随着全球性的能源危机，人们的环保意识在不断增强，一种低能耗、无污染的供热、制冷设备——水源热泵机组越来越引起人们的重视。1999年12月份《北京晚报》一篇题为《清华同方“革”了传统供热制冷的“命”——北京有望告别锅炉房》的报道之后，全国各大媒体相继报道和介绍了这项新技术，那么水源热泵技术究竟是怎样的一种技术呢？下面我们来详细介绍一下：
一、水源热泵的概念及工作原理
水源热泵技术是利用地球表面浅层水源（如地下水、江河湖海水）、城市污水中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。
“热泵”这一术语是借鉴“水泵”一词而来。在自然环境中，水往低处流动，热向低温位传递。水泵将水从低处泵送到高处利用，而热泵可将低温位热能“泵送”（交换传递）到高温位提供利用，其工作原理是。由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热，在冷凝器中液化放热，使热量不断交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能——这就是热力学上的“卡诺”循环原理。
热泵机组就是利用“卡诺”循环原理。风冷热泵是将空气中的低品位热能转为高品位热能（我们普通家庭用的冷暖空调机就是风冷热泵的一种），但在寒冷冬季，当气温低于零下7℃时，机组效率极低，无法经济运行。而水源热泵机组却不受气温限制，既使在零下30℃的严冬照样能高效运行。这是因为它将普通风冷热泵机组所吸收的空气中热量改为吸收地下水的热量。只要在地下钻大于20米深度的水井，随时都可以提取零上11℃～14℃的地下水，这些水连续不断地按规定流量送至水源热泵机组，再由机组内的压缩机工作，迫使工质压缩、蒸发、吸收这些地下水中的热量，使其温度降低7℃，再回灌到地下（取水井和回水井之间应有40米以上的间距），在渗流过程中吸收地下土壤中热量，温度又升至11～14℃，然后再被抽上使用，如此不断循环。机组吸收的热量再通过工质的冷凝而被释放出来，用以加热采暖系统水，最高供水温度可达60℃，正常供回水温度为50℃/40℃，相当于热电厂的低真空热水循环采暖系统的供热参数，而用于冬季空调供暖则是最佳温度。夏季制冷时，机组作逆“卡诺”循环，把建筑物中的热量转移到地下，使室内降温，达到制冷的目的。
二、水源热泵机组与传统供暖、制冷方式比较的优势
1、绿色环保
地表土壤和水体是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量。水源热泵就是要利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地热能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源。
用水源热泵机组供热不需锅炉，没有煤、油、气等燃烧污染。制冷时，省去了冷却塔，避免了冷却塔噪声及霉菌污染。因此，对城市减轻大气污染和环境污染有特殊意义，是一种典型的环保型技术。
对于从地下水中采集热量的水源热泵系统，地下水经过热泵机组交换热量后再回灌到地下，因此不会造成地面沉降，也不会消耗宝贵的地下水资源。由于地下水经过机组的热交换器时，只是置换了热量，地下水水质不会发生任何变化，因此，回灌也不会导致地下水污染。
2、节能、节资
水源热泵机组无论是制冷还制热，当投入1KW的电能时，就会得到4倍以上的冷量或热量，也就是说我们得到的能量的75%来自水中，投入的能量只占25%，因此在有效利用常规能源或说节约能源方面有着特殊的价值。在初投资和运行费用方面，水源热泵机组也有较明显优势，与常规空调系统（锅炉+水冷机组）相比，其投资为常规空调系统的1/2—2/3，其冬季采暖运行费用是燃煤方式的2/3—4/5，比燃油、燃气节约更多。
以北京地区某住宅建筑为例，对采用不同供热空调方式的经济技术比较如下：
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序号 |
项目
供暖空调方式 |
每平米造价
（元/ m2） |
热指标=55w/ m2时每平米运行费（元/ m2） |
热指标=28w/ m2时每平米运行费（元/ m2） |
备注 |
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1 |
燃煤集中锅炉房供热 |
145~177 |
15.38 |
7.69 |
末端为散热器 |
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2 |
热电联产供热 |
200~210 |
10.3 |
5.3 |
初投资为挂网费 |
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3 |
分户燃气供热 |
120~150 |
21.3 |
10.97 |
末端为散热器 |
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4 |
分散燃气锅炉房供热 |
100~105 |
29.6 |
15.27 |
末端为散热器 |
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5 |
电热膜供热 |
160 |
46.6 |
24.1 |
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6 |
同方水源热泵供热 |
100~150 |
12.85 |
6.4 |
