一、概述

　　水源熱泵系統(tǒng)是應(yīng)用地球表面淺層水源如江、河、湖、海水和地下水吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡臀粺崮埽ㄟ^(guò)少量的高位電能輸入，經(jīng)過(guò)逆向熱力循環(huán)，品位熱能的一種熱力系統(tǒng)。地表土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量的接受和發(fā)散的相對(duì)的均衡。水源熱泵系統(tǒng)的基本工作局勢(shì)在夏季將建筑物種的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，而冬季通過(guò)逆向熱力循環(huán)，從水源中提取熱量。水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣溫度，特別是地下水溫度保持常年恒定，是很好的空氣冷源和熱泵熱源。因?yàn)樗w溫度的恒定，使得水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、不受外界氣候變化的影響，高效節(jié)能，且不存在空氣源熱泵冬季除霜的難點(diǎn)問(wèn)題。因此，水源熱泵系統(tǒng)是值得深入研究和積極推廣應(yīng)用的一項(xiàng)以節(jié)能和環(huán)保，可再生能源利用為特征的先進(jìn)技術(shù)。這項(xiàng)起始于1912年的技術(shù)，最近10年在歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家取得了迅速的發(fā)展，已成為一項(xiàng)成熟的應(yīng)用技術(shù)。在我國(guó)，水源熱泵技術(shù)的研究在20世紀(jì)90年代末已成為工程實(shí)踐也刮起一股 “水源空調(diào)”的熱潮。

　　二、工作原理

　　熱泵的工作原理是從周?chē)h(huán)境中吸收熱量而傳遞給被加熱的對(duì)象，其工作原理與制冷機(jī)相同，按熱機(jī)的逆循環(huán)工作的，所不同的只是工作范圍不同，對(duì)于熱泵來(lái)說(shuō)就是可逆的冷凍循環(huán)，正循環(huán)時(shí)由需要的制冷空間吸熱而將其熱排棄到空氣或水中，稱(chēng)為制冷工況，逆循環(huán)時(shí)則向外界的空氣或水中吸熱而傳遞到需要采暖的房間稱(chēng)為制熱工況。

　　(1)制冷工況：制冷時(shí)恒溫控制器啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)，打開(kāi)方向閥示制冷方向，此時(shí)低溫低壓的冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮成高壓氣體，再經(jīng)方向閥進(jìn)入冷媒(水的散熱器)而冷凝成液體。冷媒通過(guò)毛細(xì)管而進(jìn)入冷媒(空氣的蒸發(fā)器)，蒸發(fā)成為低溫氣體，該氣體吸收從風(fēng)機(jī)吹過(guò)盤(pán)管的空氣之熱而使溫度降低，循環(huán)不斷往復(fù)進(jìn)行制冷。

　　(2)采暖供熱工況：采暖供熱時(shí)，恒溫控制器啟動(dòng)離心風(fēng)機(jī)打開(kāi)反向閥使其朝向采暖供熱方向，此時(shí)低溫低壓冷媒進(jìn)入壓縮機(jī)壓成高溫高壓氣體，再經(jīng)反向閥進(jìn)入冷媒空氣葉片盤(pán)管的散熱器冷凝為液體，次冷媒液由風(fēng)機(jī)吹過(guò)盤(pán)管的空氣釋放熱能，使其溫度身高，冷媒液再經(jīng)過(guò)一個(gè)細(xì)管而進(jìn)入冷媒蒸發(fā)器，吸收循環(huán)水熱能而蒸發(fā)為低溫氣體，低溫低壓的冷媒氣體經(jīng)過(guò)反向閥進(jìn)入壓縮機(jī)入口成為下一循環(huán)的開(kāi)始往復(fù)循環(huán)采暖供熱。

　　三、可行性分析

　　1.技術(shù)可行性分析

　　地下水資源狀況分析表明，我國(guó)很多地區(qū)地下水資源較為豐富。地下水資源根據(jù)埋藏深度不同具有不哦它能夠的溫度變化規(guī)律。埋深3～5米具有晝夜變化規(guī)律，埋深5～50米具有年變化規(guī)律，埋深50米以上的深井地下水水溫很少受季節(jié)變化影響，常年基本保持不變。我國(guó)華北地區(qū)深井水的溫度為14-18℃，長(zhǎng)江中下游地區(qū)為19～24℃。與環(huán)境溫度相比深井水冬溫夏涼，對(duì)于熱泵的高效穩(wěn)定運(yùn)行十分有利。我國(guó)成功地開(kāi)發(fā)了深井水回灌技術(shù)，控制了地面沉降，同時(shí)通過(guò)采用“冬灌夏用”和“夏灌冬用”技術(shù)，進(jìn)一步提高了深井水溫的可利用水平。

