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摘要：近几年来，水源热泵得以发展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能，如井水、地下 水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源，而且具有热回收功能， 即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间，从而提高了建筑物内部的能源利用系数。
关键词：水源热泵 节能
水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它具有中央空调合理利用能源，设备能效系数高，运行成本低和安全、可靠等优点。又具有分散空调调节灵活、方便，便于管理和收费等优点。因此，从我国南方的深圳、广州到过渡地区的上海 、南京直到北方采暖地区的北京、大连等城市的公共建筑(办公楼、商住楼、商场等)，住宅建筑上得到了广泛的应用。
近几年来，水源热泵得以发展的主要推动力是它能够以量大面广的低位热能，如井水、地下 水、江、河、湖水、电厂冷却循环水、矿井水及工业余热等为能源，而且具有热回收功能，即可利用供冷空调房间排放的冷凝热来加热供热空调房间，从而提高了建筑物内部的能源利 用系数。
以采暖运行为例，目前采暖方式有集中锅炉房供热方式、热电厂供热方式、分户燃气采暖方式，水源热泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工业余热的形式；也有利用自来水的冬季要辅助加热的方式。它们的耗能量见表1。
耗能量的比较 表1| 采暖方式 | 现有住宅建筑 | 节能建筑 | ||
| 耗能量 | 折算至标准煤 | 耗能量 | 折算至标准煤 | |
| 集中锅炉房 | 25.08Kg/m2.年 | 25.08Kg/m2.年 | 12.41Kg/m2.年 | 12.41Kg/m 2.年 |
| 热电厂 | 13.96Kg/m2.年 | 13.96Kg/m2.年 | 9.03Kg/m2.年 | 9.03Kg/m 2.年 |
| 分户燃气采暖 | 10.6Nm3/m2.年 | 13.02Km3/m2.年 | 6.86Nm3/m2 .年 | 8.43Kg/m2.年 |
| 水源热泵(井水、河、湖水) | 22.46kwh/m2.年 | 9.16Kg/m2 .年 | 14.54kwh/m2.年 | 5.93Kg/m2.年 |
| 水源热泵(加辅助热源) | 22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年 | 13.5Kg/m2 .年 | 14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年 | 8.74Kg/m2.年 |
表1的计算依据：
① 住宅建筑为北京市多层住宅，现有建筑耗热量指标qH为31.82W/m2，设计热负荷指标为q为43.82W/m2，节能建筑qH为20.6W/m2，q为28.37W/m2。采暖全年需热量：现有 建筑为95.46kwh/m2年，节能建筑为61.80kwh/m2年。
② 集中锅炉房：现有供热系统热网输配效率η1为0.85，锅炉效率η2为0.55，节能供 热系统η1为0.9，η2为0.68，
③ 热电厂供电标准煤耗为0.408Kg/kwh，供热标准煤耗为40.7Kg/GJ。
④ 水源热泵采暖COP=4.25。
从表1可知，水源热泵采暖方式全年耗能量均低于集中锅炉房和热电厂，节能效益比较明显。
利用井水、江、河水或工业余热为热源的水源热泵的节能性十分明显，当水源热泵的能效系 数4.0时，与热电联产供热方式比，采暖的节能性率约为40%。 当采用辅助加热热源时，水源热泵的节能性是有条件的，主要的影响因素是：水源热泵的能效系数；辅助热源的加热容量。
① 水源热泵能效系数的影响(见表2)
制热容量为4KW时的能耗* 表2| / | COP=4 | COP=4.5 |
节能率 (%) |
|
辅助加热量 耗能(kg标煤) |
3×860/7000×0.9=0.409 | 3×860/7000×0.9=0.409 | / |
|
压缩机耗能 (kg标煤) |
1×0.408=0.408 | 0.88×0.408=0.363 | / |
| 合计 | 0.817 | 0.771 | 5.6 |
*辅助加热容量为总供热量的75%。
