【正文】 凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中取熱，此時(shí)從環(huán)境取熱的對(duì)象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時(shí)向環(huán)境排熱的對(duì)象稱為冷源。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。 一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。據(jù)美國(guó)環(huán)保署 EPA 估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶 30～ 40％的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無(wú)處不在。我們有理由相信，在充分學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在各級(jí)政府的有力支持下，中國(guó)的科技界與企業(yè)界攜手共進(jìn)，依靠自己的力量完全有能力在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)開拓出具有中國(guó)特色的地源熱泵產(chǎn)業(yè)。天津大學(xué)、清華大學(xué)分別與有關(guān)企業(yè)結(jié) 成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合體開發(fā)出中國(guó)品牌的地源熱泵系統(tǒng)，已建成數(shù)個(gè)示范工程，越來(lái)越多的中國(guó)用戶開始熟悉地源熱泵，并對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣，可以預(yù)計(jì)中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)前景廣闊。 美國(guó)特別看好中國(guó)市場(chǎng)，美國(guó)能源部和中國(guó)科技部于 1997 年 11 月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書，其中主要 內(nèi)容之一是“地源熱泵”，該項(xiàng)目擬在中國(guó)的北京、杭州和廣州 3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運(yùn)用這種 “ 綠色技術(shù) ” ，緩解中國(guó)對(duì)煤炭和石油的依賴程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的。美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源部、環(huán)保署、愛(ài)迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。因此，近十幾年來(lái)，尤其是近五年來(lái)，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國(guó)、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國(guó)家取得了較快的發(fā)展，中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)也日趨活躍，可以預(yù)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為 21 世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。地源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在冬季，把地能中的熱量 “ 取 ” 出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來(lái)，釋放到地能中去。 地源熱泵國(guó)內(nèi)外發(fā)展近況 地源熱泵的歷史可以追朔到 1912 年瑞士的一個(gè)專利，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾 年的歷史。美國(guó)計(jì)劃到 2020年達(dá)到每年安裝 40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)，屆時(shí)將降低溫室氣體排放 1百萬(wàn)噸，相當(dāng)于減少 50萬(wàn)輛汽車的污染物排放或種植樹 1百萬(wàn)英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá) 億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加 。目前，這 3個(gè)地源熱泵示范工程正在落實(shí)，有的已進(jìn)入實(shí)施階段。