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第 七 章 水 源 热 泵 一．引 言 　　水源热泵技术作为一种有益于环境保护和可持续发展的冷热源形式，已经引起了国内建设机构设计单位、房地产商和生产厂商以及公众的广泛兴趣，水源热泵作为一个新兴的名词，越来越广泛的被人们谈及。　　这一技术自从上世纪90年代开始已经广泛应用于国内的空调工程领域，目前已经成为华北和中原地区空调系统的一大热点，而且其应用地区，已经从北京、天津、山东、河南、河北，迅速扩大到湖北、湖南、内蒙和东北等地。 各式各样的水源热泵产品 最近几年国内空调设备生产厂家纷纷推出了各式各样的水源热泵产品，冠之以诸如“地能中央空调系统”、“水源中央空调系统”、“地温中央空调系统、中央液态冷热源等等的名称，这不但没有令人明白水源热泵的内涵，反而在一定程度上起到了混淆视听的作用。因此，非常有必要从学术界的定义出发，阐述水源热泵这一名词的学术渊源并给出科学的定义和分类。此外，由于水源热泵工程的设计与施工是一项系统性工作，因此需要从空间和时间的角度来分析这一工程的特点，并就其水源和机组部分目前急需解决的问题作了相应的描述。按照这一思路，本文进行了全面细致的阐述。 实例 最后，给出了北京地区某高层住宅公寓利用深井回灌分户水源热泵系统的工程实例，该住宅楼为一高层住宅建筑，亦具有普通的商用建筑的空调采暖的特点，对于水源热泵的推广极具参考价值。 二．水源热泵概念原理和归类 　　水源热泵是一种利用地球表面或浅层水源（如地下水、河流和湖泊），或者是人工再生水源（工业废水、地热尾水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵技术利用热泵机组实现低温位热能向高温位转移，将水体和地层蓄能分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源，即在冬季，把水体和地层中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到水体和地层中去。 从学术角度来说水源热泵系统 ， 从学术角度来说，当利用的对象都是水体和地层（含水地层）蓄能，而且都是以水作为热泵机组的冷热源供给载体时，都可以将之归类为水源热泵系统。 分类 根据 ASHRAE Handbook: HVAC Applications.（1995）的分类，将地热能资源按温度范围不同分为三类，其中地源热泵应用类包括了水源热泵的两种方式：地下水源和地表水源热泵。 （一）地温能与地源热泵的工作原理 地源热泵技术在1995年被ASHRAE归纳为地热资源3种利用方式之一.即(1) 高于一150 °C 高温地热发电.(2) 小于150 °C 的中低温地热直接利用.(3) 通常小于32 °C 的地源热泵技术应用. 1、地温能 地球表面温度通常保持在15°C左右.这是因为地球接受到的2.6×1024J太阳能中,大约有50%被地球吸收.其中一半能量以长波形式辐射出去,余下的作为水循环,空气循环,植物生长动力,而如今全球人口消耗总能量仅为2.827 ×1020J,可见太阳能及地表储存能量多丰富. 地球主要由地壳,地幔和地核组成.按照温度的变化特性,地球表面的地壳层可分为可变温度带,恒温带和增温带3个带.可变温度带受太阳辐射影响,温度有昼夜.年份.世纪甚至更长的周期变化.恒温带温度变化幅度几乎为零,深度一般为20~30m;增温带在常温带以下,问答随深度增加而升高,其热量主要来源是地球内部的热能. 根据目前国内外实际情况,把地下400m范围内土壤层中或地下水中蓄存的相对稳定的低温位热能定义为地温能(也有称大地能或地表热能). 2、地源热泵工作原理 地源热泵供热空调系统主要分3部分:室外地温能地下换热系统,水环管路与水源热泵机组和室内采暖空调末端.如图1. 室外换热系统包括埋地换热器,地下水换热器,地表水换热器等,室内末端输配系统,包括加压包括送风系统或地板盘管,风机盘管等. 图7-1 地源热泵空调系统示意图 地源热泵系统与空气源热泵系统不同,它利用地表牵层中蓄存的能量,室外空气温度拨动很大,但地表面几米以下的地温全年相对恒定.如图7-2所示. 图7-2 地下土壤层随着时间的温度变化 在冬季,地源热泵系统通过埋在地下或沉浸在池塘、湖泊中的封闭管路，或者直接利用地下水，从大地中收集自然界中的热量，由装在室内机房或室内各房间区域中的水源热泵装置通过电驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。 图7-3 地源热泵在冬季供热模式 在夏季，与上述过程相反，地源热泵系统将室内的多余热量不断地排出而为大地所吸收，使建筑物室内保持适当的温湿度。其过程类似于电冰箱，不断、地从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外，使箱内保持低温。 图7-4地源热泵在夏季供冷模式 从图7-3,7-4可看出，不管是冬季工况还是夏季工况，都可以产生生活热水，满足用户常年的