水源热泵可行性研究报告.docx

水源热泵可行性研究报告水源热泵可研性报告2012年01月12日 星期四 一、 前言 进入二十一世纪，能源紧缺已经成为各国经济发展的世界性难题。随着经济的持续发展，人们生活水平的不断提高，对空调的舒适性、室内空气品质的要求也越来越高。为了更好地满足人们这种更加舒适和更加有利于身心健康的要求，现介绍近年来在空调领域兴起的水源热泵空调系统。水源热泵是一种高效节能、经济环保、安全稳定、冷暖两用、运行灵活的新型中央空调系统。它利用地表水（江、河、湖水）、地下水、工业废水及生活废水，又可用取之不尽的海水等，借助热泵系统，既能制冷、又能制热，是一种高效建筑节能技术。 当今社会环境污染和能源危机严重地威胁着人类地生存与发展，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，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵可采用多种形式的冷热源，如利用地球表面（土壤）或浅层水源（如地下浅层水、河水、湖泊和海水等），或者人工再生水源（工业废水、废气等），既可供热又可制冷的高效节能空调系统。 二、 发展近况 国外水源热泵的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利，而真正意义的商业应用也只有近几十年的历史。如美国，到目前为止已安装了40万台，每年以10%的速度稳步增长，年节约能源费用达4.2亿美元。 美国的水源热泵主要采用盘管深埋技术，与美国不同，中、北欧如瑞典、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，采用地下土壤埋盘管，用于室内地板辐射供热装置中。 我国的水源热泵刚刚起步，发展前景看好。在辽宁地区目前已经有数十个示范工程。越来越多的用户开始熟悉水源热泵，并深感兴趣。主要是因为常规能源的节约和可再生能源的充分利用；另一方面是因为有较好的热泵科研与应用基础。三、 系统组成及工作原理 水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。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。 根据热泵的热源介质来分，热泵可分为空气源热泵和水源热泵，而水源热泵又分为水环热泵和地源热泵。水环热泵是充分利用室内余热的一种热泵，冬季当室内余热不足时，可利用锅炉进行加热；夏季当室内余热过多时，可利用冷却塔进行排热。地源热泵在国内的应用刚刚起步，有关地源热泵的术语很多，也很不规范，为了避免混淆，现统一采用ASHRAE1997年规定的标准术语，即地源热泵(Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地源热泵是一个广义的术语，它包括以地下水、地表水和土壤作为热源和热汇的热泵系统。以土壤为热源和热汇的热泵系统称之为土壤源热泵(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水源热泵(Ground-Water Heat Pump, GWHP)；以地表水为热源和热汇的热泵系统称之为地表水源热泵(Surface Water Heat Pump, SWHP)。工作原理 作为自然现象，热量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样，人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是热泵节能的关键所在。水源热泵机组工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水（江、河、海、湖或浅水池）中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季，利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间。