源；推广应用

Water source heat pump system is introduced

Chenxiaohong

Jianhuanyiban

Abstract: this paper introduces the concept of the water source &heat pump technology and

working principle, and with the boiler and air source heat pump in energy use contrast Angle, and

concludes that the water source heat pump technology is the use of renewable energy of a kind of

technology. Then, this paper introduces the characteristics of water resource heat pump, the

application of existing problems and several types of water source heat pumps, finally, at home

and abroad are introduced to the source about the application and the basic situation of China

water source &heat pump development application prospect

Keywords: water source heat pump; Renewable energy; application

1 水源热泵技术的概念和工作原理 水源热泵根据对水源的利用方式的不

水源热泵技术是利用地球外表浅层水同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭

源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热

地热能而形成的低温低位热能资源，并采用套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或

热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现湖水、海水中，通过与土壤或海水换热来实

低位热能向高位热能转移的一种技术。 现能量转移。〔其中埋于土壤中的系统又称

地球外表浅层水源如深度在1000米以土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源

内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋中，热泵〕。开式系统是指从地下抽水或地表抽

吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并水后经过换热器直接排放的系统。

且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机 与锅炉〔电、燃料〕和空气源热泵的供

组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉

转移到水源中，由于水源温度低，所以可以供热只能将90%~98%的电能或70～90%的

高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地

能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上

提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能

耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的量；由于水源热泵的热源温度全年较为稳

冷量或5kW以上热量。 定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可

达～，与传统的空气源热泵相比，要高出发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中

40%左右，其运行费用为普通中央空调的的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以

50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的

年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加一种技术。

拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了2.2 高效节能

较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活 水源热泵机组可利用的水体温度冬季

跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，

最有效的供热和供冷空调技术。 所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提

在中国的传统的空调系统概念中，由于高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环

国家的经济发展状况和政策的影响，在相当境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，

长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组

取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷效率提高。据美国环保署EPA估计，设计

问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用

的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中2.3 运行稳定可靠

型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九 水体的温度一年四季相对稳定，其波动

十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵

试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，

保意识的提高，世界和中国能源利用的结构使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了

都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵

以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污的冬季除霜等难点问题。

染最为严重的城市之一，其治理大气污染的2.4 环境效益显著

政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主 水源热泵的使用电能，电能本身为一种

改为天然气和电力替代能源。但是，替代能清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并

源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所

天然气和石油等都属于不可再生的能源，从以节能的设备本身的污染就小。设计良好的

可持续发展的角度看，必须提高能源利用效水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相

率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，

组就是比较理想的一种设备。 相当于减少70％以上。

2 水源热泵的特点 水源热泵技术采用的制冷剂，可以是

由于水源热泵技术利用地表水作为空R22或R134A、R407C和R410A等替代制

调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优冷剂。

点： 水源热泵机组的运行没有任何污染，可

2.1 属可再生能源利用技术 以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，

