1 熱泵技術(shù)的由來與發(fā)展
當今社會環(huán)境污染和能源危機已成為全人類面對并要加以解決的重大課題，在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的供熱空調(diào)系統(tǒng)應運而生，而熱泵技術(shù)正是滿足這些要求的新興供熱空調(diào)技術(shù)。據(jù)資料記載，熱泵的歷史可以追溯到1912 年瑞士的一個專利，而在歐美等一些發(fā)達國家地區(qū)，熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有10 年的歷史。我國熱泵事業(yè)近幾年已開始起步，而且發(fā)展勢頭看好，國內(nèi)的幾所知名高校與有關(guān)企業(yè)在充分學習借鑒國外先進技術(shù)和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，已聯(lián)合開發(fā)出了中國品牌的熱泵系統(tǒng)，并已建成了數(shù)個示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉熱泵，并對其產(chǎn)生了濃厚的興趣?？梢灶A計，通過中國科學界與企業(yè)界的攜手共進，我們完全有能力依靠自己的力量在短期內(nèi)開拓出具有中國特色的熱泵產(chǎn)業(yè)。
2 熱泵的工作原理及種類
(1) 根據(jù)熱力學第二定律，熱可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，而由低溫物體傳向高溫物體則必須作功，正如水能夠通過水泵從低處向高處流動一樣，熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)了把能量由低溫物體向高溫物體的傳遞，它是以花費一部分高質(zhì)能（耗電） 為代價，從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費的高質(zhì)能一起向用戶供熱，也就是說熱泵的供熱量永遠大于所消耗的功量，所以是綜合利用能源的一種很有價值的措施。熱泵的硬件組成和制冷系統(tǒng)大致相同，也是由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥等主要部件組成。只是制冷是從制冷房間吸熱到冷凝器散發(fā)給冷卻介質(zhì)，熱泵是制冷工況的逆過程，即把熱量從冷凝器的介質(zhì)吸收過來散發(fā)到制熱房間中。
(2) 熱泵技術(shù)按所需熱源的不同大體可分為氣源熱泵、地源熱泵及水源熱泵。氣源熱泵即通常所說的風冷熱泵，是以室外空氣作為熱源，是目前應用最為廣泛的熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)已成為市場上的主導產(chǎn)品，但這種熱泵的應用有其局限性，在我國北方寒冷的冬季，隨著室外溫度的降低，熱泵效率大大降低，而且蒸發(fā)器極易結(jié)冰，需消耗電能解凍，很不經(jīng)濟，因此這種熱泵僅適用于我國黃河以南，冬季室外氣溫較高的地區(qū)使用。
(3) 地源熱泵是將換熱盤管深埋于地下，吸收土壤中的低溫熱量進行供熱，由于全年土壤溫度波動較小，地源熱泵的季節(jié)工況較為恒定，但地源熱泵因深埋于地下的換熱管技術(shù)較為復雜，且投資較大，目前僅在歐美一些發(fā)達國家有所應用，在我國廣泛推廣有一定的困難。
(4) 水源熱泵是目前我國應用較多的熱泵形式，它是以水（包括江、河、湖泊、地下水等）作為冷熱源體，在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑供暖，在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放，實現(xiàn)對建筑物的供冷。在水源熱泵的應用當中，又以利用地下水的地下水水源熱泵應用較為廣泛。其工作原理大都是通過外部管道及閥門的切換來實現(xiàn)冬夏工況的轉(zhuǎn)換，夏季空調(diào)供回水走蒸發(fā)器，地下水走冷凝器，冬季空調(diào)供回水走冷凝器，地下水走蒸發(fā)器。
3 地下水水源熱泵技術(shù)的特點
(1) 高效節(jié)能，運行費用低
我們在評價熱泵機組和制冷機組的性能時常用到“功效比”一詞,用COP 表示，它的定義是系統(tǒng)輸出的功率與所消耗的功率之比。風冷熱泵其COP值一般在2. 0～3. 0 之間，而水源熱泵,國內(nèi)產(chǎn)品在供熱時COP 值可達3. 5～4. 0 ,供冷時活塞式機組為5. 0～5. 2，螺桿式機組可達6. 0，從這一點上看，水源熱泵可以被稱作高效節(jié)能的供冷供熱設(shè)備。水源熱泵在制熱時所需的地下水即相當于鍋爐燃燒的煤或油,而且地下水占熱泵所供熱量的70 %～75 %，這些熱量所消耗的代價僅為廉價的地下水，其成本要大大低于燃油和燃煤。以我市的水源熱泵運行狀況來看，冬季供暖的運行費用為15 元P– 左右,而熱網(wǎng)供暖為24 元P– 。燃油供暖為35 元P–左右，因此運行費用低是水源熱泵的一個顯著特點。