水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。 三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）泵送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。图1是水源热泵制冷工况的原理图。制热工况的原理与制冷工况类似，只不过是热泵机组的循环方向相反、相应换热器的功能互换。 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：闭式系统需要构造地下埋管换热器或者地表水埋管换热器，形成封闭的地源水循环系统，向地下土壤或者地表水散热或者取热。开式系统的特点是抽取地下水或者地表水，在板式换热器中与机组的循环工质进行热交换，实现散热或者取热后，再回灌到地下或者河流。 水源热泵机组工作的原理示图如下：大功率水源热泵工作原理根据卡诺循环原理，利用湖水、河水、地下水、及工业用冷却水资源，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，不断将水中大量的低品位热能取出来变成少量的高品位热能，供给室内的采暖和空调系统。夏季机组水系统反向运行，把室内的余热取出来，在释放到地下土壤或水中，以达到空调降温的目的。大功率污水源热泵工作原理城市污水集中供热（冷）系统是依据国家专利技术，由大功率无燃料污水源热泵机组及热力管网组成。其特点是高效节能、环保、经济。 城市污水集中供热机组的工作原理：利用污水处理厂二沉池的水资源，借助专用污水源热泵机组系统，通过消耗少量的（25%）电能，在冬季，不断将污水中大量的低品位热能取出来，变成高品位的热能，通过热力管网供给建筑物的采暖和空调系统。夏季，把室内的热量取出来，再释放到水中，以达到空调制冷的目的。该系统广泛应用于建筑物的集中供热、中央空调、热水供应、游泳池水加热、室内种植、养殖恒温等。是一种可以在污水处理行业推广的创新技术。地源热泵工作原理地源热泵空调系统是真正意义上的绿色环保中央空调系统，它通过充分利用蕴藏于地球土壤中或江河湖海中的巨大能量来实现对建筑物的供热和制冷。地源热泵空调系统是目前可以利用的对环境最友好和最有效的供冷、供热空调系统，它比空气热泵空调系统节能40%以上，比电采暖节能70%以上，比燃气锅炉效率提高48%以上，而所需的制冷剂比普通热泵空调减少50%，地源热泵空调系统中70%的能量从大地中获得的可再生能源。大功率高温型水源热泵机组工作原理新型高温机组以3040的地热尾水、工业和油田热废水为热源，经过转换，为工业和居民生活提供6580的热水。经测定，这种机组运行稳定，性能系数高，机组的诞生意义重大：一是利用较低温度地热等热能供暖供热，可以取消或代替燃煤锅炉，是集中供暖供热的新的更有效的途径；二是供暖供热过程无粉尘及有害气体产生，有效地保护了城市大气环境；三是扩大地热利用的温度范围并提高地热能源的利用率，既节约了能源又减少了对环境的热污染。大功率海水型水源热泵机组工作原理它是利用热泵提取海水中的热能，来满足人们的制冷供热的一种中央空调机组。具有节能、环保优势。热泵中的压缩机组运转所使用的电能仅相当于不足四分之一的空调电能，整个供热过程还不会对空气、水源造成任何污染，完全是一种真正的绿色能源。因此，通过海水源热泵供热后，锅炉房、大烟囱这些笨重难看又严重污染空气的大家伙将全部“下岗”。同时，与煤炭、油料相比，海水源热泵技术使用的能源是海水中的热能，而这种由太阳热能形成的能源不仅是免费和无污染的，也是可不断再生的。水源热泵螺杆机组制冷量范围从150kW到3242kW，规格多，型号全，加之各种选件可满足不同用户之需求。水水螺杆式水源热泵机组现已成为非常成熟的中央空调主机，制冷效率高,故障率低，维护操作简单方便。机组外形结构紧凑，占地面积小，运行稳定，运行噪声低，耗能省，运行成本低，具有世界领先的水平。其制冷工质可使用符合环保协议的混合工质，也可采用全无氟的绿色环保工质，绝不造成污染。l 世界名牌压缩机优质半封闭双螺杆式压缩机，轴封泄漏的可能性为零。采用双轴旋转排气设计，并使用最新开发的第四代型线，优化的圆周速度，优良的齿型设计使机组具有更高的压缩效率。