水源热泵优缺点-水源热泵啥意思

郭高轩

（北京市地质工程勘察院地热工程研究所）

摘要：本文探讨了水源热泵的概念及分类，简要阐述了其工作原理、技术特点和难点，并对国内外的发展和利用现状进行了综述，最后指出了目前应用中存在的问题，并对未来的发展作了初步展望。

1 引言

随着能源危机和环境污染的矛盾日益突出，以环保、绿色和节能为特征的能源研发成为各国发展的主流。由于供暖和制冷在能耗中都占有相当大的比例，从而使水源热泵技术近年来备受关注和重视。它以高能效比、稳定的运行工况、低运行费用、低初投资以及便于管理等优点在世界诸多国家能源结构中扮演愈来愈重要的角色［1］。

2 概念及分类

热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。其分类方法很多，最常用的是以低位热源种类分，可分为水源热泵、土壤源热泵、空气源热泵和太阳能热泵，水源热泵又可以分为地下水水源热泵和地表水水源热泵。通常，人们习惯于把前二者合称地源热泵。但在有的文献中，人们将利用封闭的地埋管系统吸收盘管四周土壤热量的系统称为地源热泵，而将具有抽取和回灌地下水系统的装置称为地下水水源热泵。目前，我国国内对于这一领域的概念分类还是没有明确界定，名称引用比较混乱。

水源热泵系统首先通过潜水泵、过滤器为水源热泵机组提供水源，热泵机组利用少量的电能提取水（通常为地下水）中低位能并将其聚变为高品位能量供末端用户使用，从而达到夏季制冷和冬季制热的目的［2～4］。

3 水源热泵技术的特点

与传统的制热、制冷设备和技术相比，水源热泵技术具有以下优点：

（1）可再生性：浅层介质的地温几乎始终维持在一个恒定水平上，水源可以循环利用，不断的提取，使得水源热泵技术成为可再生能源一种形式；

（2）经济性：经多数实例统计计算，通常水源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的费用，比燃料锅炉可节省二分之一以上的费用；

（3）环保性：水源热泵的污染物排放与空气热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少30%以上。与燃油锅炉和燃煤锅炉相比更显优势。由于其没有燃烧，没有排烟，完全达到国家废物零排放的环保理念；

（4）节能性：以水为载体，以浅层地下水为主要来源，冬季将低品位的热能提升供暖，夏季将低品位的冷能提升供制冷，一个运行周期内能量基本维持平衡，大多数水源热泵系统的COP都可达到3.0以上，有的甚至达到5.0；

（5）灵活性：不仅可以供暖、供冷，而且还可以供生活热水。此外，水源热泵系统占地面积比较小、节省场地，场地清洁，可以安装于宾馆、商场、办公楼、学校和别墅等。此外，热泵的机组轻巧，便于安装和维修、更换［5～6］。

4 国内外发展现状

1912年，瑞士人提出“热泵”的概念，1946年第一个热泵系统在美国俄勒冈州诞生。1974年起，瑞士、荷兰和瑞典等国家政府逐步资助建立示范工程。20世纪80年代后期，热泵技术日臻成熟。在过去的10年时间里，大约30个国家的热泵平均增长速率达到10%，在国际社会中，由于其在减少二氧化碳方面得到普遍认可而受到足够重视和快速发展。

在美国，每年接近安装5～6万套热泵机组，超过600个学校安装了热泵系统进行供暖和制冷。在瑞士，由于高原气候条件，冬天日照少，水源热泵系统已经以每年15%的速度快速增长。目前，瑞士有超过25万台热泵系统在运行，成为世界上利用热泵密度最大的国家。在英国，尽管地质条件非常复杂。但是热泵技术也从非常小的起步发展到遍及整个英国。涉及领域有：私人建筑、房地产开发、公共设施等。目前，瑞典的地源热泵安装基本占总需求负荷的60%，尤其是进入到21世纪之后，瑞典的热泵安装增长更为迅速，仅2001年热泵销售就突破25000台。澳大利亚虽然大部分国土位于热带，但是引入热泵的数量也达到30000多套［7～8］。

