【摘要】本文以實(shí)例分析的方法對(duì)水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，以供參考和借鑒。 

　　【關(guān)鍵詞】水源熱泵；設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性 

　　中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 

　　一、前言 

　　水源熱泵技術(shù)是當(dāng)前世界上較為先進(jìn)的供熱技術(shù)，它以其特點(diǎn)在城市中得到了廣泛應(yīng)用。本文將圍繞水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)進(jìn)行分析。 

　　二、某地區(qū)水源熱泵應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例 

　　1、水源熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn) 

　　本次案例以重點(diǎn)探索適宜該地區(qū)可再生能源，提高該地區(qū)能源結(jié)構(gòu)中的可再生能源比例為目的，以水源熱泵系統(tǒng)為主要實(shí)現(xiàn)手段。 

　�。�1）水源熱泵是以消耗一定的電能為代價(jià)來(lái)回收低品位熱量，是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源(也成地能，包括地下水、土壤或地表水等)的即可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)裝置。 

　�。�2）水源熱泵的特點(diǎn) 

　�、俟�(jié)水省地:以土壤為載體，向其放出熱或吸收熱量，不消耗水資源，省去鍋爐房及儲(chǔ)油房等配套設(shè)施，機(jī)房面積小。 

　�、陟`活安全:可同時(shí)實(shí)現(xiàn)供熱、制冷不同功能要求，可設(shè)計(jì)成滿(mǎn)足提供衛(wèi)生熱水的功能要求、機(jī)組可靈活安置在任何地方，無(wú)鍋爐、儲(chǔ)油罐等衛(wèi)生及安全隱患。 

　�、劬S護(hù)簡(jiǎn)單:操作簡(jiǎn)單，易于管理，故障率少。維護(hù)工作方便簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。 

　�、苓\(yùn)行費(fèi)用低:與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，水源熱泵具明顯的優(yōu)勢(shì)。鍋爐供熱只能將90%一98%的電能或70%一90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶(hù)使用，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;由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10-25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5一4.4，與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50%一60%。 

　　2、水源熱泵的原理: 

　　如圖1，夏季在冷凝器一側(cè)，設(shè)備與深井低溫水換熱后將冷水送入冷凝器，從進(jìn)水口1進(jìn)入，與高溫高壓的氟里昂進(jìn)行熱交換，降低氟里昂的溫度，溫度升高的水從冷凝器出水口1回灌至地下，完成一次冷卻循環(huán)。蒸發(fā)器一側(cè)，用戶(hù)端循環(huán)水進(jìn)人蒸發(fā)器，從進(jìn)水口2進(jìn)入，蒸發(fā)器中氟里昂吸熱，使循環(huán)水溫度降低(按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一般降至7})，冷凍水經(jīng)過(guò)水泵送至用戶(hù)端，達(dá)到制冷的效果。 

　　圖1 熱泵機(jī)組制冷圖 

　　如圖2，為冬季冷凝器一側(cè)，通過(guò)外管路切換，用戶(hù)端,環(huán)水進(jìn)入冷凝器，從進(jìn)水口1進(jìn)入，與高溫高壓的氟里昂進(jìn)行熱交換，降低氟里昂的溫度，得到，熱量后用戶(hù)端管路水溫度升高拱(一般在40-60℃之間)再經(jīng)過(guò)水泵送至用戶(hù)端，給建筑物供暖。蒸發(fā)器一側(cè)，與深井低溫水換熱后.的冷水進(jìn)入蒸發(fā)器，從進(jìn)水口2進(jìn)入，發(fā)帶走水中的熱量，使井水溫度降低(一般可以降至7℃)，然后從出水口2回灌至地下，完成一次取熱循環(huán)。 

　　圖2氟里昂蒸熱泵機(jī)組制熱原理圖 

　　通過(guò)以上的論述可見(jiàn)，水源熱泵系統(tǒng)利用的是“冬暖夏涼”的地?zé)豳Y源，具有穩(wěn)定性好，一機(jī)兩用且沒(méi)有冷卻塔，換熱部分為不占用寶貴的土地資源，沒(méi)有廢氣排放，機(jī)房無(wú)需專(zhuān)屬空間等優(yōu)點(diǎn)。而且，我國(guó)十二五規(guī)劃中明確提出在建筑中要積極發(fā)展水源熱泵系統(tǒng)，鼓勵(lì)在適宜的地區(qū)優(yōu)先采用水源熱泵供暖，并在政策上給予傾斜，這使得地源熱泵的實(shí)踐推廣具有更加廣闊的前景。 

　　三、水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) 

　　1、水源熱泵與常規(guī)采暖方式的對(duì)比 

　　（1）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70.90%的燃料能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶(hù)使用。因此水源熱泵要比電鍋爐采暖節(jié)省一倍以上的電能，比燃油鍋爐節(jié)省1/2以上的能量; 