电机腔与压缩腔一体铸造，精度更高。双层压力补偿转子壳体，极其坚固，即使在高压状态也无膨胀，同时有效降低了机组的噪音。进口高效耐氟电机效率高省能源，可靠性高。双轴向轴承,坚固耐用，通过舌形密封环隔离轴承腔压力，轴向轴承腔压力较低。电机热保护绕阻PTC控制保障电机的安全运转。优化的油路设计，压缩机内置专利三级油分离器，长寿命m级精细过滤器。封闭低压轴承室，极大提高轴承的润滑环境，减压后的轴承腔，确保溶在油里的制冷剂最少，因而油的粘度较高，相对普通设计，轴承室内油粘性提高将近一倍。采用压差供油方式，省去油冷却器、油泵等复杂的油路系统，易于维修保养。电机直接驱动，运转部件和易损件少，机械效率高。可选无级滑阀控制带Vi补偿功能。l 高效节能现如今更多的螺杆式压缩机的生产偏重于低的初投资而不是低的运行费用，由此而导致了机组换热器性能的下降和实际能效比的降低。 幸运的是对于那些被浪费的能量，水源热泵机组有自己的解决办法。因为水源热泵机组的研发从一开始就更关注节能的要求，在每个细节上确保机组达到最佳的性能。完全符合标准的规定。本工程水源热泵机组冷凝器和蒸发器均为壳管式换热器，采用新型高效型换热器结构，考虑到水源工况为节约地下水的开采，采用大温差小流量的设计原则。热交换器采用最先进的高效换热铜管束，独特的换热管几何特性，增强了管外核态沸腾所需的汽化核心，强化了管内流体扰动，同时延缓了水侧结垢，内、外壁经强化传热以得到最优的性能，较以往设计，现行的独特设计使传热效率提高30%。蒸发器的蒸发管采用内螺槽外凹牙强化传热技术，冷凝器的冷凝管采用内螺槽外绞牙技术，提高了蒸发器和冷凝器的传热效率和蒸发温度，最终提高机组的能效比。冷媒通过蒸发器的流速保持在6 m/s以上，可保证冷冻油随冷媒自然流回压缩机，不需增加强制回油装置，避免回油不畅导致的压缩机故障。每台容器的设计、制造、检验均符合GB150钢制压力容器、GB151壳管式热交换器、JB/T4750-2003制冷装置用压力容器及压力容器安全监察规格等相关的标准、法规，运行安全可靠。l 部分负荷性能压缩机的大多数操作时间都运行于部份负荷工况下,机组不仅要求在满负荷的情况下高效运行，在部分负荷运行时也要求保持较高的效率。在相同的运行条件下，由于部分负荷工况的存在，而使得运行费用有10%20%的偏差是很正常的。部份负荷的运转能耗对于机组的运行成本很重要，所以这种情况在ARI 550标准中以“综合部分负荷值”(IPLV)和“应用部分负荷值”(APLV)来衡量。IPLV/APLV 提供了一个比较部份负荷的运行能力的标准方法后, 部分负荷运行就无需被定义为“特殊的情况”, 而应该是视之为普遍现象。水源热泵螺杆机组在设计时充分考虑了部分负荷情况下机组运行的经济性。电子膨胀阀的广泛采用提高了机组的效率。电子膨胀阀具有比例积分式调节的卓越技术，允许更好地控制空调机组降低运行成本。电子膨胀阀电机与阀合为一体，陶瓷材料的阀板和阀口部件耐磨损，可靠性高，寿命极长。流量变化呈线性，连续的冷量调节，在制冷回路中无液击现象。在部分负荷的工况下，电子膨胀阀更能做出精确的调节，提高部分负荷时的效率，与使用热力膨胀阀的冷水机组冷水机组比较运转效率提高了15%，且能够更精确的控制冷水温度。四、特点 水源热泵空调系统主要具有以下技术优势：（1） 属于可再生能源利用技术 水源热泵是具备了利用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地相对地均衡。这使得利用储存于其中地近乎无限地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地一种技术。（2）高效节能 水源热泵机组可利用的环境水体温度冬季为1222，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。而夏季水体为1835，水体温度比环境温度低，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，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好地水源热泵，利用江河湖水等，平均来说可以节约用户3040的供热制冷空调的运行费用。 （3）运行安全可靠 水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统，特别是春秋空调过渡季节均能运行，也就相当于四管制空调系统。一般，水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。（4）环境效益显著 水源热泵使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源，并导致污染物和CO2温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30以上，与电供暖相比，相当于减少70以上。（5）便于计量和收费 空调用电负荷在用户位置，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。 （6） 节约投资 水源热泵系统不需设冷冻机房，不设大的通风管道，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统，安装和投资费用大大减少。 当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。（1）受可利用的水源条件限制。水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。 （2）受水层的地理结构的限制。对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。（3）受投资经济性的限制。一次性投资会随着用户的不同而有所不同。总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。五、 水源热泵中央空调与其它常用中央空调冷热源的技术特点对比 水源热泵在夏季制冷时可使机组的冷凝温度降低、在冬季可使机组的蒸发温度提高，都能提高产能效率；此外，它们所利用的低温热源通常可以来自环境（大气、地表水和大地）或各种废热。热泵从这些热源吸收的热量属于可再生的能源。 空调系统一般应满足冬季的供热和夏季制冷两种相反的要求，传统的空调系统通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉）（见表1）。如果让传统的空调系统在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，不但节省了初投资（见表2），而且全年仅采用电力这种清洁能源，还能大大减轻供暖造成的大气污染问题。 水源热泵机组系统运行稳定，能效比可达56，远大于其它同类型机组（见表1）。系统运行过程中，无燃烧，无任何固态、液态或气态污染物排放，是“绿色”供暖（冷）的环境系统工程。水源热泵的污染物排放与电供暖相比，相当于减少70%以上。 表1水源热泵中央空调与其它中央空调冷热源的技术特点对比 方式占地面积设备寿命水耗量驱动方式环保备注水源热泵机房占地面积小，可设在地下室20年只利用地下水源的热量采用回灌技术，不消耗水资源电能利用系数为3.86.0无燃烧污染水资源与制冷剂不接触，无水源污染，噪音低需要一定量的水资源，维护简单溴化锂吸收式直燃机机房占地面积大，冷却塔要占用屋顶面积，储油设备需要占地，要求有一定的安全间距10年冷却水循环量的2%冬季供热的排污补水燃油或燃气能源利用系数为80%有燃烧污染有一定的噪音和水霉菌污染机房需要设置安全报警装置水冷机+电锅炉需设冷冻站和锅炉房，冷却塔要占用屋顶面积，电负荷较大冷水机组20年电锅炉15年冷却水循环量的2%冬季锅炉的排污补水电能夏季：能源利用系数为3.53.8冬季：90%无燃烧污染夏季有一定的噪音和水霉菌污染需要设置两套机组和人员，运行维护复杂 注：水冷冷水机组按水冷螺杆机组考虑，性能参数均摘自厂家 样本 资料；室内进风温度27 DB， 19.5 W B，冷却水进出水温度32/37，冷媒水进出水温度7/12；冷却水塔按两台考虑； 根据表1我们可以总结如下几点： 1、 从冷热源占地面积可以看出，水源热泵相对其它类型的中央空调系统，其占地面积小，不需要冷却水塔、锅炉等耗电设备； 2、 相对其它类型的中央空调机组15年左右的使用寿命来说，水源热泵空调机组使用寿命可长达20年； 3、 水源热泵技术所使用是可再生水资源，不需要进行循环水的补水； 4、 水源热泵的制冷、制热系数可达3.86.0，于其它形式的中央空调系统相比有明显的节能优势； 5、 由表1可以看出，水源热泵系统相对其它系统而言，无燃烧和水污染； 6、 水源热泵系统结构简单，运行维护方便。 