摘要：为探讨将城市供水作为水源热泵系统的水源，实现建筑供水、供冷、供暖三联供的可行性，本文并提出了采用水源热泵技术对锅炉进行改造的方案。通过将水源热泵与城市供水系统相结合，实现城市供水、供冷、供暖三联产，并且在节能环保上具有很大的优势，具有较大的推广潜力。
关键词：水源热泵；城市供水；联产；节能
随着我国节能减排压力日益增大，以利用可再生能源进行建筑空调、供暖的水源热泵技术必将会得到更大规模的推广应用。水源热泵根据其采用的水源不同，可分为地下水水源热泵和地表水水源热泵。采用水源热泵技术，是促进建筑节能减排的一条有效途径。
1水源热泵工作原理
水源热泵是通过电机带动压缩机，消耗一定电能，实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。实际上水源热泵就是采用空调原理，只是空调是吸收空气，通过压缩机、冷凝器等进行冷热转换。而水源热泵吸收通过水保持周围相对恒温的空气，再通过压缩机、冷凝器、蒸发器等进行冷热转换，达到供热、制冷目的。
水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活洗浴热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调及热水器等三套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求。不但可以以水管道方式，向外输送热水或冷水；而且可以以空气管道方式，向外输送热气或冷气。
2项目背景
我公司水厂原使用0.5吨燃煤锅炉取暖，该锅炉已使用12个采暖期，由于设备老化、腐蚀严重，需要进行更新。锅炉每年采用的燃煤量随着锅炉的老化，也在不断增加。由于现在燃煤价格的不断攀升，通过锅炉取暖长期运行的经济测算，已经不经济。相比较而言，现在应用成熟的水源热泵技术，显得既经济、又环保。所以经过投资和经济运行等方面的测算和比较，我公司决定采用水源热泵技术对锅炉进行改造。
3水源热泵技术的可行性和技术分析
水源热泵，又称为水源中央空调，是利用地下水的低温低位热能资源，通过水源热泵系统实现低位热能向高位热能转移的一种技术。工作原理就是在夏季，水源热泵机组将建筑物中的热量转移释放到水源中，为建筑物供冷；而冬季，则从水源中提取热量，向建筑物供热。以水作为热源的优点是：水热容量大，传热性能好，换热器尺寸大大减小，工作稳定，不受季节温度变化影响。水厂本身由于具有丰富的水资源，由于水源热泵技术又属于比较成熟的技术，所以从技术角度来分析具有很大的可行性。
1.本方案根据水厂水源丰富的独特优势，由水厂西侧绿化管井引自来水管线，经专设的不锈钢板式换热器回流至水厂清水池，换热后除水温变化外，水量水质均无任何变化。通过水源热泵机组实现冬季取暖和夏季制冷。
2、由于现有供热管网和暖气片已严重结垢和漏水，室内末端采用明装风机盘管系统，从而更好地发挥系统能效比高的优势。同时从外观来看会显得更美观、更大方。
3、为保证供水水质的绝对安全，在主机水源侧与水厂供水管线之间增加由板式换热器和循环水泵组成的闭式换热系统。隔绝作为水源的自来水与主机循环冷媒。
4项目实施
工程内容：空调主机采用高效水源热泵两台；办公楼采用明装立式风机盘管系统；车间采用卧式明装风机盘管系统；泵房采用卧式明装风机盘管系统；门卫采用立式明装风机盘管系统。施工主要包括：原有管道拆除；管道加工及安装；管道试压及冲洗；热泵机组安装；风机盘管系统安装；水泵安装；管道防腐及保温等。
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通过对清华同方和克莱门特两家水源热泵设计方案比较、通过成功应用水源热泵技术工程案例现场考察，我公司应用水源热泵技术对水厂锅炉进行改造项目于2012年4月10日正式开工，总体工程涉及外网管线铺设、室内管线铺设、室内风盘安装、机房水源热泵及附属设备安装等工作，6月30日工程全部完工，7月初对水厂运行人员进行了实操培训，涉及水源热泵系统原理、机房设备布置原理、操作规程、巡检记录、日常及定期维护等。7月7日开始进行夏季制冷，10月25日开始冬季取暖，制冷、制热效果和节能效果明显。
5节能环保分析
1经济分析
（1）现有锅炉冬季取暖运行费用：燃煤：110吨*1000元/吨=11万元；人工：3*2000元/月*4=2.4万元小计：13.4万元。不计电费；
（2）水源热泵：主机耗电：39360KWh；循环水泵耗电：14040KWh；总计耗电：53400KWh0.627元/KWh*53400KWh=3.35万元
（3）水源热泵机组自动化运行，由厂内运行值班的电工定时巡视即可，不用配置专人看护。
（4）使用寿命按15年算，80/15=5.33万元，在不考虑锅炉费用的前提下，每年节约费用13.4-3.35-5.33=4.72万元.
因此，采用水源热泵技术既可以代替锅炉运行，实现冬季取暖功能，且运行成本远远低于锅炉运行。同时又可实现夏季制冷功能，可谓是一举两得。
2节能分析
系统节能主要表现在以下几个方面：（1）在夏季，由于地下水源水温低于冷却塔的出水温度，所以，制冷系统具有更低的冷凝温度，水源热泵机组的COP高于采用冷却塔散热的冷水机组的COP，可节省制冷电耗。（2）在夏季，制冷系统将冷凝热排放到给水之中，可以提高城市给水温度，因而可减少用户因加热自来水（比如制取卫生热水、生活饮用水，以及餐厨用水等）而消耗的能量。（3）在冬季，热泵系统从给水中提取热量，制取空调热水为建筑供暖，因而可减少冬季采用锅炉供暖的能耗。当然，由于热泵从给水中提取了热量，给水温度会降低，但由于城市供水多数是采用埋地铺设，给水在长途输送的过程中，会从沿途地层中吸热而温度有所升高。（4）由于水源热泵系统与城市供水系统共用了取水泵，与单纯的地下水水源热泵系统相比，本系统可减少取水泵的电耗。
6节能运行方式调整
2013年6月26日，完成水厂水源热泵夏季制冷方案的制定工作。通过调整机房部分阀门的启闭状况和循环泵运行的状况，仅开循环泵，不开压缩机，充分利用自来水循环水与风机负荷循环水进行冷交换，从而达到制冷效果。7月份耗电量与去年同期比较每天降低182度，月节电5480度，6-8共节电1.6万度，节能效果明显。
结论
综上所述，实现城市供水与水源热泵系统相结合，具有较大的能源节约潜力，尤其是在夏季，节能潜力更大。城市供水与水源热泵相结合的主要风险在于系统漏氟可能导致水中氟含量超标的危险，这种风险是可控的，采用间接连接的系统形式，可以有效规避这种风险。通过将水源热泵与城市供水系统相结合，实现城市供水、供冷、供暖的三联供，在我国夏热冬冷和夏热冬暖地区是可行的，具有推广应用前景。
参考文献：
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论文作者:刘海
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/12
标签：水源论文; 热泵论文; 锅炉论文; 系统论文; 水厂论文; 节能论文; 夏季论文; 《基层建设》2018年第35期论文;