1、節(jié)能環(huán)保型熱泵空調(diào)系統(tǒng)介紹 工作原理與分類 熱泵工作原理 作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創(chuàng)造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點。  熱泵與制冷的原理和系統(tǒng)設(shè)備組成及功能是一樣的，對蒸氣壓縮式熱泵（制冷）系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和節(jié)流閥組成：     壓縮機

2、起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵（制冷）系統(tǒng)的心臟；     蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的；      冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的；      膨脹閥或節(jié)流閥對循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。     &

3、#160;根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機所消耗的功（電能）起到補償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而往復(fù)地進(jìn)行循環(huán)。 熱泵分類     熱泵是需要冷凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中取熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。     蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形式。這樣熱泵或制冷機根據(jù)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，可分為水-水式，水-空氣式，空氣-水式，和空氣-空氣式共四類。  

4、;   利用空氣作冷熱源的熱泵，稱之為空氣源熱泵。空氣源熱泵有著悠久的歷史，而且其安裝和使用都很方便，應(yīng)用較廣泛。但由于地區(qū)空氣溫度的差別，在我國典型應(yīng)用范圍是長江以南地區(qū)。在華北地區(qū)，冬季平均氣溫低于零攝氏度，空氣源熱泵不僅運行條件惡劣，穩(wěn)定性差，而且因為存在結(jié)霜問題，效率低下。      利用水作冷熱源的熱泵，稱之為水源熱泵。水是一種優(yōu)良的熱源，其熱容量大，傳熱性能好，一般水源熱泵的制冷供熱效率或能力高于空氣源熱泵，但由于受水源的限制，水源熱泵的應(yīng)用遠(yuǎn)不及空氣源熱泵。  水源熱泵簡介  &#

5、160;  水源熱泵（Water Source Heat Pump）是以水為冷熱源的可實現(xiàn)制冷/制熱循環(huán)的一種熱泵型空調(diào)裝置。     廣義的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)可分為以下幾種類型：以地下水或地表水為加熱源和排熱源的熱泵系統(tǒng)（簡稱水源熱泵WSHP）；以土壤為加熱源和排熱源的熱泵系統(tǒng)（簡稱地源熱泵GSHP）；以一個循環(huán)水系統(tǒng)為加熱源和排熱源的熱泵系統(tǒng)（簡稱水環(huán)熱泵WLHP）。 水源熱泵(WSHP)系統(tǒng)介紹     可供水源熱泵(WSHP)作為加熱源和排熱源的水源包括：地下

6、水（深井水、泉水、地下熱水等）和地表水（河水、湖水、海水等）。其優(yōu)點為：水的比熱容大，傳熱性能好，使換熱設(shè)備較為緊湊；水溫較為穩(wěn)定，使熱泵運行性能良好。其缺點為：必須靠近水源；對水質(zhì)有一定要求，輸送管路和換熱器的選擇必須經(jīng)過水質(zhì)分析，才能防止可能出現(xiàn)的腐蝕。     水源熱泵（WSHP）的低位熱源為清潔能源，不會對環(huán)境造成污染；水源熱泵的動力為電力，能源利用率高，制冷工況COP4.0,制熱工況COP5.0。北京地區(qū)有一定的地?zé)豳Y源，使用水源熱泵可以大大提高地?zé)崮茉吹睦寐省?    水源熱泵（WSHP）作為一種節(jié)能

7、、環(huán)保的高科技產(chǎn)品，必然會得到越來越多的應(yīng)用。 地源熱泵 什么是地源熱泵 地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在冬季，把地能中的熱量"取"出來，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。 與鍋爐（電、燃料）供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90%以上的電能或7090%的燃料內(nèi)能為熱量，供用戶使

8、用，因此地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量；由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為1025，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.54.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的5060。因此，近十幾年來，尤其是近五年來，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預(yù)計，該項技術(shù)將會成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。 地源熱泵國內(nèi)外發(fā)展近況 地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個專利，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史。如美國，截止1

9、985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺，到目前為止已安裝了400，000臺，而且每年以10的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19，其中有新建筑中占30。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會，該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃到2001年達(dá)到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標(biāo)，屆時將降低溫室氣體排放1百萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝，年節(jié)約能源費用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費用再增加1.7億美元。

10、與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤管（埋深<400米深）的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96，奧地利為38，丹麥為27。  美國特別看好中國市場，美國能源部和中國科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中主要內(nèi)容之一是"地源熱泵"，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運用這種"綠色技術(shù)"，緩解中國對煤炭和石油的依賴

