水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能研究

向丹妮

摘 要：水源熱泵是以水為介質(zhì)來提取能量實(shí)現(xiàn)制熱和制冷的一個(gè)或一組系統(tǒng)。文章對(duì)水源熱泵系統(tǒng)制冷制熱工作原理、水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、水源熱泵技術(shù)未來的發(fā)展等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和分析。

關(guān)鍵詞：水源熱泵系統(tǒng)；節(jié)能；工作原理，發(fā)展

0 前言

建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，目前近400億平方米既有建筑中，高耗能建筑占90%左右。從數(shù)量上來說，建筑用能已經(jīng)占到全社會(huì)能源消費(fèi)總量的近三成，再加上建材生產(chǎn)的能耗，用于建筑的能耗已占到社會(huì)總能耗的40%左右。

建筑節(jié)能作為全國節(jié)能工作的重要組成部分，是改善和提高建筑舒適性、節(jié)約能源、促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、減少溫室氣體排放的重要措施，直接關(guān)系到國家資源戰(zhàn)略、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施。

水源熱泵是以水為介質(zhì)來提取能量實(shí)現(xiàn)制熱和制冷的一個(gè)或一組系統(tǒng)。針對(duì)水源熱泵機(jī)組，就是通過消耗少量高品位能量，將地表水中不可直接利用的低品位熱量提取出來，變成可以直接利用的高品位能源的裝置。

水源熱泵既是利用可再生能源的一種形式，又是一種經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)，其能量利用率要比空氣源熱泵高約 40%。水的比熱容較大，傳熱性能好，因此熱泵機(jī)組中換熱器的尺寸較小，而且不存在蒸發(fā)器表面結(jié)霜的問題。因此，在容易獲得溫度較穩(wěn)定水源的地方，水是理想的冷熱源。

1水源熱泵系統(tǒng)制冷制熱工作原理

地球表面淺層水源吸收了太陽進(jìn)入地球的輻射能量，這些水源的溫度一般都十分穩(wěn)定 水源熱泵機(jī)組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵通過空氣或水作為傳熱物質(zhì)提升溫度后送到建筑物中 通常水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量水源熱泵系統(tǒng)是由末端（室內(nèi)空氣處理末端等）系統(tǒng)，水源熱泵系統(tǒng)和水源系統(tǒng)三部分組成。

為用戶供熱時(shí)，水源熱泵系統(tǒng)從水源中提取低品位熱能，通過電能驅(qū)動(dòng)的水源熱泵系統(tǒng)主機(jī)（制熱）泵 送到高溫?zé)嵩矗詽M足用戶供熱需求 為用戶供冷時(shí)，水源熱泵系統(tǒng)將用戶室內(nèi)的熱量通過水源熱泵系統(tǒng)主機(jī)（制冷）轉(zhuǎn)移到水源中，以滿足用戶制冷需求水源熱泵根據(jù)對(duì)水源的利用方式的不同。水源熱泵無論是在制熱還是制冷過程中均以水為熱源和冷卻介質(zhì)，即用切換工質(zhì)回路來實(shí)現(xiàn)制熱和制冷的運(yùn)行。然而，更為方便的是由水回路中的四通電磁換向閥來完成。

2 水源熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1）節(jié)能。與電供暖相比減少70%以上的電力消耗。

2）環(huán)保。 無廢氣，廢水，廢渣產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境無熱效應(yīng)產(chǎn)生。

3）高效。 據(jù)美國環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵，平均可以節(jié)約用戶30%～40% 的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

4）實(shí)惠。 一套設(shè)備可供冷，可供熱，其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的60%。

5）運(yùn)行穩(wěn)定。 可靠，維護(hù)方便。 另外不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問題，所以維護(hù)方便，使用壽命可長(zhǎng)過20年以上。

3 水源熱泵技術(shù)未來的發(fā)展

隨著全球氣候變暖，重慶地區(qū)已變得冬天不很冷，或冬天已不長(zhǎng)，而夏天變得炎熱而漫長(zhǎng)，空調(diào)電耗以制冷為主的趨勢(shì)正在發(fā)展。 由于夏天強(qiáng)烈的太陽輻射導(dǎo)致的制冷空調(diào)能耗已高于傳熱系數(shù)導(dǎo)致的能耗，因此加強(qiáng)外遮陽措施在窗戶節(jié)能改造中的推廣應(yīng)用已刻不容緩。 建議市有關(guān)部門組織力量研究適合住宅節(jié)能改造采用的外遮陽技術(shù)。 傳統(tǒng)的遮陽技術(shù)很多，但真正適合既有住宅建筑門窗節(jié)能改造時(shí)采用的很少，必須將研究設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面的力量結(jié)合在一起，在較短的時(shí)間里，開發(fā)出幾種成本較低、 施工容易、 操作方便和使用壽命較長(zhǎng)的產(chǎn)品來，供節(jié)能改造工程選用。

展望建筑節(jié)能工作，我覺得應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1、加大節(jié)能技術(shù)研究力度

科技是第一生產(chǎn)力。整和社會(huì)科學(xué)技術(shù)力量，充分發(fā)揮各相關(guān)部門、學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)、研究會(huì)以及相關(guān)行業(yè)、高校的技術(shù)研究力量，不斷開發(fā)出高效、經(jīng)濟(jì)的節(jié)能型建材和先進(jìn)的構(gòu)造技術(shù)，以增強(qiáng)節(jié)能建筑的可操作性和科技含量，節(jié)約社會(huì)資源。此外，提高建筑、施工企業(yè)的節(jié)能意識(shí)，增強(qiáng)企業(yè)自主對(duì)建筑節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)和研究，是解決能源問題的根本途徑之一。