之所以對(duì)中國(guó)的地源熱泵市場(chǎng)發(fā)展前景持樂(lè)觀態(tài)度，一方面是要節(jié)約常規(guī)能源、充分利用可再生能源的國(guó)內(nèi)外大趨勢(shì)；另一方面，我國(guó)具有較好的熱泵科研與應(yīng)用的基礎(chǔ)，早在50 年代，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國(guó)熱泵的最早研究， 1965 年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。 地源熱泵特點(diǎn) 屬可再生能源利用技術(shù) 地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于 400 米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。這種儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。 環(huán)境效益顯著 地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少 40％以上，與電供暖相比，相當(dāng)工程技術(shù)部 12/11/2020 3 于減少 70％以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會(huì)更明顯。此外，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)，均在 15 年以上；機(jī)組緊湊、節(jié)省空間；維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)控制程度高，可無(wú)人值守。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提成高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這 也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。 蒸發(fā)器冷凝器根據(jù)循環(huán)工質(zhì)與環(huán)境換熱介質(zhì)的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形工程技術(shù)部 12/11/2020 4 式。但由于地區(qū)空氣溫度的差別，在我國(guó)典型應(yīng)用范圍是長(zhǎng)江以南地區(qū)。 地源熱泵工作原理及分類 地源熱泵則是利用水源熱泵的一 種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來(lái)，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。 地源熱泵同空氣源熱泵相 比，有許多優(yōu)點(diǎn)：（ 1）全年溫度波動(dòng)小。 地源分類 地源按照室外換熱方式不同可分為三類： ， ， 統(tǒng)。此外，還有一種 “ 直接膨脹式 ” ，它不象上述系統(tǒng)那樣采用中間介質(zhì)水來(lái)傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個(gè)換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進(jìn)行換熱。 分散系統(tǒng) 用中央水泵，采用水環(huán)路方式將水送到各用戶作為冷熱源， 用戶單獨(dú)使用自己的熱泵機(jī)組調(diào)節(jié)空氣。北方地區(qū)，熱負(fù)荷大，冷負(fù)荷低，冬季適合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這些機(jī)組由一個(gè)閉式的循環(huán)水管路連在一起，該水管路既作空調(diào)工況下的冷源，又作供暖工況下熱泵熱源。這種制冷供熱同時(shí)進(jìn)行，能量在建筑物內(nèi)部轉(zhuǎn)移，運(yùn)行費(fèi)用最少，節(jié)能效果明顯。 ：每臺(tái)熱泵空調(diào)機(jī)在任何時(shí)間可以選擇供冷或供熱。 對(duì)于 WLHP 系統(tǒng)適用于什么場(chǎng)合，有研究認(rèn)為，單純的供冷或單純的供熱選用水環(huán)路熱泵是不合理的；對(duì)同時(shí)具有制冷和制熱需要的空調(diào)建筑，當(dāng)其內(nèi)部余熱量較小或較大時(shí)，使用 WLHP 系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯，只有當(dāng)機(jī)組排出的熱量與部分水源熱泵機(jī)組吸收的熱量相近時(shí)，才具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。 （ 1）直接利用地下井水的地源熱泵系統(tǒng)：其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì)，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質(zhì)良好；水量豐富；符 合標(biāo)準(zhǔn)。 