11、程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的。目前，這3個地源熱泵示范工程正在落實，有的已進(jìn)入實施階段。與此同時，科技部委托的中國企業(yè)公司正醞釀將美國的地源熱泵技術(shù)及設(shè)備引進(jìn)中國市場，這將促進(jìn)我國地源熱泵的市場化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，并使我國地源熱泵的研究開發(fā)盡快跟上國際潮流。  我國的地源熱泵事業(yè)近幾年已開始起步，而且發(fā)展勢頭看好。天津大學(xué)、清華大學(xué)分別與有關(guān)企業(yè)結(jié)成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體開發(fā)出中國品牌的地源熱泵系統(tǒng)，已建成數(shù)個示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉地源熱泵，并對其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，可以預(yù)計中國的地源熱泵市場前景廣闊。之所以對中國的地源熱泵市場發(fā)展前景持樂觀態(tài)度，一方面是要節(jié)約常規(guī)能源、充

12、分利用可再生能源的國內(nèi)外大趨勢；另一方面，我國具有較好的熱泵科研與應(yīng)用的基礎(chǔ)，早在50年代，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究，1965年研制成功國內(nèi)第一臺水冷式熱泵空調(diào)機。重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院等單位對地下埋盤管的地源熱泵也進(jìn)行了多年的研究。在中國科學(xué)院廣州能源研究所等單位還多次召開全國性的有關(guān)熱泵技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的專題研討會。我們有理由相信，在充分學(xué)習(xí)借鑒國外先進(jìn)技術(shù)和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在各級政府的有力支持下，中國的科技界與企業(yè)界攜手共進(jìn)，依靠自己的力量完全有能力在不長的時間內(nèi)開拓出具有中國特色的地源熱泵產(chǎn)業(yè)。 地源熱泵特點    

13、0;1、屬可再生能源利用技術(shù)地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。     2、屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相

14、對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運行費用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶3040的供熱制冷空調(diào)的運行費用。     3、環(huán)境效益顯著地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少

15、25的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。     4、一機多用，應(yīng)用范圍廣地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。 此外，機組使用壽命長，均在15年以上；機組緊湊、節(jié)省空間；維護(hù)費用低；自動控制程度高，可無人值守。 當(dāng)然，象任何事物一樣，地源熱

16、泵也不是十全十美的，如其應(yīng)用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約，實際上地源熱泵并不需要開采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不會對水質(zhì)產(chǎn)生污染。 地源熱泵工作原理及分類     地源熱泵則是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量取出來，供給室內(nèi)采暖，此時地能為"熱源"；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為"

17、;冷源"。     地源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機主要有兩種形式：水-水式或水-空氣式。三個系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。     地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點：（1）全年溫度波動小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費用40%左右。（2）冬季運行不需要除

18、霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失。（3）地源有較好的蓄能作用。 地源分類     地源按照室外換熱方式不同可分為三類：1.土壤埋盤管系統(tǒng)，2.地下水系統(tǒng)，3.地表水系統(tǒng)。    根據(jù)循環(huán)水是否為密閉系統(tǒng)，地源又可分為閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)。     閉環(huán)系統(tǒng)如埋盤管方式    （垂直埋管或水平埋管），地表水安置換熱器方式。    開環(huán)系統(tǒng)如抽取地下水或地表水方式。    此外，還有一種"直接膨脹式&q

19、uot;，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。 地源熱泵應(yīng)用方式     地源熱泵的應(yīng)用方式從應(yīng)用的建筑物對象可分為家用和商用兩大類，從輸送冷熱量方式可分為集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。     家用系統(tǒng)     用戶使用自己的熱泵、地源和水路或風(fēng)管輸送系統(tǒng)進(jìn)行冷熱供應(yīng)，多用于小型住宅，別墅等戶式空調(diào)。     集中系統(tǒng)     熱泵布

20、置在機房內(nèi)，冷熱量集中通過風(fēng)道或水路分配系統(tǒng)送到各房間。      分散系統(tǒng)     用中央水泵，采用水環(huán)路方式將水送到各用戶作為冷熱源，用戶單獨使用自己的熱泵機組調(diào)節(jié)空氣。一般用于辦公樓、學(xué)校、商用建筑等，此系統(tǒng)可將用戶使用的冷熱量完全反應(yīng)在用電上，便于計量，適用于目前的獨立熱計量要求。      混合系統(tǒng)     將地源和冷卻塔或加熱鍋爐聯(lián)合使用作為冷熱源的系統(tǒng)，混合系統(tǒng)與分散系統(tǒng)非常類似，只是冷熱源系統(tǒng)增加了冷

21、卻塔或鍋爐。     南方地區(qū)，冷負(fù)荷大，熱負(fù)荷低，夏季適合聯(lián)合使用地源和冷卻塔，冬季只使用地源。北方地區(qū)，熱負(fù)荷大，冷負(fù)荷低，冬季適合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。 分散系統(tǒng)或混合系統(tǒng)實質(zhì)上是一種水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)形式。 水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)     水環(huán)路熱泵(Water-Loop Heat Pump，簡稱WLHP)空調(diào)系統(tǒng)，它由許多臺水源熱泵空調(diào)機(WSHP)組成。這些機組由一個閉式的循環(huán)水管路連在一起，該水管路既作空調(diào)工況下的冷源，又作供暖工況下熱泵熱源。水環(huán)路的冷熱源可以是地源，或