从表2可知，COP从4提高到4.5后，节能率约为5.6%，相当于减少加热容量0.3296KW，即约相 当于减少热负荷10%。
② 辅助加热器加热容量的影响(见表3)
制热容量为4KW时的能耗* 表3| / | 辅助加热容量/总供热量0.75 | 辅助加热容量/总供热量0.5 | 节能率(%) |
| 辅助加热量耗能(kg标煤) | 0.409 | 2×860/7000×0.9=0.273 | / |
| 压缩机耗能(kg标煤) | 0.408 | 1×0.408=0.408 | / |
| 合计 | 0.817 | 0.681 | 16.6 |
*COP=4
从表3可知，当辅助加热容量为总供热量的比从0.75降到0.5时，节能率约为16.6%。
③ 节能的条件
制热容量为4KW的热电联产的能耗为：
(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh
由此可知：
当COP=4.0，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，它的节能率 约为2%。
当COP=4.5，辅助加热容量为总供热量的0.5时，与热电联产供热方式比，水源热泵的节能率约为8%。
但当COP=4.0，辅助加热容量为0.75总供热量时，热电联产将比水源热泵节能，节能效率约 为15%。当COP=4.5时，其节能率约为10%。
节能的主要因素如下：
① 水源热泵机组直接安放在户内，热网输配损失可忽略不计。
② 水源热泵机组采暖能效系数COP大于4，部分负荷时，COP值仍很稳定。
③ 以井水，江、河、湖水及工业余热的低温热作为热泵热源的水源热泵系统，采暖耗热量仅 为全年需热量的1/4。
④ 以自来水为热源的冬季需加辅助热源的水源热泵系统，由于考虑压缩机发热量，住宅同 时使用系数及夜间调节温度等措施后辅助加热容量约为热负荷的1/2～1/3，加热量约为全年 需热量的1/2～1/3。
经济性指的是各种空调采暖方式的初投资、运行费和热价。
目前国内外已采用的采暖空调联供方案有：
① 热电冷三联供： 夏季，热电厂抽汽+蒸汽吸收式制冷
冬季，热电厂抽汽+汽水换热器供热
② 热电冷三联供： 夏季，热电厂热水+热水吸收式制冷
冬季，热电厂热水+汽水换热器供热
③ 直燃式冷热水机组：夏季、冬季，直燃式冷热水机组制冷、供热
④ 燃气-蒸汽联合循不
⑤ 电制冷+燃气(油)锅炉采暖
⑥ 电动水源热泵。这类机组运行性能稳定，性能系数COP值较高，理论计算可达7，实际运 行时约为5，且由于可充分利用江河、湖、海水等自然能源，冬季供暖耗能少，是一种节能性好的冷热源设备。
⑦ 空气源热泵。冷热源兼用，整体性好，安装方便，可露天安装，采用风冷，省却了冷却 塔及冷却水系统，缺点是当室外温度较低时，需增加辅助热源。各种方案的投资和成本(不 包括户内系统)见表4。
各方案的投资和成本比较* 表4| 项目 |
热电冷 (蒸汽) |
热电冷(热水) | 直燃式 | 电制冷锅炉供热 | 集中式电动水源热泵 | 分体式空气源热泵 | 燃气-蒸汽联合循环 |
| 投资(万元/KW) |
0.197 /0.223 (含源网) |
0.275 /0.302 (含源网) |
0.207 | 0.206 | 0.335 | 0.199 | 0.436 |
| 成本(元/KWH) | 0.139 | 0.151 | 0.214 | 0.207 | 0.167 | 0.220 | 0.081 |
*为《住宅区三联供系统的研究》中提供的数据，成本为年运行成本。
下面以兴降矿十八层单身职工宿舍为例，说明水源热泵采暖空调联供方案的经济性。
十八层单身宿舍建筑形状为Y形，总采暖空调建筑面积为9564m2，2～18层为标准层，标准层面积为562.6m2，设计冷热负荷为573.84KW。表5为采暖空调联供方案，表6为各方案初 投资的比，表7为各方案运行费的比较，表8为各方案的综合比较。
采暖空调方案 表5| 序号 | 方案 | 采暖空调方式 | 备 注 |
| 方案1 | 以地下水为冷热源水源热 泵(水-空气) | 冬天：热泵产生热风送至户内夏天：热泵产生冷风送至户内 | 每户设 热泵一台将风送至各房间 |
| 方案2 | 以地下水为冷热源水源热泵(水-水) | 冬天：热泵产生热水送至风机盘管 夏天：热泵产生冷水送至风机盘管 | 热(冷)源集中、每户设风机盘管 |
| 方案3 | 电制冷+热电厂采暖 | 冬天：热电厂蒸气+汽水换热器夏天：中央空调 机送冷水至风机盘管 | 热(冷)源集中、每户设风机盘管 |