水源热泵是利用了地球水体所储藏的也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场

太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供地，且不用远距离输送热量。

暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地2.5 一机多用，应用范围广

下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及 水源热泵系统可供暖、空调，还可供生

海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太活热水，一机多用，一套系统可以替换原来

阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对

比人类每年利用能量的500倍还多〔地下的于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热

水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，

量〕，而且是一个巨大的动态能量平衡系统，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷

地表的土壤和水体自然地保持能量接受和的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可

应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，污水源热泵最早于1980年挪威奥斯陆

小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、开始建设，1983年投入运行，相继在瑞典、

空调。 日本、美国、德国都建造了一批以污水为低

2.6 自动运行 温热源的大型热泵站，并相继投入运行。国

水源热泵机组由于工况稳定，所以可以内污水源水源热泵是近年来才提出的，在北

设计简单的系统，部件较少，机组运行简单京高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、

可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用卢沟桥污水处理厂都进行了小实验，并取得

寿命长可到达15年以上。 了良好的效果。哈尔滨望江宾馆、沈阳污水

3 水源热泵技术在应用中存在的问题 处理厂建造的污水源热泵站都已投入运行，

可利用的水源条件限制 另外，北京奥运村也设计了污水源水源热泵

水源热泵理论上可以利用一切的水资的生活采暖、空调和热水供给项目，现正在

源，其实在实际工程中，不同的水资源利用建设之中。

的成本差异是相当大的。所以在不同的地区目前，国内污水源水源热泵技术的运用

是否有合适的水源成为水源热泵应用的一已发展到区域型规模化。

个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式 低质天然水水源/地源热泵

系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找作为制取生活热水的热泵水源水对水

到合适的水源就成为使用水源热泵的限制质、水温、水量的要求远比中央空调低，一

条件。对开式系统，水源要求必须满足一定般的河水、湖水、小区景观水只要满足取热

的温度、水量和清洁度。 平衡均可利用。冬季北方地区极端工程时，

水层的地理结构的限制 可考虑辅助加热。

对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑国际上运用湖〔河〕水源热泵实施冷、

到使用地的地质的结构，确保可以在经济条热、暖三联供的项目非常普遍，近年来国内

件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑在此方面也有了长足进步，一般小区集中生

当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的活热水系统均利用了水源热泵从小区的景

回灌可以实现。 观水、河水等低质水源中取能，效果非常明

投资的经济性 显，结合低谷电的使用，热水的制水能源成

由于受到不同地区、不同用户及国家能本不足7元/㎡,比传统电加热节能70%以

源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件上，运行非常稳定。

的不同；一次性投资及运行费用会随着用户 消防水池、清水池水热源热泵

的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热从居民用水量分析，生活热水的用量不

泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的到自来总水量的1/3，在长江以南地区，全

空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需年自来水平均水温高于25℃，假设利用水源

求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所热泵，从自来水中取能制取生活热水，只需

不同。 将自来水每吨降温15℃即可满足热水的耗

4 水源热泵的几种形式 能。

污水热源热泵 海水热源热泵

污水厂达标排放的水〔现通称再生水〕 海水一般水质清洁，水温在9～25℃之

一般水质清洁、硬度小、PH值适中、无特殊间，最不利的冬季，水温一般也能保持在9℃

污染物，水温在11～29℃之间，最不利的冬以上，并且水量比较稳定可靠，所以是水源

季，水温一般也能保持在11℃以上，并且水热泵的较好水源。但海水硬度高、腐蚀性强，

量比较稳定可靠，所以是水源热泵的较好水为确保运行的安全可靠，必须采用特殊材料

源。为确保运行的安全可靠，还可采用特殊的换热器后加装辅助清洁设备等，解决换热

材料的换热器后加装辅助清洁设备等，解决器腐蚀问题。

换热器腐蚀问题。 国际上运用海水源热泵实施冷、热、暖

三联供的项目非常普遍，近年来国内在此方辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统

面也有了长足进步，特别是青岛市、大连市计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比

等沿海城市已取得了巨大的成功。 例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为

5 国内外水源热泵的发展 27％。 同时，中、北欧海水源热泵的研究

在国外，关于水源热泵的研究分属于两和应用也比较多。

种热泵系统：一种为地源热泵，一种为海水 中国最早在50年代，就曾在上海、天

热泵。其中地源热泵真正意义的商业应用也津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制

只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展

美国，截止1985年全国共有14,000台地源了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国

热泵，而1997年就安装了45，000台，到内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的

目前为止已安装了400，000台，而且每年清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津

以10％的速度稳步增长。1998年美国商业商学院、中国科学院广州能源研究所等多家

建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。

19％，其中新建筑中占30％。美国地源热泵其中清华大学在多工况水源热泵经过多年

工业已经成立了由美国能源环境研究中心的研究已形成产业化的成果，已建成数个示

Energy & Environmental Research Center、国范工程。

家地下水资源联合会National Ground Water 国内的水源热泵制造厂商中清华同方

Association、爱迪生电力研究所Edison 人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较

Electric Institute及众多地源热泵制造设计销早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多

