水源热泵系统的溯源、现状及节能量分析
作者：谭少容 发布于：2014-05-15 9:22:42 点击量：
如今，全球能源危机和日趋严重的环境污染已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。
能源资源问题关系我国经济社会发展全局。为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展，国务院于2006年1月1日颁布了《可再生能源法》。随后，财政部、建设部于2006年9月25日颁布了《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，在专项资金支持的六项重点领域中，有四项都依靠水源热泵技术。
现阶段，我国正处于城市化的快速进程中，随着城市人口的增长及人们生活的提升，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，从各种循环利用的水源中提取能量、以解决建筑物供冷供热的水源热泵技术，将成为城市供冷供暖的理想选择。
篇章1：行业现状
溯源及现状
水源热泵地温中央空调系统的历史可以追溯到1912年瑞士的一个专利，而热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。
我国的水源热泵行业近几年才开始起步，但发展势头看好。这除了得益于国内外的大环境——即节约常规能源、充分利用可再生能源外，还有一个很重要的原因，那就是我国具有较好的热泵科研与应用的基础。
有资料表明，早在20世纪50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年成功研制国内第一台水冷式热泵空调机。
目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会，清华大学经过多年的研究在多工况水源热泵领域已经形成产业化的成果，建成数个示范工程。
中南科莱公司和中国建筑科学研究院、郑州大学综合设计研究院全方位合作，对外开展水（地）源热泵中央空调、可再生能源综合开发的市场业务，已形成了一套从方案咨询、系统设计、产品研发、生产、工程施工、售后服务、专业人才培训为一体的能源综合利用及开发的专业化服务体系。
原理及特性
正如水通过水泵能从低处向高处流动一样，热泵系统就是能够把能量从温度低（低品位能量）传递到温度高（高品位能量）的设备系统。它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，从而有效地利用了低水平的热能。
水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它既具有中央空调合理利用能源，设备能效系数高，运行成本低和安全、可靠等优点，又具有分散空调调节灵活、方便，便于管理和收费等优点。
水源热泵技术在建筑中的应用
从水源热泵的市场应用看，我国南方的深圳、广州到过渡地区的上海、南京直到北方采暖地区的北京、大连等城市的公共建筑（办公楼、商住楼、商场等），而且住宅建筑上得到了广泛的应用。
北京奥运村利用再生水水源热泵空调系统，不需要冷却塔、锅炉房，其能源消耗量是传统电锅炉的1/4，更重要的是，它不会排放任何污染物。
作为建设部第一批（2006年）可再生能源建筑应用示范项目，全国最大规模的水源热泵住宅区，海信地产开发的麦岛金岸投资4亿元人民币，采用了国际先进的海水/污水源热泵，节约了能源，减少了污染。建成后采暖每年可减少燃煤20206余吨，每年减少向大气排放二氧化碳54050余吨。运用海水中央空调，比传统空调系统运行效率高出40%，节省运行费用40%左右。
有业内人士分析，水源热泵技术目前除了被广泛应用于各类民用建筑、公用建筑、军事建筑等所有需要供冷供暖供应洗浴热水的中央空调系统，还涉及到工业领域中冷冻、冷藏、冷却的工艺系统，成为节能减排的重要技术之一。
篇章2：典型技术推介
科莱智星：尽显地温空调技术魅力
科莱智星是中南科莱公司的产品品牌，凭借完善的科学工艺，在数百项水源热泵空调工程中进行实践，使水源热泵空调技术在住宅小区、别墅、办公楼、医院、商场、娱乐场所、高档宾馆、工厂等各类建筑物中展现了无穷魅力。那么，该技术有何优势？具体节能效果如何？
技术优点
优点1：环保无污染。省去了锅炉系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；省去了冷却塔系统，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染，使环境更加洁净优美。
优点2：节省投资寿命长。一套系统解决冷、暖、浴的供应，安装简单、节省投资费用，运行寿命达到20年以上。
优点3：高效节能。无论冬季还是夏季，每投入1KW电能均可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。
