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【摘 要】 本文介绍了水源热泵系统及其特点，并阐述了水源热泵系统工程设计中应注意的几个问题。
【关键词】 水源热泵;中央空调;系统设计
随着我国国民经济的持续增长，科技进步的高速发展及现代工业中工艺质量的要求日趋更加严格，中央空调系统在工业、农业、商业、科技及人民生活的各个方面均得到了广泛的应用。中央空调的能耗占据了建筑能耗中的大份额，而能源问题是目前我国乃至全世界普遍关注的一个问题。在这种背景下，以节能和环保为主要特征的空调系统——水源热泵系统生产设计并得到了广泛的应用。
1、水源热泵系统概述
水源热泵是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为低位热源，并利用热泵技术，通过少量的高位电能输入，实现冷热量由低温热能向高温热能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。地表土壤和水体收集了47%的太阳辐射能量，是一个巨大的动态能量平衡系统，因此，利用地下水源作为介质的热泵空调系统属可再生能源利用技术。
这种低位热源包含地下水或地表水（江、河、海、湖或浅水池），本文仅对地下水工况的水源热泵系统进行论述，该系统适合于地下水资源丰富，并且当地资源管理部门允许开采利用地下水的场合。
2、工作原理
水源热泵机组工作原理是采用地下水源作为低温冷源或高温热源，在夏季，室内冷冻水循环水带走室内余热量，由于水源温度低，可以高效的带走热量;同理，在冬季，通过载热媒介从地下水源取热供给建筑物室内采暖。[1]
图1 地下水水源热泵系统制冷制热切换原理
夏季机组制冷时，地下水作为低温冷源进入机组的冷凝器中，作为吸热源吸收室内的余热量并回灌入地下。冬季机组制热时，地下水作为高温热源进入机组的蒸发器中，作为吸热源。通过制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收地下水中的热量。地下水则回灌于地下。
3、水源热泵空调系统的特点
3.1高效、节能。
相对于空气源来讲，地下水一年四季的温度基本上相对恒定，使得水源热泵机组在制冷和制热时运行效率较高。
水源热泵机组地下水工况时的COP可达到5-7。能效比，就是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多。显然，水源热泵设备地下水工况时的COP远高于风冷设备及普通螺杆式水冷冷水机组（配置冷却塔）的COP。[2]
3.2水源热泵技术可以实现一机两用，即实现夏季制冷，冬季制热，提高了机组的利用率，降低了设备的初始投资。相对于传统的夏季由制冷机组提供冷源，冬季则需要利用单独的热源形式，比如：单冷型机组加燃煤（气、油）锅炉或城市热力管网等，解决了一台机组达到制冷制热的功能。
3.3目前，部分国内品牌已经对全热回收的水源热泵机组进行开发和生产，实现了一机多用，拥有制冷、制热、制热水、及制冷热回收多种模式，特别对于建筑物有夏季制冷、冬季取暖及供应卫生热水的建筑物，有着明显的优势。
3.4环保、安全、占地小
机组供热时不需要锅炉，无燃烧设备，杜绝了安全隐患，也避免了锅炉燃烧过程中产生的排烟污染;机组制冷时不需要冷却塔，避免了冷却塔的噪音污染及霉菌滋生。设备不仅采用的是清洁能源（电能），还大大减轻了因供暖造成的大气污染问题。因此，地下水源热泵技术具有效节省能源、减少大气污染和CO2排放的特点，应用前景广阔。
3.5水源热泵机组采用大温差小流量设计，节约地下水用量，同时，节省水泵能耗。
3.6水源热泵机组基于工况稳定，运行可靠，应用广泛，操作简单的特点，使用寿命可达15年以上。
4、水源热泵系统在中央空调工程中选用时应具备的条件
在水源热泵系统的选用方面，首先要进行水源热泵的适宜性分析，不能盲目选择地下水源热泵系统。不仅要对建筑物所在的地理位置进行调查及地下水水文地质勘查，还要分析回灌条件、水量、水温、水质及供水的稳定性，同时，要符合当地政府对开采和使用地下水的政策和法规。
5、水源热泵系统工程设计中应注意的几个问题
水源热泵空调主机设备冷量的选择，一般选取比计算负荷小（比如小10%）的机组型号，也需要结合工程投资方的资金情况、同一建筑物的同时利用率及不同建筑物同步使用时间等情况综合加以考虑，设计方案要合理、适当、经济;仅依靠水源热泵系统制热的建筑，室内末端风机盘管的出力能力需要进行不同工况的校核。风机盘管铭牌上所标注的制热量，是基于名义工况（室内干球温度21℃，进水温度60℃）的制热量，而一般水源热泵机组制热工况的最高出水温度为50℃，因此，在供热系统的设备选型方面，末端设备要根据主机系统的热水出水温度进行制热量的校核。[3]
