近幾年來，水源熱泵得以發展的主要推動力是它能夠以量大面廣的低位熱能，如井水、地下水、江、河、湖水、電廠冷卻循環水、礦井水及工業余熱等為能源，而且具有熱回收功能，即可利用供冷空調房間排放的冷凝熱來加熱供熱空調房間，從而提高了建筑物內部的能源利用系數。
一、水源熱泵系統的節能性
以采暖運行為例，目前采暖方式有集中鍋爐房供熱方式、熱電廠供熱方式、分戶燃氣采暖方式，水源熱泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工業余熱的形式；也有利用自來水的冬季要輔助加熱的方式。它們的耗能量見表1。
耗能量的比較 表1
表1的計算依據：
①.住宅建筑為北京市多層住宅，現有建筑耗熱量指標q?H為31.82W/m2，設計熱負荷指標 為q為43.82W/m2，節能建筑q?H為20.6W/m2，q為28.37W/m2。采暖全年需熱量：現有 建筑為95.46kwh/m2年，節能建筑為61.80kwh/m2年。
②.集中鍋爐房：現有供熱系統熱網輸配效率η?1為0.85，鍋爐效率η?2為0.55，節能供 熱系統η?1為0.9，η?2為0.68，
③.熱電廠供電標準煤耗為0.408Kg/kwh，供熱標準煤耗為40.7Kg/GJ。
④.水源熱泵采暖COP=4.25。
從表1可知，水源熱泵采暖方式全年耗能量均低于集中鍋爐房和熱電廠，節能效益比較明顯 。
利用井水、江、河水或工業余熱為熱源的水源熱泵的節能性十分明顯，當水源熱泵的能效系 數4.0時，與熱電聯產供熱方式比，采暖的節能性率約為40%。 當采用輔助加熱熱源時，水源熱泵的節能性是有條件的，主要的影響因素是：水源熱泵的能 效系數；輔助熱源的加熱容量。
①.水源熱泵能效系數的影響(見表2)
制熱容量為4KW時的能耗* 表2
/
COP=4
COP=4.5
節能率(%)
輔助加熱量耗能(kg標煤)
3×860/7000×0.9=0.409
3×860/700 0×0.9=0.409
/
壓縮機耗能(kg標煤)
1×0.408=0.408
0.88×0.408=0.363
/
合計
0.817
0.771
5.6
*輔助加熱容量為總供熱量的75%。
從表2可知，COP從4提高到4.5后，節能率約為5.6%，相當于減少加熱容量0.3296KW，即約相 當于減少熱負荷10%。
②.輔助加熱器加熱容量的影響(見表3)
制熱容量為4KW時的能耗* 表3
/
輔助加熱容量/總供熱量0.75
輔助加熱容量/總供熱量0.5
節能率(%)
輔助加熱量耗能(kg標煤)
0.409
2×860/7000×0.9=0.273
/
壓縮機耗能(kg標煤)
0.408
1×0.408=0.408
/
合計
0.817
0.681
16.6
*COP=4
從表3可知，當輔助加熱容量為總供熱量的比從0.75降到0.5時，節能率約為16.6%。
③.節能的條件
制熱容量為4KW的熱電聯產的能耗為：
(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh
由此可知：
當COP=4.0，輔助加熱容量為總供熱量的0.5時，與熱電聯產供熱方式比，它的節能率 約為2%。
當COP=4.5，輔助加熱容量為總供熱量的0.5時，與熱電聯產供熱方式比，水源熱泵的節能率
約為8%。
但當COP=4.0，輔助加熱容量為0.75總供熱量時，熱電聯產將比水源熱泵節能，節能效率約 為15%。當COP=4.5時，其節能率約為10%。
節能的主要因素如下： ①.水源熱泵機組直接安放在戶內，熱網輸配損失可忽略不計。
②.水源熱泵機組采暖能效系數COP大于4，部分負荷時，COP值仍很穩定。
③以井水，江、河、湖水及工業余熱的低溫熱作為熱泵熱源的水源熱泵系統，采暖耗熱量僅 為全年需熱量的1/4。
④.以自來水為熱源的冬季需加輔助熱源的水源熱泵系統，由于考慮壓縮機發熱量，住宅同 時使用系數及夜間調節溫度等措施后輔助加熱容量約為熱負荷的1/2～1/3，加熱量約為全年 需熱量的1/2～1/3。
二、水源熱泵系統的經濟性
經濟性指的是各種空調采暖方式的初投資、運行費和熱價。
目前國內外已采用的采暖空調聯供方案有：
①.熱電冷三聯供： 夏季，熱電廠抽汽+蒸汽吸收式制冷
冬季，熱電廠抽汽+汽水換熱器供熱
②.熱電冷三聯供： 夏季，熱電廠熱水+熱水吸收式制冷
冬季，熱電廠熱水+汽水換熱器供熱
③.直燃式冷熱水機組：夏季、冬季，直燃式冷熱水機組制冷、供熱