六、 水源热泵初投资概算及与其它采暖空调模式比较 以华东地区空调建筑面积10,000m2为例，夏季冷负荷1,064kW；冬季热负荷1,220kW，表2比较了水源热泵与其它不同系统的投资与运行费用。 表2水源热泵系统初投资与其它中央空调系统比较 方 式水源热泵溴化锂吸收直燃机组水冷机组+燃气锅炉水冷机组+电锅炉（平+谷）初投资制冷主机（万元）1001409090锅炉（万元）-3024循环水泵（万元）5755冷却水塔（万元）-866水井6-室内末端（万元）5555其它（万元）40688274总投资（万元）156228218204单位面积投资（元/平方米）156228218204能耗费冬季125天（元/季m2）17373628夏季115天（元/季m2）12281717全年（元/年m2）29585345 1、 初投资比较 水源热泵空调系统总投资为156万元，如果不使用水源热泵系统，而采用其它的空调系统，则需要配置冷却水塔、锅炉及其配套设备。水源热泵机组寿命为20年，在此期间，其它的空调系统需要更新一次，具体数据分析如下： a) 与溴化锂吸收直燃机组的投资差价：228-156=72万元， b) 与水冷机组+燃气锅炉的投资差价：218-156=62万元 c) 与水冷机组+电锅炉（平+谷）的投资差价：204-156=48万元 因此初投资相对其它中央空调系统而言约节省24%40%的成本。 2、 能耗费用比较 水源热泵能耗费用为：28元/年m2，如采用其它类型的空调系统，其能耗费用比较如下： a) 与溴化锂吸收直燃机组的能耗费用比较：58-29=29元， b) 与水冷机组+燃气锅炉的能耗费用比较：53-29=24元 c) 与水冷机组+电锅炉（平+谷）的能耗费用比较：45-29=16元 由此可以得到，水源热泵能耗费用相比较其它类型的空调系统而言，约节省35%50%的成本。 七、水源热泵系统的管路设计 水源热泵空调系统的设计与施工是一项系统性工作，需要从多方面来分析这一工程的特点。1 水源热泵系统管路设计的特点 水源热泵的管路设计相对于空气源热泵来说，具有明显的特点，主要体现在以下几点： 1.1 水管不需要保温 空气源热泵机组夏季输送的是冷冻水，冬季输送的是热水，因此，管路系统必须保温，而水源热泵的空调系统，夏季管内冷却水供回水设计温度3035，冬季供热水温度仅为1621，因此，水管路系统可以不保温，管路系统的初投资与维护费用降低。 1.2 冬夏季两种形式的转换 水源热泵系统通常由夏季和冬季一套管路两种形式，季节转换。 可通过管路系统中合理设置的阀门进行切换。 1.3 重力作用的影响 闭式系统的水力计算中，与各用户所在的标高关系不太大；而开式系统中与用户的标高关系密切，即必须考虑高差产生的重力作用，这个作用压力，对标高低的用户有利，而对标高高的用户不利。为解决重力作用产生的上下用户的水力不平衡的问题，设计时，应将每一层作为一个独立的水系统分支，每层支管上应设一个平衡阀（或流量调节阀）。 1.4 管径的确定 水系统管路各管段管径的确定，在水力计算中，应按夏季工况考虑，（指长江流域等冬冷夏热地区）因为夏季的水流量远大于冬季工况。应计算出合理的管径，这样即可以避免管材的浪费，又可以使初投资降低，节约资金。 1.5 同程式系统 设计时，水环路尽可能地采用同程式系统，这样初投资费用虽然有所增加，但有利于保持环路的阻力平衡，这样空调系统运行效果更加良好。 1.6 必要的接管组合 水源热泵需要一些特殊的接管组合，以保证机组的正常工作 。常见的有手动控制流量球阀接管组合，手动文丘里平衡阀组合和自动流量接管组合 。其中手动文丘里平衡阀组合是在手动球阀组合的基础上增加了一个用来测流量的文丘里接头；自动流量接管组合增加了自动流量控制阀，从而可以自动调节，以保证流量。 