摘要：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。
关键词：水源热泵 空调系统 节能 可再生能源
1、 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。
地球表面或浅层水源的温度一年四季基本不受外界气候影响，相对稳定，一般为10~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。
水源热泵是既可供热又可供冷的高效建筑节能技术。能有效节省能源、减少大气污染及CO2排放。
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。目前已经有数个示范工程。在华东地区，越来越多的中国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。[1]
三、 系统组成及工作原理
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。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。
图 1：水源热泵示意图
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。本文所讨论中心议题是开式系统。
虽然在长江三角洲地区直接抽取地下水的方式受到严格限制，但是在一些地区仍然是一种可行的节能技术，并且地表水类型的水源热泵不受限制。
四、 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5~6，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3.8~6.0 | 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3.5~3.8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3.8~6.0，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。
五、 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） | 100 | 140 | 90 | 90 |
| 锅炉（万元） | - | - | 30 | 24 | |
| 循环水泵（万元） | 5 | 7 | 5 | 5 | |
| 冷却水塔（万元） | - | 8 | 6 | 6 | |
| 水井 | 6 | - | - | - | |
| 室内末端（万元） | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 其它（万元） | 40 | 68 | 82 | 74 | |
| 总投资（万元） | 156 | 228 | 218 | 204 | |
| 单位面积投资（元/平方米） | 156 | 228 | 218 | 204 | |
| 能耗费 | 冬季125天（元/季·m2） | 17 | 37 | 36 | 28 |
| 夏季115天（元/季·m2） | 12 | 28 | 17 | 17 | |
| 全年（元/年·m2） | 29 | 58 | 53 | 45 | |
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。
六、 结语
水源热泵空调节能技术是节约能源、改善生活、减轻环境污染、促进经济可持续发展的有效措施。水源热泵技术充分利用有利的自然资源，挖掘节能潜力，减少能源消耗，降低运行维护成本。相信在不久的将来，水源热泵空调节能技术必将获得更加稳定和快速的发展。
[参考文献]
1、 T. Davey. Deep lake water cooling a matter of degrees [J]. Environmental Science & Engineering, 2003(9): 121-133
2、李竞、吴喜平，综合建筑空调节能技术，上海节能，2006 No.2
3、袁铮喻，张国良，电气运行[M]，中国水利水电出版社，2004.
4、蒋能照，空调用热泵技术及应用[M]，机械工业出版社，1997
5、蒋爽， 李震，端木琳，海水热泵系统在斯德哥尔摩应用及其在中国的发展前景[C]。2005年全国空调与热泵技术交流会论文集，大连，2005。
作者简介：殷正琴（1976-），女，工程师，主要从事空调产品的技术支持工作
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