摘要：近年来以水源热泵、地源热泵及空气源热泵为主的三大绿色冷热源正在积极的投入实际工程中，绿色能源共有的特点是空调系统运行费用低，能有效的节能减排，已经逐渐成为工程应用的主流，是创造绿色中国的重要一环。水源热泵作为其中重要的一部分，国家正在大力推行，然而水源热泵系统也存在各种各样的实际问题，需要进一步完善解决。本论文在介绍水源热泵水源情况和水源热泵系统主要类型及构成的基础上，从技术经济两方面系统、客观的分析各类型水源热泵的适用情况和实际使用中遇到的问题及相关解决方式。
关键词：水源热泵；绿色能源；污水利用；空调系统
第一章、水源热泵简介
一、地表水源热泵的水源情况
原则上讲，凡是水量、水温能够满足用户制热负荷或制冷复荷的需要，水质对机组设备不产生腐蚀损坏的任何水源都可作为水源热泵系统利用的水源，既可以是再生水源，也可以是自然水源。
（一）、再生水源
指人工利用后排放但经过处理的城市生活污水、工业废水、矿山废水、油田废水和热电厂冷却水等水源，有条件利用再生水源的用户，变废为利，可减少初投资，节约水资源。但对大多数用户来说，可供选择的是自然界中的水源。
（二）自然界中水源
近年，国内有用海水作热泵水源的研究，但海水水源热泵技术的实用化尚待时日。陆地上的地表水，即江、河、湖、水库水比海水和地下水矿化度低，但含泥沙等固体颗粒物、胶质悬浮物及藻类等有机物较多，含砂量和浑浊度较高，须经必要处理方可作热泵水源。地下水是指埋藏和运移在地表以下含水层中的的水体。地下水分布广泛，水质比地表水好，水温随气候变化比地表水小，是水源中央空调可以利用的较为理想的水源。
（三）水量与水源的选择
水量是影响水源热泵系统工作效果的关键因素，一项工程所需水量多少由该工程负荷与机组性能确定，所选择的水源水量应满足负荷要求。如果其他各种条件均具备，但水量略有不足，其缺口可采取一定辅助弥补措施解决。如水量缺口较大，不能满足负荷要求，就应考虑其他方案。当有不同水源可供选择时，应通过技术经济分析比较，择优确定。
二、地表水源系统分类及介绍
水源热泵按照系统分，可以分为开式系统和闭式系统。
（一）闭式系统
1、闭式系统简介：
闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热盘管，该组盘管一般水平或垂直埋于湖水或海水中，通过与湖水或海水换热来实现能量转移（该组盘管直接埋于土壤中的系统称为土壤源热泵，也是地源热泵的一种）。
2、系统组成：
闭式系统主要由换热盘管、水源热泵机组、空调末端组成。
3、优缺点：
闭式系统优点是对水源水质没有要求，只与水温有关，且不需要修建取水构筑物等辅助设置；缺点是换热盘管在室外水体中，容易遭到破坏，对盘管的施工质量要求极高，后期检修不便，且在水体中施工存在很大的技术难度。
1.4系统原理图
（二）开式系统
1、开式系统简介：
开式系统即机组直接从水源取水进入机组进行热交换，然后将热交换的水在排入到水体中的系统。根据水质好坏程度可以分为有板换式和无板换式。根据水源深浅可以分为浅层地表水取水式（包含市政污水）和深层打井取水式。有板换式对于水体要求较低，水体进入板换后将能量传递给机房内板式换热器，再由板式换热器经过中间传导传递给机组；而无板换式则因为水体水质较好，水体经过简单的除沙进入机组，空调末端完成换热过程后将水再次排放到水体中。浅层取水和深层打井顾名思义，浅层因为水源充足，直接修建取水构筑物取水完成系统运行；深层打井因为地表水源无法直接获得，需要打井抽取地下水完成系统运行，这类情况往往因为地下水水质较好而运行检修费用较低，但是为了满足地下水水量和位置平衡，需合理考虑系统回灌。
2、系统组成：
开式系统主要由取水构筑物、机房内板式换热器、水源热泵机组、空调末端组成。
3、优缺点：
开式系统的优点是造价低，工程施工可靠性高，易于检修维护。缺点是易受环境影响较大，取水构筑物容易发生堵塞等问题。