2、建筑節(jié)能應(yīng)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)入手

在建筑規(guī)劃階段，要慎重考慮建筑物的朝向、間距、體型、體量、綠化配置等因素對(duì)節(jié)能的影響，改善熱環(huán)境。在建筑的平面布局方面，朝向的選擇很重要。冬季應(yīng)有適量的陽光射入室內(nèi)，避免冷風(fēng)吹襲；夏季則盡量減少太陽直射室內(nèi)及外墻面，有良好的通風(fēng)。在建筑設(shè)計(jì)中，原則上應(yīng)減少建筑物外表面積，適當(dāng)控制建筑體型系數(shù)，即建筑物外表面積與其所包圍的體積之比，減少建筑面寬，加大進(jìn)深或增加組合體。建筑外形選用長(zhǎng)條型，而體型復(fù)雜，凹凸面過多的塔式住宅對(duì)節(jié)能不利。寒冷地區(qū)多層住宅不應(yīng)采用開敞式樓梯間，入口處設(shè)置門斗或采取其它避風(fēng)措施，減少散熱。另外，要重視屋檐、挑檐、遮陽板、窗簾、百頁窗等的構(gòu)造措施，對(duì)于調(diào)節(jié)日照節(jié)省能源是十分有效的，尤其是玻璃幕墻建筑，必須考慮良好的遮陽、遮光條件。

3、大力推廣綠色、智能建筑

目前，采用高效、經(jīng)濟(jì)的節(jié)能型建材和先進(jìn)的構(gòu)造技術(shù)，推廣綠色建筑和智能建筑成為新的發(fā)展趨勢(shì)。據(jù)了解，綠色建筑就是指在建筑生命周期（選址、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、使用管理及拆除過程）中，以最節(jié)約能源、最有效利用資源的方式，建造最低環(huán)境負(fù)荷情況下最安全、健康、高效及舒適的居住空間，達(dá)到人及建筑與環(huán)境共生共榮、永續(xù)發(fā)展。綠色建筑最終的目標(biāo)是以“綠色建筑”為基礎(chǔ)進(jìn)而擴(kuò)展至“綠色社區(qū)”、“綠色城市”層面，達(dá)到促進(jìn)建筑永續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。而智能建筑的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)就是在建筑構(gòu)架中，根據(jù)系統(tǒng)工程原理，適應(yīng)特定人群的需求，融匯計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、生物技術(shù)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)所建立的舒適、環(huán)保、節(jié)能、高效、安全、信息有效傳遞并可持續(xù)發(fā)展的人工環(huán)境。如歐洲的智能建筑，強(qiáng)調(diào)的是建筑節(jié)能、降低運(yùn)營成本、保護(hù)環(huán)境并提供舒適健康的辦公環(huán)境。

4、增強(qiáng)行政執(zhí)法手段和法制建設(shè)

目前，針對(duì)建筑節(jié)能執(zhí)行力差的現(xiàn)狀，建設(shè)部科技司有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，在下一步建筑節(jié)能專項(xiàng)檢查中要充分體現(xiàn)三個(gè)“一批”，即針對(duì)地方建筑節(jié)能主管部門和相關(guān)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位，要表揚(yáng)一批，通報(bào)批評(píng)一批，處理一批。節(jié)能方面存在的問題，發(fā)現(xiàn)一個(gè)處理一個(gè)，對(duì)節(jié)能不達(dá)標(biāo)的企業(yè)動(dòng)用建設(shè)部最高行政手段，即撤銷或降低企業(yè)資質(zhì)。同時(shí)，盡快完善建筑節(jié)能的法規(guī)體系，增強(qiáng)行政執(zhí)法力度，嚴(yán)厲打擊違紀(jì)違規(guī)行為，整頓行業(yè)市場(chǎng)。

5、獎(jiǎng)懲并重

可參照其他行政管理手段，適當(dāng)制訂建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制。據(jù)有關(guān)負(fù)責(zé)人透露，將嘗試以一定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)線，對(duì)高于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的采取貸款貼息、財(cái)政補(bǔ)助等獎(jiǎng)勵(lì)措施；對(duì)低于節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的則動(dòng)用增加稅收、禁止使用等懲罰手段。

通過經(jīng)濟(jì)手段的介入，與企業(yè)“約法三章”，做到賞罰分明，提高企業(yè)建設(shè)節(jié)能建筑的積極性。

6、大力推進(jìn)既有建筑的節(jié)能改造

既有建筑規(guī)模龐大、耗能嚴(yán)重，是開展建筑節(jié)能工作的重點(diǎn)發(fā)展方向，大規(guī)模的舊房節(jié)能改造刻不容緩?？上葟牟膳⒖照{(diào)、節(jié)電、節(jié)水等節(jié)能改造工作入手，再逐步推進(jìn)墻體改造、窗戶改造、屋面改造，著重加強(qiáng)建筑物的防水、防潮、隔熱、保溫等功能。同時(shí)，相比新建建筑，既有建筑占了大多數(shù)，蘊(yùn)藏巨大的商機(jī)。目前我國將有130億平方米的已建建筑進(jìn)行節(jié)能改造。據(jù)預(yù)測(cè)，如果按照每平方米改造費(fèi)用以100—200元計(jì)算，130億平方米的節(jié)能改造費(fèi)用將達(dá)2萬億元。

建筑節(jié)能是一個(gè)世界性的問題，也是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)。我們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家建筑節(jié)能的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身?xiàng)l件，制定和完善符合我國國情的節(jié)能政策、法律法規(guī)和措施，全面推動(dòng)建筑節(jié)能工作的健康發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展的道路。