④.燃氣-蒸汽聯合循不
⑤.電制冷+燃氣(油)鍋爐采暖
⑥.電動水源熱泵。這類機組運行性能穩定，性能系數COP值較高，理論計算可達7，實際運 行時約為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，是一種節能 性好的冷熱源設備。
⑦.空氣源熱泵。冷熱源兼用，整體性好，安裝方便，可露天安裝，采用風冷，省卻了冷卻 塔及冷卻水系統，缺點是當室外溫度較低時，需增加輔助熱源。各種方案的投資和成本(不 包括戶內系統)見表4。
各方案的投資和成本比較* 表4
項目
熱電冷(蒸汽)
熱電冷(熱水)
直燃式
電制冷鍋爐供熱
集中式電動水源熱泵
分體式空氣源熱泵
燃氣-蒸汽聯合循環
投資(萬元/KW)
0.197/0.223(含源網)
0.275/0.302(含源網)
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
*為《住宅區三聯供系統的研究》中提供的數據，成本為年運行成本。
下面以興降礦十八層單身職工宿舍為例，說明水源熱泵采暖空調聯供方案的經濟性。
十八層單身宿舍建筑形狀為Y形，總采暖空調建筑面積為9564m2，2～18層為標準層，標準 層面積為562.6m2，設計冷熱負荷為573.84KW。表5為采暖空調聯供方案，表6為各方案初 投資的比，表7為各方案運行費的比較，表8為各方案的綜合比較。
采暖空調方案 表5
序號
方案
采暖空調方式
備 注
方案1
以地下水為冷熱源水源熱 泵(水-空氣)
冬天：熱泵產生熱風送至戶內夏天：熱泵產生冷風送至戶內
每戶設 熱泵一臺將風送至各房間
方案2
以地下水為冷熱源水源熱泵(水-水)
冬天：熱泵產生熱水送至風機盤管 夏天：熱泵產生冷水送至風機盤管
熱(冷)源集中、每戶設風機盤管
方案3
電制冷+熱電廠采暖
冬天：熱電廠蒸氣+汽水換熱器夏天：中央空調 機送冷水至風機盤管
熱(冷)源集中、每戶設風機盤管
對比方案
分體空調+鍋爐房采暖
冬天：鍋爐房(熱電廠)供熱，戶內 散熱器 夏天：每戶安裝分體空調機
熱源集中、冷源分散空調品質較差
各方案初投資的比較 表6
方案1(進口)
方案2
方案3
對比方案
進口
國產
初投資*(萬元)
237.4
305.8
238.2
236.6
267.15
單位建筑面積投資(元/m2)
248
319.7
249.1
247.4
279
*計算時包括安裝費15%，運行調試費5%，稅及管理5%，設計費2%和利潤10%。
各方案運行費的比較(元/m2) 表7
方案1
方案2
方案3
對比方案
采暖
空調
采暖
空調
采暖
空調
采暖
空調
不考慮同時使用系數，熱回收系數
19.25
19.25
9.5
6.2
9.5
7.2
合計
19.25
19.25
15.7
16.7
考慮修正系數
10.78
10.78
9.5
4.34
9.5
7.2
合計
10.78
10.78
13.84
16.7
〖BG)F〗 興隆礦地處兗州市，根據兗州市氣象資料，該地區冬季采暖期天數106天，延時小時數2 544小時，最大負荷小時數2544*(20-0.4)/［20-(17)］=1847小時。夏季空調期天數90天， 延時小時數2160小時，根據濟南、淄博三聯供實際測試資料，取夏季最大負荷小時數為720 小時。則單位建筑面積，采暖期需供熱量60W/m2*1847=110.5kwh,空調期需冷量60W/m2* 720=43.2kwh。
各方案綜合比較 表8
方案
單位供熱(冷)量能耗(kg標煤/kwh)
單位供熱(冷)量系統投資(萬 元/KW)
單位供熱(冷)量設備全年運行費(元/kwh)
方案1
0.057
0.414(進口)
0.07
方案2
0.057
0.533(進口)/0.415(國產)
0.07
方案3
0.133
0.412
0.12
對比方案
0.148
0.465
0.11
從表6、表7、表8的對比可知，興隆礦實施采暖空調，以方案1為佳。
前面提到的方案1水源熱泵(水-空氣)，方案2水源熱泵(水-水)在技術與經濟上都是可采用的 方案。但方案2中大型水源熱泵是一種集中冷(熱)源的方式，目前，國內尚無大型水源熱泵 廠家，進口設備較貴，而國產水源熱泵系列不全，單臺容量較小，只有將多臺設備集中放置 在機房時，才能形成集中冷(熱)源形式，投資較大，安裝運行維護不便。