| 对比方案 | 分体空调+锅炉房采暖 | 冬天：锅炉房(热电厂)供热，户内 散热器 夏天：每户安装分体空调机 | 热源集中、冷源分散空调品质较差 |
| 方案1(进口) | 方案2 | 方案3 | 对比方案 | ||
| 进口 | 国产 | ||||
| 初投资*(万元) | 237.4 | 305.8 | 238.2 | 236.6 | 267.15 |
| 单位建筑面积投资(元/m2) | 248 | 319.7 | 249.1 | 247.4 | 279 |
*计算时包括安装费15%，运行调试费5%，税及管理5%，设计费2%和利润10%。
各方案运行费的比较(元/m2) 表7| 方案1 | 方案2 | 方案3 | 对比方案 | |||||
| 采暖 | 空调 | 采暖 | 空调 | 采暖 | 空调 | 采暖 | 空调 | |
| 不考虑同时使用系数，热回收系数 | 19.25 | 19.25 | 9.5 | 6.2 | 9.5 | 7.2 | ||
| 合计 | 19.25 | 19.25 | 15.7 | 16.7 | ||||
| 考虑修正系数 | 10.78 | 10.78 | 9.5 | 4.34 | 9.5 | 7.2 | ||
| 合计 | 10.78 | 10.78 | 13.84 | 16.7 | ||||
〖BG)F〗 兴隆矿地处兖州市，根据兖州市气象资料，该地区冬季采暖期天数106天，延时小时数2 544小时，最大负荷小时数2544*(20-0.4)/［20-(17)］=1847小时。夏季空调期天数90天， 延时小时数2160小时，根据济南、淄博三联供实际测试资料，取夏季最大负荷小时数为720 小时。则单位建筑面积，采暖期需供热量60W/m2*1847=110.5kwh,空调期需冷量60W/m2* 720=43.2kwh。
各方案综合比较 表8| 方案 | 单位供热(冷)量能耗(kg标煤/kwh) | 单位供热(冷)量系统投资(万 元/KW) | 单位供热(冷)量设备全年运行费(元/kwh) |
| 方案1 | 0.057 | 0.414(进口) | 0.07 |
| 方案2 | 0.057 | 0.533(进口)/0.415(国产) | 0.07 |
| 方案3 | 0.133 | 0.412 | 0.12 |
| 对比方案 | 0.148 | 0.465 | 0.11 |
从表6、表7、表8的对比可知，兴隆矿实施采暖空调，以方案1为佳。
前面提到的方案1水源热泵(水-空气)，方案2水源热泵(水-水)在技术与经济上都是可采用的 方案。但方案2中大型水源热泵是一种集中冷(热)源的方式，目前，国内尚无大型水源热泵 厂家，进口设备较贵，而国产水源热泵系列不全，单台容量较小，只有将多台设备集中放置在机房时，才能形成集中冷(热)源形式，投资较大，安装运行维护不便。
无论是从单位供热(冷)量所需能耗，还是从投资和运行费上看方案1都具有明显的优越性。 其中进口热泵机组的价格与方案2中国产设备的投资相近，但比方案2进口设备价格低得多， 且不要另建机房。因此，十八层楼单身宿舍拟采用方案1为实施方案。
水源热泵采暖空调联供方案投资偏低的主要原因：
① 不设专用机房。中央空调的机房面积(包括空调装置、电气及其它)约为空调建筑面积的5 ～8%，其中空调装置约占4～5%，以10层建筑物为例，其中机房约占一层。水源热泵将空调 装置分散设在每户，不仅减少了机房的建设费用，在寸土寸金的地区，增加的办公面积，营业面积的作用就更大了。
② 封闭水管不要保温，对竖井没有特殊要求。中央空调系统的竖井占有较多建筑物的有效 面积，全空气系统的竖井面积更大。竖井布置的是否恰当，不仅会影响空调系统的效率，而且对空调的投资有较大的影响。
③ 不占有房间的有效面积，中央空调系统的户内装置风机盘管有时放置在窗户下，对住宅 的影响较大。
水源热泵联供方案运行费偏低的原因：
① 水源热泵采暖运行时，约占总供热量3/4的吸收热来自井水，江、河的低温热或工业余热 ；空调运行时，约为总制冷量1.2倍的总散热量由低温热或工业余热分摊，因此，较多地降 低了采暖、空调系统的运行费。
② 水源热泵机组直接设置在用户房间内，减少了输配损失。
③ 水源热泵机组能效系数较高，且性能系数的稳定性较好。
④ 水源热泵系统具有热回收性能。当同一建筑中有的房间需供热，有的房间需空调时，往 往无需冷却及辅助加热。
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