水源熱泵技術(shù)是通過利用地表淺層水源吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能資源，輔以少量電能，冬季，從相對高溫的水源中提取熱能，由熱泵機組通過空氣或水作載體，為建筑物供暖；夏季利用水體的相對低溫帶走建筑物中的熱量。風冷熱泵則利用用空氣和電能來完成這一切。根據(jù)多方面的考察和當?shù)氐乃牡乩砬闆r和未來的經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能的措施的綜合考慮，嘗試采用水源熱泵系統(tǒng)進行這方面的設(shè)計，獲得了較好的效果，現(xiàn)總結(jié)如下，供大家參考，有不足之處，肯請各位指正。
1 工程概況 金源煤礦行政辦公區(qū)以及干警、犯人生活區(qū)占地面積3萬m2,礦區(qū)內(nèi)建筑分辦公樓、宿舍樓、醫(yī)院樓和教學樓四種。 2 經(jīng)濟分析 由建筑工程學院設(shè)計院初步設(shè)計了四種方案，由于各種考慮，否決了其中的兩種，要求在余下的水源熱泵*空調(diào)和風冷熱泵*空調(diào)兩種方案中進行分析選擇。 對兩方案初投資和運行費進行了初步經(jīng)濟分析。初投資費用比較見表3，運行費用比較見表4。 3 設(shè)計方案的確定 空調(diào)設(shè)計標準 3.1 設(shè)計參數(shù)（見表1 表2） 空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù) 干球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 新風量/m3 人 h 噪音/dB（A聲級)
夏季 24~28 50~70 20 ≯60
冬季 18~20 / 20 ≯60 空調(diào)室外設(shè)計參數(shù) 干球溫度/℃ 濕球溫度/℃ 相對濕度/﹪ 大氣壓力kPa
夏季 33.5 27.7 83 100.45
冬季 5 / 70 101.95 3.2 負荷計算 冷負荷：礦區(qū)空調(diào)場所負荷包括圍護結(jié)構(gòu)傳熱、設(shè)備散熱、人體散熱、照明散熱。圍護結(jié)構(gòu)傳熱根據(jù)《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》中的計算方法計算，通過大量計算與其它散熱源相結(jié)合，得出此空調(diào)冷負荷指標：2676W/m2,熱負荷為2072W/m2。 從表3、4可知，風冷熱泵*空調(diào)整體費用要高于水源熱泵*空調(diào)，而且風冷熱泵的制冷熱系數(shù)隨著外界的溫度不斷的發(fā)生變化，從而導致制冷系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定、資源浪費嚴重。而且水源熱泵機組與風冷熱泵機組比，有以下優(yōu)勢： a)水源為深井水，水體溫度較恒定，機組運行更可靠、穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)性和經(jīng)濟性，且無須專人維護或操作，運行維護費用極少。 b)室外機組無須除霜設(shè)備，設(shè)備簡單。 c)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3.5～4.4，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*空調(diào)的50～60％。 d)屬可再生能源利用技術(shù) 水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。 e)節(jié)能 水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40％的供熱制冷空調(diào)的運行費用。 f)運行穩(wěn)定可靠 水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。 g)環(huán)境效益顯著 水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗一次能源并導致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。設(shè)計良好的水源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當于減少30％以上，與電供暖相比，相當于減少70％以上。 水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質(zhì)。 水源熱泵機組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，且不用遠距離輸送熱量。 h)一機多用，應用范圍廣 水源熱泵系統(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)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。 i)自動運行 水源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長可達到15年以上。 當然，象任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其應用也會受到制約。 ⑴ 可利用的水源條件限制 水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應用的一個關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對開式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。 ⑵ 水層的地理結(jié)構(gòu)的限制 對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確?？梢栽诮?jīng)濟條件下打井找到合適的水源，同時還應當考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。 ⑶ 投資的經(jīng)濟性 由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟性會有所不同。 從表1、表2可知，風冷熱泵*空調(diào)整體費用高于水源熱泵*空調(diào)。經(jīng)分析比較，并與建設(shè)方充分協(xié)商，zui后決定采用水源熱泵*空調(diào)，解決金源煤礦的夏季空調(diào)和冬季采暖問題。 表3 初投資費用比較 （數(shù)據(jù)與本工程無關(guān)） 水源熱泵*空調(diào) 風冷熱泵*空調(diào)