2 水源热泵系统中的构件布置 水泵一般布置于辅助设备和水源热泵机组之间，这样布置可使机组的供水管处于水泵的压水段，而补给水管处于水泵的吸水段。水源热泵空调系统构件（如水过滤器、膨胀水箱、空气分离器等）的典型布置。如需要设置蓄水箱应将其置于水源热泵机组水流下方。在总体上了解水环路的连接应注意的事项：其中，不同位置的阀门的作用应特别注意（如季节转换时的开启或关闭）。水源热泵系统中，水管路系统的设计与施工非常重要。一般来说，系统配件管路的造价在整个系统总造价中所占比例很大，因此需尽可能合理地布置管道。 包含：水源热泵机组、单项阀 、除垢仪 、Y型水过滤器、可曲挠接头、开式膨胀水箱 、系统卧式循环水泵、板式换热器、平衡阀 3 水源热泵的耗电问题 目前，在我国的某些地区，存在着用电结构矛盾并有不断加大（一方面存在着严重地高峰电力不足，另一方面存在着峰谷差过大等问题）的趋势，自然资源大量浪费的恶性循环的现象，这就为水源热泵的耗电技术的应用提供了条件。在空调工程中若该地区实行电力低谷高峰期电价差。 4、水源热泵机组设计中应注意的其它问题 4.1 噪声控制问题 由于机组的噪声源除风机之外，还有制冷压缩机的噪声，所以噪声一般很大。此外，不适当的供、回水管路设计也会产生噪声问题。因此，在设计和安装过程中一定要加以认真考虑并按要求施工。 4.2 机组的安装问题 水源热泵的安装也是较重要的问题之一，很多水源热泵系统产生问题都是和不当安装相关的。水源热泵机组在许多情况下是采用落地安装的型式。与常规的空调机组相比，此外机组的重量较重，机组的重心难确定，这就要求吊装时，必须注意机组的重心，使各吊架受力较均匀。 5、结论 5.1 水源热泵空调系统的能源利用率要比空气源热泵空调系统高。如果采用地下水、江河湖水等能量，其效率可以进一步提高。 5.2 水源热泵水管路系统的设计应兼顾冬季及夏季两种情况及其互相之间的转换，还必须考虑系统的水力平衡问题。 5.3 必须提高对水源热泵产品的认识，这已成为一种实用、可靠、节能、经济的空调系统型式。八、影响水源热泵运行工效的水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性等因素。介绍了各类水源、取水构筑物、水处理技术、回灌技术，指出了水源方案设计和施工中应注意的一些问题。1、水源热泵简介 “热泵”这一术语是借鉴“水泵”一词得来。在自然环境中，水往低处流动，热向低温位传递。水泵将水从低处泵送到高处利用。而热泵可将低温位热能“泵送”（交换传递）到高温位提供利用。在我国暖通空调术语标准（GB50155-92）中，对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”； 在新国际制冷词典（New International Dictionary of Refrigeration）中，对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。可见，热泵在本质上是与制冷机相同的，只是运行工况不同。其工作原理是，由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热，使热量不断得到交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能。在此过程中，热泵的压缩机需要一定量的高位电能驱动，其蒸发器吸收的是低位热能，但热泵输出的热量是可利用的高位热能，在数量上是其所消耗的高位热能和所吸收低位热能的总和。热泵输出功率与输入功率之比称为热泵性能系数，即COP值（Coefficient of Performance ）。热泵有多种，以水作为热源和供热介质的热泵称为水源热泵。水源热泵性能系数（即COP值）高于空气源热泵，系统运行性能稳定。 水源热泵工程是一项系统工程，一般由水源系统、水源热泵机房系统和末端散热系统三部分组成。其中，水源系统包括水源、取水构筑物、输水管网和水处理设备等。2、水源热泵对水源系统的要求 水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。