　�。�2）與風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)相比，風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)能效比較低，在制冷時(shí)基本上在1.3左右，制熱時(shí)機(jī)組的效率衰減的比較厲害，尤其在0℃以下，機(jī)組效率大幅度衰減，從而增加機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用; 

　　（3）而水(地)源熱泵系統(tǒng)因?yàn)闊�、源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為15℃，其制熱系統(tǒng)可達(dá)4，制冷系統(tǒng)可達(dá)5.3，所以我們將其稱(chēng)為節(jié)能型空調(diào)系統(tǒng)在本工程中采用水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)到一機(jī)三用的效果，避免了采用燃?xì)�、燃油所帶�?lái)的負(fù)面影響，如:消防、管道泄漏等問(wèn)題;天燃?xì)鈨r(jià)上漲、收取環(huán)境保護(hù)費(fèi)的遠(yuǎn)慮;不會(huì)受到城市管網(wǎng)的限制;滿(mǎn)足了國(guó)家節(jié)能環(huán)保的理念。 

　　2、經(jīng)濟(jì)性分析 

　　某市生活基地水源熱泵工程總建筑面積160×10m2，為本市水源熱泵技術(shù)示范項(xiàng)目。該工程分為南、北2個(gè)區(qū)域，于2012年9月竣工。北區(qū)總建筑面積為70507m2，冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為3264.47kW。共選用2臺(tái)雙機(jī)頭螺桿式水源熱泵機(jī)組，設(shè)計(jì)工況下單臺(tái)熱泵機(jī)組制熱量為1678kW，輸入功率453kW，供熱系數(shù)3.7。園區(qū)內(nèi)共建有33口水源井，11口井用于取水，設(shè)計(jì)出水量414t/h；22口井用于回灌，回灌量414t/h。冬季額定熱負(fù)荷條件下，采用2臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵＋11臺(tái)深井泵運(yùn)行。南區(qū)總建筑面積110507m2，冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為5116.47kW。共選用3臺(tái)雙機(jī)頭螺桿式水源熱泵機(jī)組，設(shè)計(jì)工況下單臺(tái)熱泵機(jī)組制熱量為1678kW，輸入功率453kW，供熱系數(shù)3.7。園區(qū)內(nèi)共建有43口水源井，13口井用于取水，設(shè)計(jì)出水量621t/h；30口井用于回灌，回灌量621t/h。冬季額定熱負(fù)荷條件下，采用3臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵＋13臺(tái)深井泵運(yùn)行。 

　�。�1）水源熱泵工程初投資 

　　水源熱泵供熱工程中采暖與生活熱水負(fù)荷之比為5.39∶1，按此劃分出呼和浩特市生活水源熱泵工程采暖部分初投資，北、南區(qū)總采暖面積（即建筑面積181014m2，城市供熱入網(wǎng)費(fèi)按80元/m2計(jì)算，則總?cè)刖W(wǎng)費(fèi)1448.1萬(wàn)元。 

　　水源熱泵供熱工程建設(shè)單位初投資為1320.87萬(wàn)元，小于城市供熱入網(wǎng)費(fèi)1448.1萬(wàn)元（不包括用戶(hù)二次熱網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用）。 

　�。�2）水源熱泵運(yùn)行費(fèi)用 

　　①水源熱泵運(yùn)行耗電費(fèi)用 

　　根據(jù)該市供暖運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，冬季供暖時(shí)間共計(jì)180d，折算供熱天數(shù)為115d。根據(jù)住宅的使用特點(diǎn)，系統(tǒng)每天運(yùn)行24h，日調(diào)節(jié)系數(shù)為0.65。設(shè)備用電電價(jià)分別按非普工業(yè)用電價(jià)0.62元/kWh和居民用電價(jià)0.43元/kWh計(jì)算，則南、北區(qū)年運(yùn)行耗電總費(fèi)用為300.9萬(wàn)元或208.7萬(wàn)元。 

　�、谙淳�費(fèi)用 

　　原有76口井，需要新增22口井，共計(jì)98口井。按每口井每年洗井1次、每次洗井費(fèi)用2000元計(jì)算，每年洗井總費(fèi)用19.6萬(wàn)元。 

　�、墼O(shè)備維護(hù)及人工費(fèi) 

　　參照調(diào)研其他工程機(jī)房人員配置情況，每個(gè)機(jī)房配備2名運(yùn)行管理人員，每年人員工資總數(shù)按20萬(wàn)元計(jì)，設(shè)備維護(hù)費(fèi)按10萬(wàn)元計(jì)，該項(xiàng)費(fèi)用共計(jì)30萬(wàn)元。 