我国的热泵研究始于20世纪50年代，由天津大学的部分学者牵头，但是由于多种原因，发展缓慢，直到80年代末90年代初，相关领域掀起了一股“热泵热”。进入21世纪以来，我国在热泵模型仿真、试验装置、能耗评价以及系统材质研究等方面取得了一批显著成果。

图1 水源热热泵相关文献搜索结果统计图

在中国科技官方数据库——中国期刊网上，笔者分别对“热泵”和“水源热泵”进行了题名和关键词搜索，搜索结果如图1。可以看出，进入21世纪以来，随着国家可再生能源法的颁布，热泵技术以及水源热泵极大地吸引了广大科技工作者的注意。这也符合国家提出的绿色经济、构建和谐社会和走可持续发展的方针。以百度搜索引擎搜索“热泵”和“水源热泵”，搜索到的网页分别为514000和86000，以google搜索的结果分别为446000和156000。从1989年到2005年，我国科技工作者以热泵为关键词发表的科技文章总计达到2872篇。其中2001年到2005年的文献数量占总数的66.7%。

目前，我国利用热泵技术的城市达30多个，据有关部门统计，全国范围内利用水源热泵和土壤源热泵技术的面积已达3000万m2，截至2004年底，仅北京地区利用水源热泵和土壤源热泵技术供暖和制冷的面积已达到500万m2［9］。

5 存在的问题

5.1 经济性分析不足

缺乏适宜性评价，盲目投资，扩大开发规模问题严重。水源热泵技术是一项系统工程，有其自身适用的条件。地区之间因能源价格不同、气候条件不同、水源条件不同，造成初投资和运行费用存在较大差异，所以要针对不同地区、不同用户进行经济性分析。要综合经济、社会、环境等各方面的因素进行效益评价，寻求最合适的地热能利用方式。目前，盲目跟风显著、示范成功工程偏少。

5.2 政策规范制定落后于市场需求

目前，热泵技术还缺少相关的政策法规和技术要求。具体表现在，①工程设计缺乏系统的设计规范和标准，大都处在无标准可依状态；②对开发单位缺乏资质管理，实施的工程缺证；③缺乏协同作业，大都是暖通空调专业管地上、地质专业人员管地下，造成许多热泵系统匹配差，失败案例较多；④后续管理政策相对滞后。比如后期维护和相关环境地质问题（地面沉降、热污染等）监测多数未进行等。

5.3 系统缺乏优化

系统安全性和稳定性有待提高。目前，大多数热泵系统用的工质都是R22，根据蒙特利尔议定书，R22将于2010年禁止使用。安全性和环保性的新型工质研究是未来必须解决的问题。另外，系统腐蚀问题造成的寿命缩短往往被忽视。系统整体匹配和分区域控制技术研究不足，利用效率偏低，系统优化投入偏少［10］。

6 展望

6.1 迅速制定相关政策法规和技术规范

随着“倡导构建节约型社会，发展绿色环保型经济”热潮的兴起。热泵技术已成为当前研究和推广的热点。尤其是在建设“宜居城市”、“生态城市”的竞赛中，各大城市都相继不允许再建以煤、油为燃料的锅炉房。

那么就迫切需要能够正确地引导推广热泵技术的相关法规尽早出台。政府应成立相关的管理部门，尽早制定相应的评价体系和具体操作流程，如水源热泵系统开发的适宜性评价、水源热泵系统的环境影响评价等；此外还需要由专家编纂相应的技术规范，对热泵机组参数、系统设计、安全稳定性维护以及开采与回灌等工程的实施进行规范化。

6.2 适宜性评价和系统优化

第一，水源必须满足要求，主要有地下水水量、水质和水温。水源热泵系统对水文地质条件有很强的依赖性，而地质结构具有很强的非均质性，一个地区的开发利用模式不能生搬硬套到另外一个地区。例如：有的地区含水层富水性好，大多为砂卵砾石，不仅可以减少开采井和回灌井的数量，还能够达到百分百的回灌，而有的则完全不行。各地区应结合本地的地质情况和气候条件进行适宜性评价、合理规划，建立适合自身的开发利用体系是当务之急。