(2) 一機兩用,環(huán)保潔凈，初投資小由于水源熱泵冬季可向建筑物供暖，夏季可向建筑物供冷，真正做到了一機兩用，提高了設(shè)備的利用率。從初投資來看，現(xiàn)在國內(nèi)主要熱泵生產(chǎn)廠家的熱泵機組價格大致在019～110 元PW 之間，而同樣具備一機兩用的溴化鋰直燃機的價格在114～115元PW，而且水源熱泵機組無需設(shè)置冷卻塔及煙氣排放系統(tǒng)，省去了高成本的自來水，避免了向大氣排放煙塵及有害氣體，因此水源熱泵可稱其為低成本的綠色空調(diào)產(chǎn)品。
(3) 機房面積小，靈活安全，用途廣泛
由于熱泵機組兼有供冷供熱的功能，機組本身體積較小，因而使機房面積大大減小，機組可靈活地安裝在任何地方，沒有儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患，機組采用智能化微電腦控制系統(tǒng)，并有備用手動操作系統(tǒng)，無需專業(yè)人員操控，完善的電腦控制和多重保護，使整機運行安全可靠。水源熱泵機組從嚴寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用，機組適用的水源溫度從8 ℃到35 ℃均可，既可以提供7 ℃或50 ℃的空調(diào)用水，也可以提供同樣溫度的生活熱水；既可以作為城市區(qū)域供熱的熱源使用，也可以為辦公樓、賓館、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調(diào)系統(tǒng)。隨著居民生活水平的普遍提高，設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的住宅小區(qū)逐漸增多，而對于這樣的小區(qū)而言，地下水水源熱泵無疑是較為理想的冷熱源，與采用集中供熱的住宅小區(qū)相比，初投資雖然偏高，但能耗費用低，設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)的住戶冬暖夏涼，生活品質(zhì)得到改善，住戶可以接受，而且其初投資高出的部分不出數(shù)年已為能耗費用的節(jié)省所抵消。隨著住宅分戶供暖方式在全國的推廣，一些熱泵生產(chǎn)廠又推出了用于每戶使用的戶式水源熱泵機組，具體應用方式為水源熱泵分戶設(shè)置，地下水統(tǒng)一供給，電費按每戶的電表計量收取，水費按每戶水表的計量收取，給物業(yè)管理部門的收費工作提供了方便。
當今社會環(huán)境污染和能源危機已成為全人類面對并要加以解決的重大課題，在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的供熱空調(diào)系統(tǒng)應運而生，而熱泵技術(shù)正是滿足這些要求的新興供熱空調(diào)技術(shù)。據(jù)資料記載，熱泵的歷史可以追溯到1912 年瑞士的一個專利，而在歐美等一些發(fā)達國家地區(qū)，熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有10 年的歷史。我國熱泵事業(yè)近幾年已開始起步，而且發(fā)展勢頭看好，國內(nèi)的幾所知名高校與有關(guān)企業(yè)在充分學習借鑒國外先進技術(shù)和運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，已聯(lián)合開發(fā)出了中國品牌的熱泵系統(tǒng)，并已建成了數(shù)個示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉熱泵，并對其產(chǎn)生了濃厚的興趣?？梢灶A計，通過中國科學界與企業(yè)界的攜手共進，我們完全有能力依靠自己的力量在短期內(nèi)開拓出具有中國特色的熱泵產(chǎn)業(yè)。
2 熱泵的工作原理及種類
(1) 根據(jù)熱力學第二定律，熱可以自發(fā)地由高溫物體傳向低溫物體，而由低溫物體傳向高溫物體則必須作功，正如水能夠通過水泵從低處向高處流動一樣，熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)了把能量由低溫物體向高溫物體的傳遞，它是以花費一部分高質(zhì)能（耗電） 為代價，從自然環(huán)境中獲取能量，并連同所花費的高質(zhì)能一起向用戶供熱，也就是說熱泵的供熱量永遠大于所消耗的功量，所以是綜合利用能源的一種很有價值的措施。熱泵的硬件組成和制冷系統(tǒng)大致相同，也是由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥等主要部件組成。只是制冷是從制冷房間吸熱到冷凝器散發(fā)給冷卻介質(zhì)，熱泵是制冷工況的逆過程，即把熱量從冷凝器的介質(zhì)吸收過來散發(fā)到制熱房間中。