具体说，水源的水量，应当充足够用，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。水源的水温应适度，适合机组运行工况要求。例如，清华同方GHP型水源中央空调系统在制热运行工况时，水源水温应为1222；在制冷运行工况时，水源水温应为1830。水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。3、水源 原则上讲，凡是水量、水温能够满足用户制热负荷或制冷复荷的需要，水质对机组设备不产生腐蚀损坏的任何水源都可作为水源热泵系统利用的水源，既可以是再生水源，也可以是自然水源。 3.1 再生水源 是指人工利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，有条件利用再生水源的用户，变废为利，可减少初投资，节约水资源。但对大多数用户来说，可供选择的是自然界中的水源。 3.2 自然界中的水源 自然界中的水分布于大气圈、地球表面和地壳岩石中，分别称之为大气水、地表水和地下水。陆地上的地表水和地下水均来自于大气降水。 地表水中的海水约占自然界水总储量的96.5%。滨海城市有条件利用海水，国外有应用海水作热泵水源的实例。我国一些沿海城市利用海水作工业冷却水源已有多年历史。近年，国内有用海水作热泵水源的研究，但海水水源热泵技术的实用化尚待时日。陆地上的地表水，即江、河、湖、水库水比海水和地下水矿化度低，但含泥沙等固体颗粒物、胶质悬浮物及藻类等有机物较多，含砂量和浑浊度较高，须经必要处理方可作热泵水源。 地下水是指埋藏和运移在地表以下含水层中的的水体。地下水分布广泛，水质比地表水好，水温随气候变化比地表水小，是水源中央空调可以利用的较为理想的水源。 3.3 水量与水源的选择 水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素，一项工程所需水量多少由该工程负荷与机组性能确定，所选择的水源水量应满足负荷要求。如果其他各种条件均具备，但水量略有不足，其缺口可采取一定辅助弥补措施解决。如水量缺口较大，不能满足负荷要求，就应考虑其他方案。 就某项具体工程而言，应从实际情况出发，判断是否具备可利用的水源。不同工程的场地环境和水文地质条件千差万别，可利用的水源各不相同，应因地制宜地选择适用水源。当有不同水源可供选择时，应通过技术经济分析比较，择优确定。4、水质 自然界中的水处于无休止循环运动中，不断与大气、土壤和岩石等环境介质接触、互相作用，使其具有复杂的化学成分、化学性质和物理性质。应用水源热泵时，除应关心水源水量外，还应关注水的温度、化学成分、浑浊度、硬度、矿化度和腐蚀性等因素。但是，目前对水源热泵所用水源的水质尚无有关规定，本文所提数据参考了冷却水水质标准和某些地下水回灌水质的有关规定。 4.1 温度 地表水水温 随季节、纬度和高程不同而变化。长江以北和高原地区，冬季地表水结冰，无法利用于制热供暖。夏季水温一般低于30，可用于制冷空调。 地下水水温 随自然地理环境、地质条件及循环深度不同而变化。近地表处为变温带，变温带之下的一定深度为恒温带，地下水温不受太阳辐射影响。不同纬度地区的恒温带深度不同，水温范围1022。恒温带向下，地下水温随深度增加而升高，升高多少取决于不同地域和不同岩性的地热增温率。地壳平均地热增温率为2.5/100m，大于这一数值为地热异常。富含地下水的地热异常区可形成地热田。据1997年统计数字，全国已发现地热点3200多处，开发利用130 处地热田，年开采地热水3.45亿m3。目前，许多地热用户排放弃水温度较高（约40）。应用水源热泵可使弃水中的30温差得到再利用，大大提高地热能利用率。 4.2 含砂量与浑浊度 有些水源含有泥沙、有机物与胶体悬浮物，使水变得浑浊。水源含砂量高对机组和管阀会造成磨损。含砂量和浑浊度高的水用于地下水回灌会造成含水层堵塞。用于水源热泵系统的水源，含砂量应1/20万，浑浊度20毫克/升。如果水源热泵系统中装有板式换热器，水源水中固体颗粒物的粒径应0.5毫米。