22、鍋爐、冷卻塔聯(lián)合方式。     夏季運行：全部或大多數(shù)機組為供冷，熱量水環(huán)路排至室外的冷源，如地源或冷卻塔。     春季/秋季運行：對有內(nèi)區(qū)與周邊區(qū)的建筑物，會出現(xiàn)內(nèi)區(qū)需要供冷而周邊區(qū)需要供熱，內(nèi)區(qū)的熱量就可被周邊區(qū)所利用，即內(nèi)區(qū)空調(diào)的排熱與周邊區(qū)熱泵供熱所需熱量接近平衡時，室外的冷熱源可以停運。這種制冷供熱同時進(jìn)行，能量在建筑物內(nèi)部轉(zhuǎn)移，運行費用最少，節(jié)能效果明顯。     冬季運行：全部或大多數(shù)機組為供熱，供熱源（地源或加熱源）把熱量補充到水環(huán)路。  

23、0;  水環(huán)路熱泵空調(diào)系統(tǒng)除具有顯著節(jié)能特點外，還具有以下特點： 1、節(jié)省占地：不設(shè)大的冷凍機房，沒有冷卻塔系統(tǒng)。 2、能源費用單獨計量：由各部門、住戶或單位獨立承擔(dān)，能源費用計量簡單且公平，符合當(dāng)前的能源費用獨立計量方法。 3、調(diào)節(jié)靈活：每臺熱泵空調(diào)機在任何時間可以選擇供冷或供熱。 4、靈活應(yīng)用：能靈活充份地滿足建筑物各個區(qū)的需要，并隨時可以更改用途。 常見問題討論 1為什么地源熱泵在美國、歐洲以及中國，尤其是近些年來為越來越多的用戶所認(rèn)識，市場日趨活躍呢？ 一方面是由于全世界范圍內(nèi)比以往更加關(guān)注能源、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的問題，對于中國由于以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了極為

24、嚴(yán)重的大氣污染，因此，要實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須盡可能多地利用清潔的可再生能源，必須加大節(jié)能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空調(diào)的地源熱泵系統(tǒng)是很好的一個選擇；另一方面是地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)過多年的研究，在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，而且經(jīng)過多年的示范與實踐，確認(rèn)了地源熱泵系統(tǒng)的很多優(yōu)點：節(jié)約能源、舒適、安全、性能穩(wěn)定、清潔、使用靈活等。  2水環(huán)路熱泵（WLHP）系統(tǒng)與地源熱泵（GSHP）系統(tǒng)有什么異同？適用于什么場合？      WLHP系統(tǒng)通常是指利用冷卻水塔和鍋爐保持全年冬夏兩季節(jié)的供水溫度穩(wěn)定的系統(tǒng)，而GSHP系統(tǒng)則通常是指通過

25、利用地下水、地下?lián)Q熱系統(tǒng)、地表水或者地下?lián)Q熱系統(tǒng)與冷卻塔、鍋爐相結(jié)合等形式維持供水溫度穩(wěn)定的系統(tǒng)；此外，WLHP一般為分散式系統(tǒng)，而GSHP既可為分散式系統(tǒng)也可為集中式系統(tǒng)。 對于WLHP系統(tǒng)適用于什么場合，有研究認(rèn)為，單純的供冷或單純的供熱選用水環(huán)路熱泵是不合理的；對同時具有制冷和制熱需要的空調(diào)建筑，當(dāng)其內(nèi)部余熱量較小或較大時，使用WLHP系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯，只有當(dāng)機組排出的熱量與部分水源熱泵機組吸收的熱量相近時，才具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。對于某一特定建筑，設(shè)計者需根據(jù)建筑物的冷熱負(fù)荷曲線、使用特點、功能，所處環(huán)境等諸多因素綜合評價使用WLHP系統(tǒng)是否節(jié)能、合適。一般地說，以下幾種情況可考慮使用WLHP：有低品位穩(wěn)定可靠的廢熱可以利用；建筑物內(nèi)同時有制冷和供熱的需要；制冷量不大，且又要求獨立計量電費，使用時間不一，個別房間或區(qū)域經(jīng)常需在夜間或節(jié)假日獨立使用的建筑。     地源熱泵系統(tǒng)的適用場合，對于分散式系統(tǒng)，類似于上述水環(huán)路熱泵系統(tǒng)的情況；而對于集中式系統(tǒng)，即集中為建筑物各房間提供冷水或熱水的情況，則適用范圍較廣，尤其適用于辦公樓、學(xué)校及