(2) 熱泵技術(shù)按所需熱源的不同大體可分為氣源熱泵、地源熱泵及水源熱泵。氣源熱泵即通常所說的風冷熱泵，是以室外空氣作為熱源，是目前應用最為廣泛的熱泵系統(tǒng)，現(xiàn)已成為市場上的主導產(chǎn)品，但這種熱泵的應用有其局限性，在我國北方寒冷的冬季，隨著室外溫度的降低，熱泵效率大大降低，而且蒸發(fā)器極易結(jié)冰，需消耗電能解凍，很不經(jīng)濟，因此這種熱泵僅適用于我國黃河以南，冬季室外氣溫較高的地區(qū)使用。
(3) 地源熱泵是將換熱盤管深埋于地下，吸收土壤中的低溫熱量進行供熱，由于全年土壤溫度波動較小，地源熱泵的季節(jié)工況較為恒定，但地源熱泵因深埋于地下的換熱管技術(shù)較為復雜，且投資較大，目前僅在歐美一些發(fā)達國家有所應用，在我國廣泛推廣有一定的困難。
(4) 水源熱泵是目前我國應用較多的熱泵形式，它是以水（包括江、河、湖泊、地下水等）作為冷熱源體，在冬季利用熱泵吸收其熱量向建筑供暖，在夏季熱泵將吸收到的熱量向其排放，實現(xiàn)對建筑物的供冷。在水源熱泵的應用當中，又以利用地下水的地下水水源熱泵應用較為廣泛。其工作原理大都是通過外部管道及閥門的切換來實現(xiàn)冬夏工況的轉(zhuǎn)換，夏季空調(diào)供回水走蒸發(fā)器，地下水走冷凝器，冬季空調(diào)供回水走冷凝器，地下水走蒸發(fā)器。
3 地下水水源熱泵技術(shù)的特點
(1) 高效節(jié)能，運行費用低
我們在評價熱泵機組和制冷機組的性能時常用到“功效比”一詞,用COP 表示，它的定義是系統(tǒng)輸出的功率與所消耗的功率之比。風冷熱泵其COP值一般在2. 0～3. 0 之間，而水源熱泵,國內(nèi)產(chǎn)品在供熱時COP 值可達3. 5～4. 0 ,供冷時活塞式機組為5. 0～5. 2，螺桿式機組可達6. 0，從這一點上看，水源熱泵可以被稱作高效節(jié)能的供冷供熱設(shè)備。水源熱泵在制熱時所需的地下水即相當于鍋爐燃燒的煤或油,而且地下水占熱泵所供熱量的70 %～75 %，這些熱量所消耗的代價僅為廉價的地下水，其成本要大大低于燃油和燃煤。以我市的水源熱泵運行狀況來看，冬季供暖的運行費用為15 元P– 左右,而熱網(wǎng)供暖為24 元P– 。燃油供暖為35 元P–左右，因此運行費用低是水源熱泵的一個顯著特點。
(2) 一機兩用,環(huán)保潔凈，初投資小由于水源熱泵冬季可向建筑物供暖，夏季可向建筑物供冷，真正做到了一機兩用，提高了設(shè)備的利用率。從初投資來看，現(xiàn)在國內(nèi)主要熱泵生產(chǎn)廠家的熱泵機組價格大致在019～110 元PW 之間，而同樣具備一機兩用的溴化鋰直燃機的價格在114～115元PW，而且水源熱泵機組無需設(shè)置冷卻塔及煙氣排放系統(tǒng)，省去了高成本的自來水，避免了向大氣排放煙塵及有害氣體，因此水源熱泵可稱其為低成本的綠色空調(diào)產(chǎn)品。
(3) 機房面積小，靈活安全，用途廣泛
由于熱泵機組兼有供冷供熱的功能，機組本身體積較小，因而使機房面積大大減小，機組可靈活地安裝在任何地方，沒有儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患，機組采用智能化微電腦控制系統(tǒng)，并有備用手動操作系統(tǒng)，無需專業(yè)人員操控，完善的電腦控制和多重保護，使整機運行安全可靠。水源熱泵機組從嚴寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用，機組適用的水源溫度從8 ℃到35 ℃均可，既可以提供7 ℃或50 ℃的空調(diào)用水，也可以提供同樣溫度的生活熱水；既可以作為城市區(qū)域供熱的熱源使用，也可以為辦公樓、賓館、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調(diào)系統(tǒng)。隨著居民生活水平的普遍提高，設(shè)有中央空調(diào)系統(tǒng)的住宅小區(qū)逐漸增多，而對于這樣的小區(qū)而言，地下水水源熱泵無疑是較為理想的冷熱源，與采用集中供熱的住宅小區(qū)相比，初投資雖然偏高，但能耗費用低，設(shè)有空調(diào)系統(tǒng)小區(qū)內(nèi)的住戶冬暖夏涼，生活品質(zhì)得到改善，住戶可以接受，而且其初投資高出的部分不出數(shù)年已為能耗費用的節(jié)省所抵消。隨著住宅分戶供暖方式在全國的推廣，一些熱泵生產(chǎn)廠又推出了用于每戶使用的戶式水源熱泵機組，具體應用方式為水源熱泵分戶設(shè)置，地下水統(tǒng)一供給，電費按每戶的電表計量收取，水費按每戶水表的計量收取，給物業(yè)管理部門的收費工作提供了方便。