4．地源熱泵的運(yùn)行費(fèi)用怎樣？經(jīng)濟(jì)性如何？ 這是用戶最關(guān)心，也是大家最容易提出的一個(gè)問(wèn)題，然而，也是目前最難回答的一個(gè)問(wèn)題。據(jù)世界環(huán)境保護(hù)組織 EPA的一份有關(guān)空調(diào)未來(lái)的報(bào)告所得出的結(jié)論：地源熱泵技術(shù)在為家庭居民帶來(lái)舒適、可靠和高效節(jié)能的同時(shí)，將成為降低國(guó)家能源消耗和環(huán)境污染的一個(gè)主要力量。 為用戶供冷時(shí)，水源中央空調(diào)系統(tǒng)將用戶室內(nèi)的余熱通過(guò)水源中央空調(diào)主機(jī)（制冷）轉(zhuǎn)移到水源水中，以滿足用戶制冷需求。 水源水系統(tǒng)由水源取水裝置、取水泵、水處理設(shè)備、輸水管網(wǎng)和閥門配件等組成。其一次能源利用率在目前常見的中央空調(diào)系中居首位。 （發(fā)電廠耗油），每 100KJ 供熱量所產(chǎn)生的有害氣體比較如下： 工程技術(shù)部 12/11/2020 10 表 12（例如 100KJ熱量） 項(xiàng)目 油鍋爐 發(fā)電廠（中央空調(diào)系統(tǒng)用） 備注 CO2 1： SO2 1： NO2 1： 從上表看出在供熱量相 同時(shí)（ 100KJ），水源中央空調(diào)系統(tǒng)（耗電）對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染物比燃與鍋爐少得多。水源中央空調(diào)（水源熱泵）系統(tǒng)是解決這一課題的有效手段之一。 各種中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用比較 表 14 舒適 中央空調(diào)系統(tǒng)的用戶（末端）系統(tǒng)能應(yīng)用中央空調(diào)（末端）的全部技術(shù)和手 段。 一般來(lái)說(shuō)：水源條件取決四個(gè)因素： 水源水的獲取 、湖水 、海水、江河水、城市廢水、工業(yè)廢水等水源的利用，政府一般不進(jìn)行干預(yù)，有的水源水（如城市污水、工業(yè)廢水）政府還有鼓勵(lì)利用的優(yōu)惠政策。 水源水量 水源水量是否滿足具體工程的要求，與建筑物冷（熱）負(fù)荷的大小、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（例如是否采用蓄水池、是否采用輔助加熱或輔助冷卻方 式）和水源水的溫度等因素有關(guān)應(yīng)通過(guò)全面的分析、精確的計(jì)算和合理設(shè)計(jì)解決。 總之，對(duì)于具體工程而言，水源中央空調(diào)系統(tǒng) 是中央空調(diào)系統(tǒng)的首選方案，但應(yīng)用是有條件的。 工程技術(shù)部 12/11/2020 12 熱泵型式空氣空氣熱泵熱源熱匯 供熱（冷）介質(zhì) 轉(zhuǎn)換方式空氣 空氣 熱泵工質(zhì)換向簡(jiǎn)圖制熱 制冷 制冷和制熱熱泵工質(zhì)換向空氣水熱泵 空氣 水熱泵型式 熱源熱匯 供熱（冷）介質(zhì)制熱轉(zhuǎn)換方式簡(jiǎn)圖制冷 制冷和制熱冷熱負(fù)荷室內(nèi)室外熱泵與制冷機(jī)的區(qū)別主要是兩者的目的與情況不同。其中，按熱源和供熱介質(zhì)的組合方式可將蒸氣壓縮式熱泵劃分為六種類型：即空氣一空氣熱泵、空氣一水熱泵、水一空氣熱泵、水一水熱泵、土壤一空氣熱泵和土壤一水熱泵。特別適用于由工廠制造的單元式熱泵，廣泛地用于住宅中。在制熱循環(huán)時(shí)，被調(diào)的空氣流過(guò)冷凝器，而室外空氣流過(guò)蒸發(fā)器。夏季按制冷循環(huán)運(yùn)行，供冷水為空調(diào)系統(tǒng)供冷。作為熱源的水有多種，后面將詳細(xì)介紹。然而更方便的是由水回路中的三通閥來(lái)完成。供熱（冷）的介質(zhì)為空氣。 壓縮式熱泵的熱力經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 熱泵的性能系數(shù)用 COP（ Coeffcient of Performance）來(lái)表示 。 水源熱泵 水源熱泵是以水為熱源的，可進(jìn)行制冷、制熱循環(huán)的一種熱泵型整體式水 水、水 空氣空調(diào)裝置，它在制熱時(shí)以水為熱源而在制冷時(shí)以水為排熱源。 地表水的熱泵系統(tǒng)使用建筑 物附近的湖泊、河流、水渠中的地表水，使之通過(guò)水工程技術(shù)部 12/11/2020 15 源熱泵空調(diào)機(jī)中的換熱器，然后再將升高或降低幾度的地表水排回水源中去。使用有限礦物質(zhì)燃料用于取暖不僅極大地浪費(fèi)著國(guó)有資源，同時(shí)也嚴(yán)重污染著環(huán)境。近幾 年我國(guó)普遍地區(qū)逐步禁止使用燃煤鍋爐取暖，燃油也得到了一定的控制，個(gè)別地區(qū)對(duì)地?zé)岵膳厮呐欧胚M(jìn)行了限制，如果地?zé)岵膳挠脩舨徊扇∠鄳?yīng)措施．