末端为散热器 |
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7 |
传统中央空调 |
300~400 |
35.9（含冬夏） |
27.6（含冬夏） |
含空调末端 |
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8 |
同方水源中央空调 |
200~300 |
20.3（含冬夏） |
15.5（含冬夏） |
含空调末端 |
注：以上主要数据采自建设部会同建研院空调所实测结果汇总而成
3、节地、节水
水源热泵机组替代锅炉房以及与之配套的煤及煤渣堆放区域，让出了更大的土地面积，而水源热泵机组本身占地很小（最大型号占地只有7m2）因此，取消锅炉房可节约更多宝贵的土地资源。
常规中央空调的冷水机组都通过冷却塔产生冷却水漂移现象，损失大量的水资源，平均30～50吨/万平米·台。使用水源热泵机组不消耗水资源，是种节水型空调设备。
综上所述，使用水源热泵机组来供暖、制冷，不消耗有限的一次能源，也不会污染生存环境，对降低大气排放、减小温室效应也有其特殊意义，是种典型的节能环保产品，符合国家可持续发展战略要求，有很高的推广价值。
三、发展现状
近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展。在美国，1997年就安装了45000台，到目前为止已安装了400000台，而且每年以10%的速度稳步增长，每年降低温室气体排放一百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树一百万英亩，每年节约能源费用达4.2亿美元。在中、北欧，据1999年统计，在为家庭供热的装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96%，奥地利为38%，丹麦为27%。同时，中、北欧海水源热泵应用也比较多。
在我国，近几年清华大学、天津大学等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究，其中清华大学对多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，“清华同方”水源热泵机组在全国已建成数十个示范工程，在辽宁省内也已有十几个之多。随着我国百姓节能和环保意识的不断增强，水源热泵技术的发展和应用将有着广阔的空间，它符合我国政府可持续发展的战略要求，它将成为21世纪能源利用的最优方式之一。
四、同方水源热泵机组在全国主要地区的项目布点及运行情况
清华同方在1999 年底正式推出水源热泵以后，在全国几个主要地区设置几个试验项目以考察水源热泵在不同温度及地质条件下的实际工作情况，下面就各个试验项目的运行情况分别作一介绍。
华北地区——空军丰台招待所（对外称鹰翔宾馆,旅游局认定三星级宾馆）位于北京市丰台区，主要负责空军系统重要会议的接待工作，和对外接待工作。建筑面积2.5万M2。该工程原来使用水冷式冷水机组配合风机盘管供给建筑面积为1.5万m2建筑面积的招待所夏季空调，冬季使用燃煤锅炉供热，并通过暖气片供给约1万m2的家属楼和办公综合楼的暖气，同时提供卫生热水。
为治理北京大气污染，北京市政府要求在北京三环路之内取消燃煤锅炉房。为了解决这个问题，我公司向他们提出了水源中央空调的改造方案，选用清华同方水源中央空调机组提供招待所的空调冷、热源以及家属楼和办公综合楼采暖热源以及卫生热水，全部利用原有的末端设备。冷热源改造于2000年下半年采暖季之前完成，并经历整个采暖季运行，运行非常稳定，室内温度始终保持在20℃以上，而且节能效果也非常显著。
由于燃煤的取消，利用其原来的煤厂、渣厂的位置，空军招待所拟需一栋8000 m2的办公楼，其空调主机的冷、热源来源在本次改造中也包含了。空军招待所为本项目打3口供水井，井深50，出水温度为常年15℃左右恒定；回灌井2口，井深28米。
空调机房现状：
选用清华同方水源中央空调机组GHP600型2台和GHP300型2台，其中1台GHP300机组提供卫生热水，其余3台机组提供招待所的空调冷、热源以及家属楼和办公综合楼采暖。
运行费用：
经一个采暖季和一个制冷季的实际测算：
机房全部设备总耗电量约66万kWh。一个采暖季内每平米建筑面积供热耗电13.6元（注：北京供热收费一个采暖季内26元 平米建筑面积）
夏季制冷季每平米建筑面积耗电7～8元
东北地区——美国新世纪集团公司
新世纪集团公司沈阳办事处住宅楼建筑面积约6000m2，选用清华同方水源中央空调机组GHP300型2台提供冷、热源，2台GHP300型机组采用并联形式，共用1口供水井，2口回水井。该工程自投入至今，已运行整个冬季，根据实测，室内温度22℃～28℃。
山东地区——胜利油田胜泰大厦
本工程为清华同方与胜利油田中胜实业集团公司共同在山东东营地区树立的样板工程，用于改造顺通大楼和大东海酒店，宾馆和办公楼一体，建筑面积为4000m2，原建筑采用单冷冷水机组＋锅炉来提供冷暖，因空调机组老化，用户在各种改造方案中对清华同方的空调新产品非常认同，最终经双方多次方案分析与论证，最终进行改造工程的实施。
选用清华同方水源中央空调机组GHP300型1台，使用2口结构完全相同的抽、灌两用井，井深100米，水温18℃左右。
本工程成为清华同方水源中央空调机组在山东地区第一个水源热泵用户项目，至今运行效果良好，根据甲方实际测算每建筑平米运行费用仅为0.08元～0.1元/天。
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