【正文】 凝器的熱量，蒸發(fā)器則從環(huán)境中取熱，此時從環(huán)境取熱的對象稱為熱源；相反制冷是需要蒸發(fā)器的冷量，冷凝器則向環(huán)境排熱，此時向環(huán)境排熱的對象稱為冷源。但人們可以創(chuàng)造機器，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。 一機多用，應用范圍廣 地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統(tǒng)；可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調。據美國環(huán)保署 EPA 估計，設計安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶 30～ 40％的供熱制冷空調的運行費用。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。我們有理由相信，在充分學習借鑒國外先進技術和運行經驗的基礎上，在各級政府的有力支持下，中國的科技界與企業(yè)界攜手共進，依靠自己的力量完全有能力在不長的時間內開拓出具有中國特色的地源熱泵產業(yè)。天津大學、清華大學分別與有關企業(yè)結 成產學研聯(lián)合體開發(fā)出中國品牌的地源熱泵系統(tǒng)，已建成數(shù)個示范工程，越來越多的中國用戶開始熟悉地源熱泵，并對其應用產生了濃厚的興趣，可以預計中國的地源熱泵市場前景廣闊。 美國特別看好中國市場，美國能源部和中國科技部于 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 內容之一是“地源熱泵”，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州 3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調的商業(yè)建筑，以推廣運用這種 “ 綠色技術 ” ，緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達到能源資源多元化的目的。美國地源熱泵工業(yè)已經成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會，該協(xié)會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，尤其是近五年來，地源熱泵空調系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國的地源熱泵市場也日趨活躍，可以預計，該項技術將會成為 21 世紀最有效的供熱和供冷空調技術。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在冬季，把地能中的熱量 “ 取 ” 出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地能中去。 地源熱泵國內外發(fā)展近況 地源熱泵的歷史可以追朔到 1912 年瑞士的一個專利，而地源熱泵真正意義的商業(yè)應用也只有近十幾 年的歷史。美國計劃到 2020年達到每年安裝 40萬臺地源熱泵的目標，屆時將降低溫室氣體排放 1百萬噸，相當于減少 50萬輛汽車的污染物排放或種植樹 1百萬英畝，年節(jié)約能源費用達 億美元，此后，每年節(jié)約能源費用再增加 。目前，這 3個地源熱泵示范工程正在落實，有的已進入實施階段。之所以對中國的地源熱泵市場發(fā)展前景持樂觀態(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內外大趨勢；另一方面，我國具有較好的熱泵科研與應用的基礎，早在50 年代，天津大學熱能研究所呂燦仁教授就開展了我國熱泵的最早研究， 1965 年研制成功國內第一臺水冷式熱泵空調機。 地源熱泵特點 屬可再生能源利用技術 地源熱泵是利用了地球表面淺層地熱資源（通常小于 400 米深）作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統(tǒng)。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，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，相當于減少 40％以上，與電供暖相比，相當工程技術部 12/11/2020 3 于減少 70％以上，如果結合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。此外，機組使用壽命長，均在 15 年以上；機組緊湊、節(jié)省空間；維護費用低；自動控制程度高，可無人值守。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，提成高溫位進行利用，而整個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。 蒸發(fā)器冷凝器根據循環(huán)工質與環(huán)境換熱介質的不同，主要分為空氣換熱和水換熱兩種形工程技術部 12/11/2020 4 式。但由于地區(qū)空氣溫度的差別，在我國典型應用范圍是長江以南地區(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）進行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。 地源熱泵同空氣源熱泵相 比，有許多優(yōu)點：（ 1）全年溫度波動小。 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)那樣采用中間介質水來傳遞熱量，而是直接將熱泵的一個換熱器（蒸發(fā)器）埋入地下進行換熱。 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， 用戶單獨使用自己的熱泵機組調節(jié)空氣。北方地區(qū)，熱負荷大，冷負荷低，冬季適合聯(lián)合使用地源和鍋爐，夏季只使用地源。這些機組由一個閉式的循環(huán)水管路連在一起，該水管路既作空調工況下的冷源，又作供暖工況下熱泵熱源。這種制冷供熱同時進行，能量在建筑物內部轉移，運行費用最少，節(jié)能效果明顯。 ：每臺熱泵空調機在任何時間可以選擇供冷或供熱。 對于 WLHP 系統(tǒng)適用于什么場合，有研究認為，單純的供冷或單純的供熱選用水環(huán)路熱泵是不合理的；對同時具有制冷和制熱需要的空調建筑，當其內部余熱量較小或較大時，使用 WLHP 系統(tǒng)節(jié)能效果不明顯，只有當機組排出的熱量與部分水源熱泵機組吸收的熱量相近時，才具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢。 （ 1）直接利用地下井水的地源熱泵系統(tǒng)：其最大優(yōu)點是非常經濟，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質良好；水量豐富；符 合標準。 4．地源熱泵的運行費用怎樣？經濟性如何？ 這是用戶最關心，也是大家最容易提出的一個問題，然而，也是目前最難回答的一個問題。