第二，系统的匹配优化问题。应结合当地的水文、气象、水文地质条件及负荷要求，优化总井数（抽水井和回灌井）、井深、井身结构和成井工艺。

第三，后期运行和维护技术的研究。应及时对系统运行工况进行监测，对系统腐蚀和水井老化（砂堵、岩化、胶结）等问题进行研究，并提出相应的防治和治理措施。此外，应对噪音污染、热污染等问题进行专题研究［11］。

6.3 多系统联合研究，扩大应用范围

水源热泵系统虽然有诸多优点，但是它总有不足之处，例如它受到水量、水质、冬季表层土壤冻结等因素的限制，所以应当开展关于土壤、水源、空气、太阳能、地热、废热等的双联甚至三联热泵的研究，以此来扩大热泵的应用范围，满足不同用户的需求［12］。

此外对水源热泵系统的设计进行优化和相关仪器的研究如：岩土热物性测试仪的研制，分区域控制器的研究等也将是亟需解决的问题。相信在不久的将来，绿色能源技术——水源热泵技术必将在采暖制冷、节能、环保领域发挥越来越大的作用，为国民经济的发展、生态环境的保护、能源结构的优化等方面做出应有的贡献。

参考文献

［1］Arif Hepbasli，Leyla Ozgener，Development of geothermal energy utilization in Turkey：a review，Renewable and Sustainable Energy Reviews，2004，（8）：433～460

［2］马最良，热泵技术（上），电力需求侧管理，2003，5（5）：58～60

［3］马最良，热泵技术（下），电力需求侧管理，2003，5（6）：58～62

［4］龚明启，冀兆良，浅议热泵分类，河北能源职业技术学院学报，2005，（1）：60～63

［5］郭莹，水源热泵的应用特点，建筑技术开发，2003，（10）：94～95

［6］高小青，浅谈水源热泵空调系统的优缺点，安装，2005，（8）：30～32

［7］Steve Kavanaugh.Design consideration for ground and water source heat pumps in southern climates，ASHRAE trans，1989，95（1）：1139～1148

［8］胡鸣明，刘宪英，国外地源热泵的发展历史与设计方法，四川制冷，1999，（2）：20～23

［9］王芳，范晓伟，周光辉等，我国水源热泵研究现状，流体机械，2003，（4）57～59

［10］张自力，水源热泵若干问题探讨，机械研究与应用，2004，（5）：90～92

［11］文远高，郑重，地下水资源在住宅空调中应用的方式及注意的问题，住宅科技，2004，（6）38～40

［12］武云甫，田峰，高岩，住宅水源热泵规划设计，技术交流，2004，（6）36～39

分析空气源热泵、水源热泵、土壤热泵优缺点

1水质问题---影响地下水，保护不好会造成地下水污染地下水经过地下管路时温度、压力的变化可能会破坏地层原有的热力学平衡状态。地下水源热泵的应用所可能导致的水文地质问题,后果往往是灾难性和无法弥补的。

2 地质问题---在地下水源热泵实际工程应用中，往往不能实现百分百回灌，回灌不好，会造成地下水位持续下降，引起地基沉降。

3最大不足是会造成土壤热不平衡，常年运行后会导致土壤温度失衡，影响周围生态。在供热、供冷不均衡的地区长期使用土壤源热泵,将会破坏地层原有的温度环境。

水源热泵系统和中央空调系统的优缺点！

你好，水源热泵、土壤热泵工作原理差不多。

地(水)源热泵机组的工作原理

是利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。具有高效节能、经济环保、安全可靠、可自动运行等优点。

地源热泵同空气源热泵相比，有什么优点

地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：(1)全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。(2)冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。(3)地源有较好的蓄能作用。

地源热泵系统的分类及其各自的优缺点

1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；回灌可靠；符合标准。

2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源热泵系统(b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源热泵系统。(a)和(b)两种方式都归属于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合热泵系统)，也称埋管式土壤源热泵系统。还有另外一个术语叫Groundheatexchanger地下热交换器地源热泵系统。这一闭式系统方式，通过中间介质(通常为水或者是加入防冻剂的水)作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。

3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水热泵系统。通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。归属于水源热泵方式。

其优点有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。

4)Standingcolumnwellheatpumps,SCW单井换热热井，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"热井"。这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。

热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热。换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水。这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。

该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用。须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际换热量测算等具体工作。