則只有關(guān)閉地?zé)峋匦聦ふ移渌鼰嵩?。熱泵也就是靠高位能（如電能）拖?dòng)，迫使能量從低位熱源流向高位熱源的裝置。 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的熱泵型空調(diào)主要是以空氣為熱源，但是其制熱效果受到室外氣候條件影響。當(dāng)液體處在密閉容器內(nèi)時(shí)，若此容器內(nèi)除了液體及液體本身的蒸氣外不存在任何氣體，液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡，此時(shí)的氣體稱為飽和蒸氣，它所具有的壓力稱為飽和壓力，溫度稱為飽和溫度。汽化潛熱來(lái)自被工程技術(shù)部 12/11/2020 16 冷卻的對(duì)象，它對(duì)冷卻對(duì)象制冷。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力 PK，然后送往冷凝器在冷凝壓力入下等壓冷凝成液體，制冷劑冷凝時(shí)放出的熱 量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水和空氣），與冷凝壓力 PK 相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度 TK 一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量 的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的；冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量，連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量，在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。 ： 結(jié)構(gòu)緊湊，占地小，節(jié)省空間，安裝簡(jiǎn)便，噪音低（ 75dB） GSHP260： 2 臺(tái)壓機(jī)， 2個(gè)循環(huán)回路。 GSHP1020： 2臺(tái)壓機(jī)， 2個(gè)循環(huán)回路 這樣設(shè)置多個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，工作過(guò)程中利用分級(jí)調(diào)控，相互不受影響。 （ 2）與其他公司的水源熱泵產(chǎn)品相比， GSHP 型機(jī)組兩器設(shè)計(jì)溫差大。由（ 1）和（ 2）可看出，冬季運(yùn)行工況， GSHP 機(jī)組所能提供的熱水最高溫度可以達(dá)到 55℃，循環(huán)水供、回水溫差為 10℃：而其他公司機(jī)組可提供的熱水最高溫度僅可達(dá)到 50℃，循環(huán)水供、回水溫差只有 5℃。 （ 5）良好的完整性、系統(tǒng)性。 ③ 改進(jìn)冷媒水折流板的密封結(jié)構(gòu)，解決了折流板泄漏等問(wèn)題，極大地提高了蒸發(fā)器的換熱效率，從而保證機(jī)組達(dá)到較高的性能水平。 ② 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大地提高了冷凝器抗腐蝕、抗污垢的能力，充分發(fā)揮冷凝器換熱效果，從而保證機(jī)組達(dá)到較高的性能水平。 ： ① 機(jī)組所用制冷系統(tǒng)配件全部選用名牌廠家的產(chǎn)品，如可拆式干燥過(guò)濾器、外平衡式熱力膨脹閥、供液電磁閥、視液鏡、高、低壓力控制器、排氣溫度控制器等均采用世界一流的名牌廠家的產(chǎn)品，確保機(jī)組具有較高的性能水平。 ③ 機(jī)組具有控制多臺(tái)壓縮機(jī)的均衡運(yùn)行功能，確保機(jī)組高效運(yùn)行。機(jī)組外表經(jīng)高強(qiáng)度的粉末靜電噴涂處理，防腐防銹，外形美觀。接通電源后，即可開啟機(jī)組。 R22 是應(yīng)用最為廣泛的制冷工質(zhì)，使用性能在眾多制冷工質(zhì)中是獨(dú)一無(wú)二的。 工質(zhì)的物理性能及參數(shù)，見表 22。 第三節(jié) 壓機(jī)的選型及比較 壓機(jī)的分類 壓縮機(jī)是蒸氣壓縮式熱泵的動(dòng)力源，是決定系統(tǒng)能力大小的關(guān)健部件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能、噪音、振動(dòng)、維護(hù)和使用壽命等有著直接的影響。 壓縮機(jī) 容積型 速度型 往復(fù)式 回轉(zhuǎn)式 離心式 滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式 滑片式 單螺桿式 雙螺桿式 渦旋式 工程技術(shù)部 12/11/2020 22 熱泵用壓機(jī)的特點(diǎn)和要求 要認(rèn)識(shí)熱泵設(shè)計(jì)和應(yīng)用所涉及到的問(wèn)題，首先要了解熱泵用壓縮機(jī)的一些特殊性。為此，有必要加大這些軸承的支承面積，改進(jìn)軸承材料（如采