據世界環(huán)境保護組織 EPA的一份有關空調未來的報告所得出的結論：地源熱泵技術在為家庭居民帶來舒適、可靠和高效節(jié)能的同時，將成為降低國家能源消耗和環(huán)境污染的一個主要力量。 為用戶供冷時，水源中央空調系統(tǒng)將用戶室內的余熱通過水源中央空調主機（制冷）轉移到水源水中，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、水處理設備、輸水管網和閥門配件等組成。其一次能源利用率在目前常見的中央空調系中居首位。 （發(fā)電廠耗油），每 100KJ 供熱量所產生的有害氣體比較如下： 工程技術部 12/11/2020 10 表 12（例如 100KJ熱量） 項目 油鍋爐 發(fā)電廠（中央空調系統(tǒng)用） 備注 CO2 1： SO2 1： NO2 1： 從上表看出在供熱量相 同時（ 100KJ），水源中央空調系統(tǒng)（耗電）對環(huán)境產生的污染物比燃與鍋爐少得多。水源中央空調（水源熱泵）系統(tǒng)是解決這一課題的有效手段之一。 各種中央空調系統(tǒng)運行費用比較 表 14 舒適 中央空調系統(tǒng)的用戶（末端）系統(tǒng)能應用中央空調（末端）的全部技術和手 段。 一般來說：水源條件取決四個因素： 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，政府一般不進行干預，有的水源水（如城市污水、工業(yè)廢水）政府還有鼓勵利用的優(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）負荷的大小、空調系統(tǒng)的運行方式、空調系統(tǒng)設計方案（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應通過全面的分析、精確的計算和合理設計解決。 總之，對于具體工程而言，水源中央空調系統(tǒng) 是中央空調系統(tǒng)的首選方案，但應用是有條件的。 工程技術部 12/11/2020 12 熱泵型式空氣空氣熱泵熱源熱匯 供熱（冷）介質 轉換方式空氣 空氣 熱泵工質換向簡圖制熱 制冷 制冷和制熱熱泵工質換向空氣水熱泵 空氣 水熱泵型式 熱源熱匯 供熱（冷）介質制熱轉換方式簡圖制冷 制冷和制熱冷熱負荷室內室外熱泵與制冷機的區(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，被調的空氣流過冷凝器，而室外空氣流過蒸發(fā)器。夏季按制冷循環(huán)運行，供冷水為空調系統(tǒng)供冷。作為熱源的水有多種，后面將詳細介紹。然而更方便的是由水回路中的三通閥來完成。供熱（冷）的介質為空氣。 壓縮式熱泵的熱力經濟性指標 熱泵的性能系數(shù)用 COP（ Coeffcient of Performance）來表示 。 水源熱泵 水源熱泵是以水為熱源的，可進行制冷、制熱循環(huán)的一種熱泵型整體式水 水、水 空氣空調裝置，它在制熱時以水為熱源而在制冷時以水為排熱源。 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，使之通過水工程技術部 12/11/2020 15 源熱泵空調機中的換熱器，然后再將升高或降低幾度的地表水排回水源中去。使用有限礦物質燃料用于取暖不僅極大地浪費著國有資源，同時也嚴重污染著環(huán)境。近幾 年我國普遍地區(qū)逐步禁止使用燃煤鍋爐取暖，燃油也得到了一定的控制，個別地區(qū)對地熱采暖回水的排放進行了限制，如果地熱采暖的用戶不采取相應措施．則只有關閉地熱井，重新尋找其它熱源。熱泵也就是靠高位能（如電能）拖動，迫使能量從低位熱源流向高位熱源的裝置。 目前，國內市場上的熱泵型空調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。當液體處在密閉容器內時，若此容器內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到平衡，此時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。汽化潛熱來自被工程技術部 12/11/2020 16 冷卻的對象，它對冷卻對象制冷。壓縮機不斷地抽吸蒸發(fā)器中產生的蒸氣，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，制冷劑冷凝時放出的熱 量傳給冷卻介質（通常是水和空氣），與冷凝壓力 PK 相對應的冷凝溫度 TK 一定要高于冷卻介質的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或節(jié)流元件進入蒸發(fā)器。并調節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量 的設備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達到制取冷量的目的；冷凝器是輸出熱量的設備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量，連同壓縮機消耗的功所轉化的熱量，在冷凝器中被冷卻介質帶走。 ： 結構緊湊，占地小，節(jié)省空間，安裝簡便，噪音低（ 75dB） GSHP260： 2 臺壓機， 2個循環(huán)回路。 GSHP1020： 2臺壓機， 2個循環(huán)回路 這樣設置多個獨立循環(huán)系統(tǒng)，工作過程中利用分級調控，相互不受影響。 （ 2）與其他公司的水源熱泵產品相比， GSHP 型機組兩器設計溫差大。由（ 1）和（ 2）可看出，冬季運行工況， GSHP 機組所能提供的熱水最高溫度可以達到 55℃，循環(huán)水供、回水溫差為 10℃：而其他公司機組可提供的熱水最高溫度僅可達到 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 改進冷媒水折流板的密封結構，解決了折流板泄漏等問題，極大地提高了蒸發(fā)器的換熱效率，從而保證機組達到較高的性能水平。 ② 內部結構優(yōu)化設計，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，從而保證機組達到較高的性能水平。 ： ① 機組所用制冷系統(tǒng)配件全部選用名牌廠家的產品，如可拆式干燥過濾器、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品，確保機組具有較高的性能水平。 ③ 機組具有控制多臺壓縮機的均衡運行功能，確保機組高效運行。機組外表經高強度的粉末靜電噴涂處理，防腐防銹，外形美觀。接通電源后，即可開啟機組。 R22 是應用最為廣泛的制冷工質，使用性能在眾多制冷工質中是獨一無二的。 工質的物理性能及參數(shù)，見表 22。 第三節(jié) 壓機的選型及比較 壓機的分類 壓縮機是蒸氣壓縮式熱泵的動力源，是決定系統(tǒng)能力大小的關健部件，對系統(tǒng)的運行性能、噪音、振動、維護和使用壽命等有著直接的影響。 壓縮機 容積型 速度型 往復式 回轉式 離心式 滾動轉子式 滑片式 單螺桿式 雙螺桿式 渦旋式 工程技術部 12/11/2020 22 熱泵用壓機的特點和要求 要認識熱泵設計和應用所涉及到的問題，首先要了解熱泵用壓縮機的一些特殊性。為此，有必要加大這些軸承的支承面積，改進軸承材料（如采