4.3 水的化学成分及其化学性质 自然界水中溶有不同离子、分子、化合物和气体，使得水具有有酸碱度、硬度、矿化度和腐蚀性等化学性质，对机组材质有一定影响。 酸碱度 水的pH值小于7时，呈酸性，反之呈碱性。水源热泵的水源pH值应为6.5-8.5。硬度 水中Ca2+、Mg2+总量称为总硬度。硬度大，易生垢。水源热泵水源水中的CaO含量应200 mg/L。 矿化度 单位容积水中所含各种离子、分子、化合物的总量称为总矿化度，用于水源热泵系统的水源水矿化度应3g/L。 腐蚀性 水中Cl-、游离CO2等都具腐蚀性，溶解氧的存在加大了对金属管道的腐蚀破坏作用。应用水源热泵系统时，对腐蚀性、硬度高的水源，应在系统中加装抗腐蚀的不锈钢换热器或鈦板换热器。5、取水构筑物 从水源地向水源热泵机房供水，需建取水构筑物。依据水源不同，取水构筑物可分为地表水取水构筑物和地下水取水构筑物两类。 5.1 地表水取水构筑物 按结构形式地表水取水构筑物可分为活动式和固定式两种。活动式地表水取水构筑物有浮船式和活动缆车式。较常用的是固定式地表水取水构筑物，其种类较多，但一般都包括进水口、导水管（或水平集水管）和集水井，地表水取水构筑物受水源流量、流速、水位影响较大，施工较复杂，要针对具体情况选择施工方案。 5.2 地下水取水构筑物 地下水取水构筑物有管井、大口井、结合井、辐射井和渗渠等类型，表1列出了地下水取水构筑物的型式及适用范围1。在实际工程中，应根据地下水埋深、含水层厚度、出水量大小、技术经济条件不同选取不同形式。 5.3 管井地下水取水构筑物中最常见的型式是管井，一般由井孔、井壁管、滤水管、沉砂管组成。井孔用钻机钻成，井壁管安装在非含水层处，用以支撑井孔孔壁，防止坍塌，井管与孔口周围用粘土或水泥等不透水材料封闭，防止地面污水渗入；滤水管安装在含水层处，除有井壁管作用外其主要作用是滤水挡砂；井管最底部为沉砂管，用以沉积水中泥沙，延长管井使用寿命。6、水源系统设计和施工中应注意的问题 6.1 供水水源的可行性研究 拟采用水源热泵系统时，应先调查工程场地的供水水源条件，向当地水管理部门咨询或请专业队伍进行必要的水文地质调查或水文地球物理勘查，了解是否有适合水源热泵利用的水源，通过可行性研究，确定利用地表水或是地下水的供水水源方案。 6.2 地表水源工程设计与施工 当选用地表水源时，设计取水量要考虑水温因素和需水量的保证率，取水构筑物标高与洪水季节水位的关系。施工应同时考虑供水管和排水管的布置。 6.3 管井工程设计和施工拟选择地下水源和管井取水方案时，对规模较大的工程，应根据所需水量和地下水回灌需要，结合场地环境和水文地质条件，按一定采灌比确定抽水井和回灌井井数、合理布置井位和井间距。井深应大于变温带深度，以保证冬季水源水温度10。为防止回灌井堵塞，确保水源系统长期稳定供水，抽水井和回灌井应互相切换使用，因此各个井的井深和井身结构应相近。井中滤水管和滤网应有一定强度，能承受抽灌往复水流的压力变换。6.4 管井施工质量 必须十分重视管井质量问题。应找专业队伍施工，做好每一工艺环节，建成优质井，才能获得较大出水量和优质水。一口优质井可以使用二十多年。成井质量不好，不仅影响井的寿命，还影响到取水和回灌效果，最终影响水源热泵正常工作和制热或制冷效果。甲方应参与最后阶段的抽水试验工作，认定可信和准确的抽水试验结果数据。管井竣工后，应由甲方、施工单位和行政主管部门或监理会同到现场，按合同规定的水量、水温和水质进行工程质量验收。 水井设计基本要求为节约水资源，降低运行费用，使水顺利回灌，延长水井的使用寿命，必需对抽水井进行微机变频控制，做到用多少水，就抽多少水，大大降低运行费用和用水量，完全回灌。抽水井必须设在地下水流向的上游，且各个水井之间的实际间隔不得小于50米。详细请见抽水抽水井、回灌井成井工艺要求。每口抽水井都预埋取水管，埋设电缆。每口抽水井都砌筑一个检修井，深2米 宽1.5米，长2米；为便于维护检修，潜水泵出水管和干管连接处安装阀门和软连接，有排水管、有井盖，取水管安装一支流量表（表可选）；每个抽水井井室内都安装一个分电箱，内有端子排和自动空气开关和工作灯。潜水泵采用分组变频控制系统，配置三台潜水泵变频控制柜，其中一台变频控制柜控制三台潜水泵，其余两台变频控制柜各控制两台潜水泵。