在取水井和回灌井中可分别设置潜水泵，（例如：一提两回的三口井中，可在两口井中设置潜水泵），可有效进行取水井和回灌井间的相互切换利用，提高系统运行的灵活性，同时，可以通过阀门调节，使井水温度被调控在机组正常运行的工作范围内。
如果井水的水质不适合水源热泵机组的使用要求时，可以采取相应的技术措施，例如，在系统中加装旋流除砂器、凈水过滤器、电子水处理仪、除铁设备等进行水质处理，使其符合机组的要求;或采取加装板式换热器间接供水系统，使得井水与机组隔开，彻底避免井水对机组等可能产生的腐蚀作用。
水是重要的地球资源之一，因此，在设计和使用中，为了保护地下水资源，必须采取回灌措施。通过井水有效回灌来保持含水层水头压力，防止地面下沉。还可以补充地下水源，调节地下水位，维持储量平衡。在井水回灌过程中，要注意回灌水的水质，杜绝回灌后能引起区域性地下水水质的污染。
我国《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中，对于地下水换热系统，明确规定：地下水换热系统应根据水文地质勘查资料进行设计。必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。
水源热泵系统是中央空调形式中相对较为节能的形式之一，并需要结合地质情况、成井条件综合加以考虑。如果不能满足，就需要考虑其他形式解决空调系统问题。中央空调的降耗需要通过建筑设计、空调系统设计、施工质量及运行管理的共同配合才能实现最有效的节能。
6、结束语
地下水水源热泵系统充分利用了地下水储存热量大、热交换效果好的特点，其技术的应用已经日趋成熟，如果在利用过程中，在取水和回灌等方面做好论证和试验工作，水源热泵技术的经济性和可靠性都会有所提升，其利用和推广潜力巨大，发展前景广阔，经济效益和社会效益显著。因此，因地制宜、科学规范的利用浅层地热能，对于节能减排和推动能源利用结构的调整和经济发展，具有重要的现实和长远意义。
参考文献：
[1]刘君，田野.浅谈水源热泵的应用[J].科技传播，2010（11）
[2]刘大能.水源热泵的技术特点及几种形式[J].现代机械，2007（5）
[3]马最良，姚杨，等.水环热泵空调系统设计[M].北京：化学工业出版社，2005.
【关键词】 水源热泵;中央空调;系统设计
随着我国国民经济的持续增长，科技进步的高速发展及现代工业中工艺质量的要求日趋更加严格，中央空调系统在工业、农业、商业、科技及人民生活的各个方面均得到了广泛的应用。中央空调的能耗占据了建筑能耗中的大份额，而能源问题是目前我国乃至全世界普遍关注的一个问题。在这种背景下，以节能和环保为主要特征的空调系统——水源热泵系统生产设计并得到了广泛的应用。
1、水源热泵系统概述
水源热泵是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为低位热源，并利用热泵技术，通过少量的高位电能输入，实现冷热量由低温热能向高温热能的转移，从而达到为使用对象供热或供冷的一种系统。地表土壤和水体收集了47%的太阳辐射能量，是一个巨大的动态能量平衡系统，因此，利用地下水源作为介质的热泵空调系统属可再生能源利用技术。
这种低位热源包含地下水或地表水（江、河、海、湖或浅水池），本文仅对地下水工况的水源热泵系统进行论述，该系统适合于地下水资源丰富，并且当地资源管理部门允许开采利用地下水的场合。
2、工作原理
水源热泵机组工作原理是采用地下水源作为低温冷源或高温热源，在夏季，室内冷冻水循环水带走室内余热量，由于水源温度低，可以高效的带走热量;同理，在冬季，通过载热媒介从地下水源取热供给建筑物室内采暖。[1]
图1 地下水水源热泵系统制冷制热切换原理
夏季机组制冷时，地下水作为低温冷源进入机组的冷凝器中，作为吸热源吸收室内的余热量并回灌入地下。冬季机组制热时，地下水作为高温热源进入机组的蒸发器中，作为吸热源。通过制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收地下水中的热量。地下水则回灌于地下。
3、水源热泵空调系统的特点
3.1高效、节能。
相对于空气源来讲，地下水一年四季的温度基本上相对恒定，使得水源热泵机组在制冷和制热时运行效率较高。
水源热泵机组地下水工况时的COP可达到5-7。能效比，就是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。这是一个综合性指标，反映了单位输入功率在空调运行过程中转换成的制冷量。空调能效比越大，在制冷量相等时节省的电能就越多。显然，水源热泵设备地下水工况时的COP远高于风冷设备及普通螺杆式水冷冷水机组（配置冷却塔）的COP。[2]