5)锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑或内外分区冬季有大量可利用的排热的建筑物，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；事实证明该系统是高效率、低费用的。

它的补充热源有水地源、太阳能、电锅炉、城市热网……，额外排热由冷却塔或水地源来解决。其系统的设计需要详细计算各季节的散热与排热及总的中和后的散热或排热量来选择热源和冷却塔。

地源热泵和水源热泵的冷热源区别：

水源热泵和地源热泵都是从地位热源的选取来定义的，水源热泵通常指地位热源来源于地表水、地下水、海水、污水；地源热泵有时也被称为土壤源热泵，但是地下水作为低位热源的也可称为地源热泵。此外，水环热泵也可称为水源热泵。定义的角度不一样，叫法也就不一样。采用冷却塔散热的系统不能称为水源热泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水应该成为水源热泵，否则为土壤源热泵。

地源热泵和水源热泵的叫法区别：

水源热泵和地源热泵以前确实叫法很乱，已经出台的地源热泵相关规范，其中对叫法范围作了明确说明：

地源热泵指所有使用大地作为冷热源的热泵全部称为地源热泵，包括土壤热泵(即地耦合热泵)，地下水热泵，地表水热泵(包括江河湖海的水)等，这是为区别水环热泵而说的。

水源热泵则是总称，包括所有以水作为冷热源的热泵，当然也包括土壤热泵和水环热泵了，这是为区别空气源热泵(风冷热泵)而说的。

所以以大分类来说，水源热泵包括地源热泵和水环热泵还有一些特殊的利用低位热水能量的热泵(比如利用工业废水或发电厂冷却循环水梯级利用等)。

总之，简单的说地源热泵是泛指土壤源热泵、地表水、地下水、海水、污水源热泵。但现在人们习惯上把土壤源热泵叫地源热泵，把地表水、地下水、海水、污水源热泵叫水源热泵。

好了，希望能帮到你。

什么是水源热泵空调机组？

水源热泵是中央空调系统主机的一种，提问者可能的对比是水源热泵和风冷热泵的对比吗？

简单解释水源热泵和风冷热泵都是冷暖空调，水源热泵是通过地下水达到冷却制冷剂的效果，节能效果较好，但是由于打井和冷却水泵的造价，总体上价格较贵。风冷热泵是通过风对制冷剂达到冷却效果，由于风的冷却效果有限，所以节能效果较差，但是系统上减少了打井和冷却水泵的造价，所以总体的价格比较便宜。个人意见，可能总结的不全面，见谅。

水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“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，释放到地能中去。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。

根据热泵的热源介质来分，热泵可分为空气源热泵和水源热泵，而水源热泵又分为水环热泵和地源热泵。水环热泵是充分利用室内余热的一种热泵，冬季当室内余热不足时，可利用锅炉进行加热；夏季当室内余热过多时，可利用冷却塔进行排热。地源热泵在国内的应用刚刚起步，有关地源热泵的术语很多，也很不规范，为了避免混淆，现统一采用ASHRAE1997年规定的标准术语，即地源热泵(Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地源热泵是一个广义的术语，它包括以地下水、地表水和土壤作为热源和热汇的热泵系统。以土壤为热源和热汇的热泵系统称之为土壤源热泵(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以地下水为热源和热汇的热泵系统称之为地下水源热泵(Ground-Water Heat Pump, GWHP)；以地表水为热源和热汇的热泵系统称之为地表水源热泵(Surface Water Heat Pump, SWHP)。

工作原理

作为自然现象，热量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样，人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是热泵节能的关键所在。水源热泵机组工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水（江、河、海、湖或浅水池）中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量；而冬季，利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间。

水源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气

优缺点

水源热泵空调系统主要具有以下技术优势：

（1）水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接地接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵一种利用清洁的可再生能源的技术。

2）水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12～22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18～35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署（EPA）估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30％～40％的供热制冷空调的运行费用。

(3）水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题

（4）水源热泵使用的是电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和CO2温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。

当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。

（1）受可利用的水源条件限制。水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

（2）受水层的地理结构的限制。对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

（3）受投资经济性的限制。由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

威海中天嘉能生产水源热泵机组、土壤热泵机组、水环路热泵机组等多种机型。