优点4：应用范围广。除了从土壤或地下水提取能量，水源热泵机组还可以从工业废水、污水、中水、湖水、海水中提取能量，广泛地应用在民用建筑采暖、冷暖空调、工业企业冷冻、冷藏、冷却、加热等领域，从而节约了大量采暖、供热、供冷能量。
优点5：运行稳定安全。地源/水源热泵从温度相对恒定的水源中提取能量，相当于汽车以经济时速在高速公路上行驶，平稳而安全，故障率较低。
优点6：节省运行费用。本系统最大特点是节能减排，利用可再生能源。无论冬季还是夏季，运行费用只有传统供冷供暖方式的1/2-1/3。
水源热泵系统节能量分析
因为井水温度夏季低于环境空气温度、冬季高于环境温度，且全年基本稳定，因而机组无论制冷或制热，都非常稳定且效率不受气温影响。
水源热泵机组节能表现如下：在夏季运行时COP（能效比）达5.2-6.0，制冷效果因不受气温影响，其装机容量可以低于常规冷水机组10-20%；配套设备功率降低20%左右。冬季制热效率COP为4.2-5.0。根据上述优势，水源热泵机组在夏季比常规制冷机组节约运行费用20%，冬季比电、油锅炉节约费用70%，比集中供热节约50%，比燃气锅炉、风源机组节约费用40%。
以某小区水源热泵中央空调系统为例，该项目共12栋楼，建筑面积43000平方米，选用“科莱智星”满液式水源热泵机组KFWH8701型1台，KFWH7101型2台，总制冷量2295KW，制热量2431KW（冬季实际运行负荷为2000KW）。冬夏运行均按120天计算，则采用水源热泵技术，全年空调电费为平均每天每平方米0.085元。
而采用常规能源的耗能量统计如下：（1）冬季集中供暖收费标准为：0.165元/天·平米（2）夏季采用水冷机组，每年运行耗电量总计为：则采用传统的冷却塔+冷水机组形式，夏季电费：0.12元/天·平米。
由此可见，采用水源热泵技术，每一万平米住宅建筑每年可节约电量，折合标准煤100吨。其他建筑，比如办公楼、教学楼、体育馆等公用建筑虽然与住宅相比冷暖负荷较大，但工作时间相对较短，全年节能量实际与住宅建筑基本相同。
链接：技术背后
郭其峰：用新能源技术为社会造福
在河南省举办的节能科技展上，郑州中南科莱空调设备有限公司总经理郭其峰作为企业家代表在开幕式上发言时曾说，“要利用新的能源技术为社会造福”。他的一番话曾给记者留下了深刻的印象，引起了记者对科莱空调的关注。
后来，在城市化编辑部的公共邮箱，记者收到了“水源热泵——城市供冷供暖的新技术”的投稿，文章是郭其峰写的，而记者也知道了他的另一个身份——郑州大学综合设计研究院建筑节能研究所副所长，他是一个水源热泵的专业人士。于是，也就有了对中南科莱空调的深层次了解和报道。
原理要节能，系统也要节能
根据多年来的理论探索和工程实践，郭其峰指出，水源热泵中央空调系统在原理上的环保节能，不仅靠科学合理的水源系统工艺才能得到体现，而且靠量体裁衣的水源热泵主机才能得到保障。如果两者不能统筹兼顾，相得益彰，最终就会出现原理节能而系统不节能，甚至系统彻底失败的现象。
郭其峰说，由于全国各地的地质状况、气候条件千差万别，建筑物形态各异，水源的水质水温迥然不同，选配什么样的主机才能真正利用好项目所在地的可再生能源，切实满足用户的投资需求，成为中南科莱市场、研发、生产部门研究工作的重中之重。
据介绍，作为新加坡独资企业，郑州中南科莱空调设备有限公司是主要致力于从各种水源、土壤中高效提取能量，用于建筑物冷、暖供应和工业领域的冷冻、冷藏、冷却的能量需求。针对项目的差异化需求，中南科莱在标准工况下采用螺杆式水源热泵机组，在水质差、水温低的工况下采用满液式螺杆机组，在腐蚀性较强的水源情况下采用满液式海水/污水螺杆机组，在小型建筑物中采用涡旋式机组，在大空间建筑物中采用豪华柜式机组，需要独立控制的房间采用水环式机组，还可以用热回收机组与冷冻\冷藏\冷却的工业系统配合应用以回收余热。以上产品组合能够真正实现安全运行、环保节能，应对一切恶劣工况，最大限度地提取可再生能源。
支招：水源热泵技实施有要领
一个土建项目是否能上水源热泵中央空调，取决于该项目所在地是否具有水源。如果有温度适宜、水量恒定的工业尾水、污水中水、地表水、海水等各种形式的水源，则可以直接从上述水源中提取冷热能。如果没有，再考虑地下水方式是否可行。有的地区严重缺乏地下水，有的地区当地政府严禁开采地下水，有的项目在建筑物周边空地根本不具有水井施工的客观条件，所以地下水方式会受到各种因素的限制。为了解决上述问题，在项目前期规划设计阶段，须作如下工作：
（1）查看建筑物的总平面图，了解建筑物周边是否有理想的水源或空余场地可以用来打井。
（2）了解当地政府是否允许开凿水源热泵水井，有哪些规定和办理程序。
（3）通过水利部门和地质勘探部门了解地下水状况、水井工艺要求、打井成本、水质、水量、水温等详细资料。
（4）如经论证后确认具备条件，水井供应系统图纸设计前一定要在建筑物周边空地开凿一口试验井，为制定整体的水井工艺提供可靠的数据资料。
（5）通过专业的设计院设计提取水源的工艺，或通过专业的凿井机构确定科学合理的水井施工工艺。
郭其峰说，要做好每一个水源热泵中央空调系统工程，需要建设方、设计单位、供应商、施工单位通力配合，互相交流，认真总结，为水源热泵技术在城市的健康发展打下良性循环的基础。