3.2水源热泵技术可以实现一机两用，即实现夏季制冷，冬季制热，提高了机组的利用率，降低了设备的初始投资。相对于传统的夏季由制冷机组提供冷源，冬季则需要利用单独的热源形式，比如：单冷型机组加燃煤（气、油）锅炉或城市热力管网等，解决了一台机组达到制冷制热的功能。
3.3目前，部分国内品牌已经对全热回收的水源热泵机组进行开发和生产，实现了一机多用，拥有制冷、制热、制热水、及制冷热回收多种模式，特别对于建筑物有夏季制冷、冬季取暖及供应卫生热水的建筑物，有着明显的优势。
3.4环保、安全、占地小
机组供热时不需要锅炉，无燃烧设备，杜绝了安全隐患，也避免了锅炉燃烧过程中产生的排烟污染;机组制冷时不需要冷却塔，避免了冷却塔的噪音污染及霉菌滋生。设备不仅采用的是清洁能源（电能），还大大减轻了因供暖造成的大气污染问题。因此，地下水源热泵技术具有效节省能源、减少大气污染和CO2排放的特点，应用前景广阔。
3.5水源热泵机组采用大温差小流量设计，节约地下水用量，同时，节省水泵能耗。
3.6水源热泵机组基于工况稳定，运行可靠，应用广泛，操作简单的特点，使用寿命可达15年以上。
4、水源热泵系统在中央空调工程中选用时应具备的条件
在水源热泵系统的选用方面，首先要进行水源热泵的适宜性分析，不能盲目选择地下水源热泵系统。不仅要对建筑物所在的地理位置进行调查及地下水水文地质勘查，还要分析回灌条件、水量、水温、水质及供水的稳定性，同时，要符合当地政府对开采和使用地下水的政策和法规。
5、水源热泵系统工程设计中应注意的几个问题
水源热泵空调主机设备冷量的选择，一般选取比计算负荷小（比如小10%）的机组型号，也需要结合工程投资方的资金情况、同一建筑物的同时利用率及不同建筑物同步使用时间等情况综合加以考虑，设计方案要合理、适当、经济;仅依靠水源热泵系统制热的建筑，室内末端风机盘管的出力能力需要进行不同工况的校核。风机盘管铭牌上所标注的制热量，是基于名义工况（室内干球温度21℃，进水温度60℃）的制热量，而一般水源热泵机组制热工况的最高出水温度为50℃，因此，在供热系统的设备选型方面，末端设备要根据主机系统的热水出水温度进行制热量的校核。[3]
在取水井和回灌井中可分别设置潜水泵，（例如：一提两回的三口井中，可在两口井中设置潜水泵），可有效进行取水井和回灌井间的相互切换利用，提高系统运行的灵活性，同时，可以通过阀门调节，使井水温度被调控在机组正常运行的工作范围内。
如果井水的水质不适合水源热泵机组的使用要求时，可以采取相应的技术措施，例如，在系统中加装旋流除砂器、凈水过滤器、电子水处理仪、除铁设备等进行水质处理，使其符合机组的要求;或采取加装板式换热器间接供水系统，使得井水与机组隔开，彻底避免井水对机组等可能产生的腐蚀作用。
水是重要的地球资源之一，因此，在设计和使用中，为了保护地下水资源，必须采取回灌措施。通过井水有效回灌来保持含水层水头压力，防止地面下沉。还可以补充地下水源，调节地下水位，维持储量平衡。在井水回灌过程中，要注意回灌水的水质，杜绝回灌后能引起区域性地下水水质的污染。
我国《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005中，对于地下水换热系统，明确规定：地下水换热系统应根据水文地质勘查资料进行设计。必须采取可靠回灌措施，确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，并不得对地下水资源造成浪费及污染。系统投入运行后，应对抽水量、回灌量及其水质进行定期监测。
水源热泵系统是中央空调形式中相对较为节能的形式之一，并需要结合地质情况、成井条件综合加以考虑。如果不能满足，就需要考虑其他形式解决空调系统问题。中央空调的降耗需要通过建筑设计、空调系统设计、施工质量及运行管理的共同配合才能实现最有效的节能。
6、结束语
地下水水源热泵系统充分利用了地下水储存热量大、热交换效果好的特点，其技术的应用已经日趋成熟，如果在利用过程中，在取水和回灌等方面做好论证和试验工作，水源热泵技术的经济性和可靠性都会有所提升，其利用和推广潜力巨大，发展前景广阔，经济效益和社会效益显著。因此，因地制宜、科学规范的利用浅层地热能，对于节能减排和推动能源利用结构的调整和经济发展，具有重要的现实和长远意义。
参考文献：
[1]刘君，田野.浅谈水源热泵的应用[J].科技传播，2010（11）
[2]刘大能.水源热泵的技术特点及几种形式[J].现代机械，2007（5）
[3]马最良，姚杨，等.水环热泵空调系统设计[M].北京：化学工业出版社，2005.