售公司以及政府机构和建筑商等146家成员的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造

组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中为水源热泵。中国的水源热泵的研究和应用

将投入一亿美元从事开发、研究和推广工才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优

作。美国计划到2001年到达每年安装40万化设计和工程应用上还存在较大差距。

台地源热泵的目标，其中，水源热泵占15%， 目前，世界特别看好中国的市场。美国

届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于能源部和中国科技部于1997年11月签署了

减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1中美能源效率及可再生能源合作议定书，其

百万英亩，年节约能源费用达亿美元，此后，中主要内容之一是"地源热泵"，该项目拟在

每年节约能源费用再增加亿美元。 中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座

美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广

Addison Products Company 、Advanced 运用这种"绿色技术"，缓解中国对煤炭和石

Geothermal Technology 、 Carrier 油的依赖程度，从而到达能源资源多元化的

Corporation 、ClimateMaster Inc.、Econar 目的。据称"华亭嘉园"即是此项目的应用。

Energy Systems Corporation、FHP 2000年6月１９至２３日在北京由国家科

Manufacturing、Mammoth Inc.、The Trane 学技术部高新技术开发与产业化公司召开

Company、WaterFurnace International等公了中美地源热泵技术交流会，会议的主题就

司。美国的水源热泵的研究和应用更偏重用是"提供运用地源热泵技术为住宅小区或公

于住宅和商业小型系统〔20RT以下〕，多采用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能

用水-空气系统，如大家熟知的TRANE 等解决方案"的主题。

推出的产品。在大型建筑方面，美国推行 在未来的几年中，中国面临着巨大的能

WLHP系统，即水环热泵系统。 源压力。一方面，中国的经济要保持较高速

与美国的地源热泵发展有所不同，中、度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可

北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主持续发展问题。所以要求提高能源利用效

要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管〔埋率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，

深<400米深〕的地源热泵，用于室内地板会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结

构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，水源热泵机组的推广使用。

直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑 整体系统的设计

耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参 水源热泵系统的节能作为一个系统，必

加国际竞争，我们必须加快中国品牌的水源须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以

热泵的产业化研究开发。 做到利用较小的水流量提供更多的能量，但

6 目前中国水源热泵推广应用中存在的问系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控

题 制不当，也会降低系统的节能效果。同样，

水源热泵作为一种新型的制冷供暖方假设机组提供了高的水温，但设计的空调系

式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整

上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑个系统的效果变差，或者使得整个系统的初

到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需

为一个整体的系统来推广应用时，还是存在要更多的各个专业各个领域的人来共同努

一些问题： 力共同配合，从政府政策、主机设计制造、

水源的使用政策 系统的设计和运行管理等各个方面都来共

我国目前为了保护有限的水资源，制订同参与。

了《中华人民共和国水法》，各个城市也纷7 结束语

纷制订了自己的《城市用水管理条例》。这当前，在燃油、燃气、燃煤的价格受国

些政策均强调用水审批，用水收费。而审批际市场的影响，不断攀升的情况下，热泵机

的标准中对类似水源热泵技术的要求没有组特别是水源热泵机组是当前最为节能的、

规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限最为环保的空调采暖设备。水源热泵产品的

制。即使通过了用水审批，由于有些地方将研制开发，这已成为一种实用、可靠、节能、

水源的抽取和排放两次收费，收费的标准全经济的空调系统型式。

国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，

使得水源热泵的运行节能费用不足增加的参考文献

水费，水源热泵的经济性变差。

所以水源热泵的推广需要政府从可持

续发展的角度，综合能源环保和资源各个方

面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，

需重新确定水源如何管理和收费，才能促使

其大规模的发展。

水源的探测开采技术和费用

在中国，目前对水源，尤其是城市水源

的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应

用的前提之一就是必须了解当地的水源的

情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对

水源的状况进行调查，地下水量是否有水、

水量是否会足够，场地是否适合打井和回

灌。而探测开采的技术的提高和费用的降

低，会推动水源热泵机组的更好应用。

地下水的回灌技术

水源热泵假设利用地下水，必须考虑水

源的回灌，对于回灌技术，必须结合当地的

地质情况来考虑回灌技术方式。我们对不同

地区的地质结构了解的还不多，这也制约了