　　2.政策的可行性

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源短缺及環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展倡議，我國(guó)制定了一系列能源與環(huán)境政策、鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)利用節(jié)能環(huán)保新技術(shù)。而開(kāi)發(fā)利用地下天然的冷熱源能夠?yàn)榭照{(diào)帶來(lái)節(jié)能和環(huán)保雙重效益，越來(lái)越受到人們的重視。據(jù)美國(guó)環(huán)境署的一份有關(guān)空調(diào)未來(lái)發(fā)展報(bào)告所得出的結(jié)論：水源熱泵技術(shù)將成為降低國(guó)家能耗和環(huán)境污染的一份主要力量。1997年11月美國(guó)能源部和中國(guó)科技部簽署了中美能源效率及可再生能源合作協(xié)議書(shū)，分別要在中國(guó)北部、中部和南部建立三個(gè)綜合利用常溫地?zé)豳Y源的熱泵示范工程，待總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后，大規(guī)模推廣，這就為這一節(jié)能環(huán)保技術(shù)提供了強(qiáng)有力的政策主持。

　　3.經(jīng)濟(jì)性分析

　　使用該技術(shù)后可以使冷熱水蓄存的地下水溫度應(yīng)用品位遠(yuǎn)高于常規(guī)地下水溫，可大大提高熱泵的供冷供熱的性能系數(shù)。不僅可降低機(jī)組能耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，而且可減少機(jī)組尺寸、降低設(shè)備投資。由于大幅度提高了地下水可供經(jīng)濟(jì)利用的溫差，單井供熱供冷能力可提高一倍左右，大大減少了冷熱水井的數(shù)量，并節(jié)省造井投資。給出了與常規(guī)系統(tǒng)初投資和運(yùn)行費(fèi)的比較，從表中可以看出，在節(jié)省運(yùn)行費(fèi)和初投資方面具有較為顯著優(yōu)勢(shì)，具有經(jīng)濟(jì)上的可行性。

　　4.節(jié)能性分析

　　常規(guī)地下水源熱泵有效地利用了低品味的地?zé)崮埽?jié)省了大量的高品位能源，加之地下深井水溫冬暖夏涼，大大提高了熱泵機(jī)組的運(yùn)行效率，節(jié)省效果明顯。與電鍋爐供熱系統(tǒng)相比，可以節(jié)省60%以上的電能，與燃料鍋爐供熱系統(tǒng)相比可節(jié)省50%以上的能量，與空氣源熱泵系統(tǒng)相比較可節(jié)省30-40%能量，而該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了熱水井冬夏季交互作用，不僅充分利用了低品位的地?zé)崮埽瑫r(shí)又有效地利用了熱泵機(jī)組的排放熱量，使機(jī)組效率進(jìn)一步提高。

　　四、存在的問(wèn)題

　　我國(guó)地下水源熱泵技術(shù)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，因此還面臨一些急待需要解決的問(wèn)題。

　　1.深井水回灌難以保證。據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)目前已投入使用的地下水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用工程有相當(dāng)一部分未能保證深井水100%回灌，其原因有三，一為地下水回灌是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，并不是普通打井隊(duì)就能承擔(dān)的;二是為節(jié)省回灌井所需一次性投資，不設(shè)回灌井;三是如果采用壓力回灌，勢(shì)必增加一定的能耗及運(yùn)行費(fèi)，用戶不愿設(shè)回灌井不采用壓力回灌。

　　2.尚未形成技術(shù)成熟的地下水源熱泵產(chǎn)品。地下水源熱泵冷熱水機(jī)組工況參數(shù)的確定以及性能的適用性直接關(guān)系到地下水源熱泵系統(tǒng)的全年正常運(yùn)行和能量消耗。但是，由于我國(guó)目前還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可循，市場(chǎng)所提供的產(chǎn)品大部分未進(jìn)行正確、嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)算，也未進(jìn)行過(guò)權(quán)威季國(guó)的檢測(cè)，不但額定制冷、供熱工況五花八門(mén)，而且?guī)缀蹙唇o出全性能參數(shù)，特別是水量變化條件下，對(duì)制冷或供熱量以及輸入功率的影響。

　　五、結(jié)論

　　1.改進(jìn)現(xiàn)有深井探測(cè)技術(shù)，提高成井質(zhì)量、出水量、回灌量，保證長(zhǎng)年運(yùn)行，進(jìn)一步完善回灌蓄能技術(shù)，保護(hù)地下水資源，提高蓄能利用率。

　　2.建立良好的示范工程，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便更好地推廣應(yīng)用。

　　3.制造廠家應(yīng)積極開(kāi)發(fā)適合蓄能水源特點(diǎn)的大溫差小流量機(jī)組，重視產(chǎn)品的性能與運(yùn)行可靠性，特別是變工況運(yùn)行的可靠性，以便適用于不同地區(qū)用戶。

　　4.積極開(kāi)展機(jī)組的性能試驗(yàn)研究，盡快制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范其技術(shù)。

　　5.國(guó)家以及地方政府應(yīng)盡快制定有關(guān)政策和措施，鼓勵(lì)并支持該技術(shù)的發(fā)展。