序號 項目 初投資（元） 項目 初投資（元）
1 水源熱泵機組（1臺） 42000 風冷熱泵機組（1臺 89800
2 風機盤管（14臺） 13300 風機盤管（14臺 13300
3 立式管道泵（1臺 1980 立式管道泵（1臺） 1980
4 電子水處理儀（1個） 4500 電子水處理儀（1個） 4500
5 方形膨脹水箱（1個） 1500 方形膨脹水箱（1個） 1500
6 管道、閥門等制安費 37600 管道、閥門等制安費 27340
7 風管、風口等制安費 24500 風管、風口等制安費 24500
8 保溫材料費及安裝費 19700 保溫材料費及安裝費 21300
9 旋泥除沙器（1個 4620 配電系統(tǒng)（1套 7450
10 配電系統(tǒng)（1套） 8700
合計 158400 191670 注：水源熱泵*空調(diào)系統(tǒng)初投資中未計土建打井費用。 表4 年運行費用比較 （數(shù)據(jù)與本工程無關(guān)） 水源熱泵*空調(diào) 風冷熱泵*空調(diào)
序號 項目 運行費用/元 項目 運行費用/元
1 水源熱泵機(12kW) 11880 風冷熱泵機(16.8kW) 16632
合計 11880 16632 注：1） 按表1設(shè)備中兩系統(tǒng)用電量不同項進行比較。 2） 所有設(shè)備按年運行180天，每天運行18小時，電費0.55元/（kWh）計算。 4 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 4.1因為設(shè)計時尚未決定裝修方案，無法獲知各房間的裝修方式，只能先考慮采用風機盤管側(cè)吹風的安裝方式。（后按裝修格局采用不同室內(nèi)機形式，盡量作到美觀大方。） 4.2冷熱源設(shè)備： 冷水機組：水源熱泵機組三臺，制冷量/制熱量=63.6/69.8kW 冷水系統(tǒng)配套水泵：臥式離心泵五臺，流量15t/h,揚程20m. 冷卻水用潛水泵：八臺，本工程由甲方根據(jù)實際需要設(shè)置。 4.3系統(tǒng)形式 冷凍水采用雙管制風機盤管閉式系統(tǒng)，室內(nèi)機掛于室內(nèi)樓板下方，水源熱泵機組和冷水循環(huán)用臥式離心泵和其他設(shè)備設(shè)于空調(diào)機房內(nèi)。冷卻水采用地下水作為水源循環(huán)使用。 1— 循環(huán)水泵 2—電子水處理儀 3—方形膨脹水箱 4—旋流除沙器 圖1 系統(tǒng)流程圖 4.4 井水回灌 本設(shè)計采用有壓回灌的方式，抽水井和回灌井間隔分布的方式，使井水全部回灌，從而也保證了水井不會被破壞。并且在成井過程中，采用在上部封閉止水，井室采用混凝土澆灌并且井壁處比井室相差1米深度，在此基礎(chǔ)上井水回灌再次加大有壓回灌的力度，保證了井水的*回灌。同時不影響建筑物基礎(chǔ)，保證了地面建筑物的安全。系統(tǒng)流程圖見圖1。 4.5井水量的保證措施 本設(shè)計的水源采用的是深井水，水溫恒定。水井結(jié)構(gòu)采用含水層是橋式濾管，巖石層是螺旋鋼管，螺旋鋼管以保證井壁的結(jié)構(gòu)不受影響。zui重要的一點是含水層與濾管之間的濾料，本設(shè)計的濾料多邊形的石子（質(zhì)地堅硬的豆沙也可），這樣才能保證地下水的順利流通和回灌。 4.6系統(tǒng)控制流程圖 本系統(tǒng)選用清華同方的主機（SGH－1000）三臺，主機的壓縮機負荷控制根據(jù)溫差大小采用無級調(diào)節(jié)（25％、50％、75％），減少了一般壓縮機從開機到停機都是100％工作所造成的不必要的資源浪費。冷卻水采用變頻自動控制，根據(jù)壓力調(diào)節(jié)水泵所投入的工作頻率及數(shù)量?，F(xiàn)在*不足是冷凍水水泵、冷卻水水泵、主機沒有實現(xiàn)聯(lián)動和遠程控制，即以主機為核心帶動水泵工作，以zui大限度的節(jié)約資源，zui終將真正做到*空調(diào)機房無人值班的目的。 4.7 減震、節(jié)能措施 為防止設(shè)備震動噪聲，水管出入水口、水泵進出口設(shè)橡膠軟接頭，水泵基礎(chǔ)設(shè)減震墊。機組設(shè)在砼基礎(chǔ)上，并加減震墊。 為了節(jié)能降耗，本系統(tǒng)冬季充分利用冬季室外環(huán)境溫度低的特點，把經(jīng)自然冷卻后的水灌入深井，實現(xiàn)了“冬灌夏用”；供、回水管均采用離心玻璃棉以及福樂斯保溫，減低冷熱量的消耗。 5 運行效果 系統(tǒng)自2004年冬季投入使用以來，冬夏總體運行情況良好，沒有出現(xiàn)井水不能*回灌現(xiàn)象及大面積的熱力失調(diào)現(xiàn)象，建造商和業(yè)主都較為滿意。 6 結(jié)語 當今人類對環(huán)保的要求越來越嚴，同時各種能源隨著使用的增加日漸枯竭，迫使人們不斷采用更*節(jié)能的環(huán)?？照{(diào)設(shè)備和更*、節(jié)能的運行方案。水源熱泵系統(tǒng)是利用地下水或地下土壤常年溫度保持恒定的特點，進行能量轉(zhuǎn)換的冷暖空調(diào)系統(tǒng)，是環(huán)保、節(jié)能、“零”污染、“零”排放的一種空調(diào)設(shè)備。它無須冷卻塔等裝置，初投資和運行費都比傳統(tǒng)冷暖方式低，而且地下水水溫穩(wěn)定，受外界影響小，機組的制冷和制熱功能發(fā)揮的更好。隨著空調(diào)的日益普及，水源熱泵系統(tǒng)必將受到各界更大的關(guān)注與支持，應用會更加廣泛 | 
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