　�、芩�源熱泵運(yùn)行總費(fèi)用 

　　水源熱泵運(yùn)行總費(fèi)用為以上各項(xiàng)費(fèi)用之和，即350.5萬(wàn)元（非普工業(yè)用電價(jià)）或258.3萬(wàn)元（居民用電價(jià)）。 

　　（3）城市供熱取暖費(fèi) 

　　目前，該市居民取暖費(fèi)為3.68元（/m2·月），生活基地總采暖面積181014m2，則總?cè)∨�費(fèi)用為399.7萬(wàn)元。水源熱泵運(yùn)行總費(fèi)用無(wú)論按非普工業(yè)用電價(jià)，還是按居民用電價(jià)計(jì)算，均小于城市熱網(wǎng)供暖費(fèi)399.7萬(wàn)元。 

　　3、存在的問(wèn)題 

　　該市生活水源熱泵工程北區(qū)在供熱試運(yùn)行期間，由于水源井存在回灌不暢現(xiàn)象，室內(nèi)平均溫度為15℃，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。南區(qū)水源熱泵系統(tǒng)投運(yùn)后，建筑物室內(nèi)多數(shù)房間達(dá)到18℃以上，尚有少數(shù)房間溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。 

　　4、原因分析 

　�。�1）綜合熱指標(biāo) 

　　根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行節(jié)能規(guī)定，該市生活水源熱泵工程綜合熱指標(biāo)應(yīng)為40.2～45.8W/m2。南、北區(qū)設(shè)計(jì)綜合熱指標(biāo)取46.3W/m2，取值基本合理。 

　�。�2）水源熱泵系統(tǒng)參數(shù) 

　　北區(qū)機(jī)房2臺(tái)熱泵機(jī)組制熱量為3356kW，理論上可以滿(mǎn)足北區(qū)供熱要求。冬季設(shè)計(jì)工況下，2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，采暖供/回水溫度為50℃/40℃，熱網(wǎng)循環(huán)水量284m3/h；冬季設(shè)計(jì)水源供/回水溫度為8℃/3℃，出水（回灌）量414m3/h（壓縮機(jī)輸入功率100%轉(zhuǎn)化為制熱量）。若壓縮機(jī)輸入功率75%轉(zhuǎn)化為制熱量，則出水（回灌）量應(yīng)為453.1m3/h（壓縮機(jī)輸入功率轉(zhuǎn)化率因設(shè)備不同有所區(qū)別。為了可靠供熱，壓縮機(jī)輸入功率按75%的轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)化為制熱量是比較合適的。 

　　南區(qū)3臺(tái)熱泵機(jī)組制熱量為5034kW，勉強(qiáng)滿(mǎn)足南區(qū)供熱要求。冬季設(shè)計(jì)工況下，3臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，采暖供/回水溫度為50℃/40℃，循環(huán)水量為426m3/h。冬季設(shè)計(jì)水源供/回水溫度為8℃/3℃，出水（回灌）量為621m3/h（壓縮機(jī)輸入功率100%轉(zhuǎn)化為制熱量）。若按壓縮機(jī)輸入功率75%轉(zhuǎn)化為制熱量，則出水（回灌）量應(yīng)為679.7m3/h。從上述分析可以看出，原設(shè)計(jì)出水（回灌）量偏小，相應(yīng)熱量相差約10％。 

　�。�3）水源井 

　　該市生活水源熱泵工程某年冬季供暖運(yùn)行記錄如下：室外最低氣溫-17～-3℃，采暖供水溫度36～47℃，回水溫度29～36℃；取水井出水溫度為8.5～6.0℃，回水溫度為4.4～2.2℃。運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)基本吻合。 

　　分別對(duì)北區(qū)和南區(qū)水源井進(jìn)行回灌測(cè)試，測(cè)試結(jié)果可以看出，單井平均出水量與設(shè)計(jì)值接近，回灌量與設(shè)計(jì)值相差很大，特別是北區(qū)回灌量只達(dá)到設(shè)計(jì)值的一半。從上述分析可以看出，由于出水（回灌）量大大低于設(shè)計(jì)值，所以地下水提供的熱量不能滿(mǎn)足供熱要求。 

　　四、結(jié)束語(yǔ) 

　　隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人們對(duì)生活質(zhì)量要求越來(lái)越高。水源熱泵能夠有效降低對(duì)能源的消耗，為人們提供優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境，帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益，隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，必將具有更加廣泛的發(fā)展空間。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　[1]李文,王勇,吳浩.開(kāi)式地表水水源熱泵系統(tǒng)的取水方案分析[J].制冷與空調(diào),2009,9(4):20-22. 

　　[2]顧銘,馬宏權(quán),王勇.江水源熱泵的技術(shù)關(guān)鍵與工程案例分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2010,29(4):38-42. 

　　[3]龍惟定,馬宏權(quán).地表水水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用與水體熱污染[C].中國(guó)制冷學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2009:95-100.