4、各系统原理图：
第二章、水源热泵应用现状
一、地表天然水体开式系统应用现状
地表水取水开式系统是整个水源热泵系统里面应用最广泛的，在建项目周围有合适的水源（包含市政污水）即可考虑使用此系统。地表水水源热泵水源来源大致分为三种，第一种是天然水体，这些水源往往由于水质情况较差、缺少水温、水质、水深监测情况，而难以做出准确系统设计，且系统整体运行较大的采水量对环境可能造成较大影响，故需要在系统设置时征得当地税务环保部门的同意。因此一般需要在机房内设计小温差板式换热器，此类型板式换热器费用较高，造成此方案整体费用偏高，如不使用小温差板式换热器，则系统整体运行寿命将成几何倍数递减。
二、打井地下水开式系统应用现状
第二种是地下打井式开式系统，这类系统需要探明当地地下水情况，只要项目周围地下水丰富即可考虑此系统，此系统水源一般选择水温恒定，水质恒定的潜层地下水，井水经过简单的除沙处理即可进入系统、但是每个地区对于地下水开采的管理不同，即便在回灌系数为3的回灌情况下，多数地区政府仍不允许私人开采地下水，故本系统在实施前需了解当地地下水管理要求，合理设置。此系统整体造价较低，除了水源热泵机组外只需考虑打井相关费用，但是此系统因为应用潜水，打井深度一般较深，因此后期管道、潜水泵等设备检修复杂，维修费用高昂。
三、中水开式系统应用现状
第三种是中水，中水开式系统一般指发电厂的冷却水、或污水处理厂处理后的中水等，项目周围如有可靠的此类中水水源，可以考虑此系统。中水系统水源水质好，水温较为恒定，水源可以直接进入机组进行换热，无需设置相关板换，一次性投入较低。但是此系统需综合考虑中水水源价格，一般来说城市中水是需要收费的，当然也有些企业在中水产生后无法进行二次利用而直接排放自然水体，因此在系统设计时需综合考虑，如中水不收费，则后期运行费用低，如中水收费，则需在计算一次性投入和后期运行费用后综合考虑方案的经济可行性。
四、市政污水开式系统应用现状
市政污水开式系统即直接将市政污水经过除污设备净化后接入系统，换热后再排入市政管道的系统。此系统一般适用于较大城市地区，系统运行需要大量的污水（每小时在几百立方米到几千立方米），小的区域不能满足，本系统运行的关键是能够直接接受污水的特殊污水净化设备和特殊板式换热器（由哈尔滨工程大学教授发明），经过这一套系统，污水中的杂质可以不经过处理，换热后又重新回到市政污水管网污水。此系统一次性投资较高，后期运行费用较省，运行可靠。
五、闭式系统应用现状
闭式系统应用与地源热泵系统雷同，系统在换热盘管置于水中，它与地表水开式系统相同，由于缺少监测资料而使前期系统设计存在很大难度，闭式系统由于在水中设置盘管，施工难度极大，而且后期检修维修及其困难，系统整体处于室外，安全可靠性没有保障，另外系统受环境影响较大，而且系统一次性投入较大（水中大量换热盘管及附属设施），目前水源热泵系统使用中闭式系统使用较少。
六、结束语
水源热泵系统作为新型绿色能源是近年来在全国范围内大力推行，它在实际工程利用方面固然存在很多问题，但是应用水源热泵的工程在运行费用和使用可靠性方面得到了极大的认可，随着科学技术的不断进度，我相信关于水源热泵的系统问题将会逐一解决，最终会变成一种可行、可靠、绿色、经济的新型能源，从而缓解城市的用电，节能减排，创造绿色中国。
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论文作者:仇亮,陈振邦,张永年
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/26
标签：水源论文; 系统论文; 热泵论文; 水体论文; 地下水论文; 污水论文; 开式论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;