無論是從單位供熱(冷)量所需能耗，還是從投資和運行費上看方案1都具有明顯的優越性。 其中進口熱泵機組的價格與方案2中國產設備的投資相近，但比方案2進口設備價格低得多， 且不要另建機房。因此，十八層樓單身宿舍擬采用方案1為實施方案。
水源熱泵采暖空調聯供方案投資偏低的主要原因：
①.不設專用機房。中央空調的機房面積(包括空調裝置、電氣及其它)約為空調建筑面積的5 ～8%，其中空調裝置約占4～5%，以10層建筑物為例，其中機房約占一層。水源熱泵將空調 裝置分散設在每戶，不僅減少了機房的建設費用，在寸土寸金的地區，增加的辦公面積，營 業面積的作用就更大了。
②.封閉水管不要保溫，對豎井沒有特殊要求。中央空調系統的豎井占有較多建筑物的有效 面積，全空氣系統的豎井面積更大。豎井布置的是否恰當，不僅會影響空調系統的效率，而 且對空調的投資有較大的影響。
③.不占有房間的有效面積，中央空調系統的戶內裝置風機盤管有時放置在窗戶下，對住宅 的影響較大。
水源熱泵聯供方案運行費偏低的原因：
①.水源熱泵采暖運行時，約占總供熱量3/4的吸收熱來自井水，江、河的低溫熱或工業余熱 ；空調運行時，約為總制冷量1.2倍的總散熱量由低溫熱或工業余熱分攤，因此，較多地降 低了采暖、空調系統的運行費。
②.水源熱泵機組直接設置在用戶房間內，減少了輸配損失。
③.水源熱泵機組能效系數較高，且性能系數的穩定性較好。
④.水源熱泵系統具有熱回收性能。當同一建筑中有的房間需供熱，有的房間需空調時，往 往無需冷卻及輔助加熱。
三、水源熱泵系統的可靠性
采暖、空調系統運行的可靠性指的是系統穩定性好，調節靈活。所謂穩定性好指 的 是采暖空調房間的溫度、濕度、氣流速度等熱舒適性參數不受外界的影響，保持在設計范圍 內，即當系統的某一部分發生事故，或某用戶的設備發生故障時，對另外的房間沒有影響或 影響較少。水源熱泵系統的熱泵機組設置在每個房間內，當某一臺發生故障后，只要將聯接 該設備的供、回水閥關斷，就不會對相鄰用戶產生任何影響。所以說，水源熱泵的穩定性非 常好。
水源熱泵的溫度自控裝置組合在熱泵機組中，無需另設控制中心或控制室，用戶根據自己的 愿望，可靈活地控制室溫和風機轉速。這種方式不僅適合于公共建筑，對不同年齡、不同職 業和不同生活要求居住的住宅建筑來說，這就顯得更為重要了。
除此之外，水源熱泵系統便于進行熱計量，物業公司根據用戶的耗電量就可向用戶收費，是 解決當前采暖、空調收費難的一項重要舉措。
四、設計是水源熱泵實現可靠性、經濟性、節能性的保證條件之一。
水源熱泵機組為水源熱泵空調采暖系統創造了關鍵性的條件，沒有這種機組，就不 存在這種系統。但機組運行的好壞與源、網、機組的系統組合方式密節相關。即與系統的設 計密切相關。
水源熱泵采暖空調系統設計的特點見表9
水源熱泵系統設計的特點表9
項目
水源熱泵
中央空調
水系統
水溫(℃) 15℃/35℃
空調7℃/12 ℃采暖60℃/50℃
水量(m3/h)流速(m3/s)每冷噸0.191/s0.684m3/hV≯0.83m /sG≮1GPM=0.0631/s
空調制冷量/5℃ 采暖 制熱量/10℃
風系統)
風量(l/s)送風溫差(△t)風速(m/s)每冷噸142～248l/s(高、中、低三檔)511～893m3/h=約10℃～15 ℃主干管2～3支干管2～2.5m/s
根據用戶要求、要求高、△t小、風量大。主干管3-4m/s、主干管2.5-3m/s
補助加熱量(KW)
按吸熱量計算、考慮同時使用系數 或夜間改變設計參數后，補助加熱量約為設計熱負荷1/2～1/3
按設計熱負荷計算
冷卻塔
按總散熱量的0.6～0.8選擇冷卻塔
按總散熱量計算
自動控制
熱泵專用控制；恒溫調節器、自動轉換開關、水溫控制器、機 組安全控制、風速三檔控制
戶內：風機盤管三速控制中央控制室溫度、壓力、流量的 控制
運行參數* 表10
參數
空調運行
采暖運行
最低 標準 最高 最低 標準 最高運行
進風
干球 溫球
21 14
24 18
29 26
13 -
20 -
21 -
水
進水 出水
7 12
33 38
59 54
-4*2?-6*2
18 14
29 26
極限
進風
干球 溫球
18 12
- -
35 26
5 -
- -
27 -
水
進水 出水
7 12
- -
49 54
- 4*2?-6*2
? - -
29*3?26*3?
〖BG)F〗
注：[WB]*1機組的送風量為每冷噸0.16m3/s，水流量為每冷噸0.16升/s至0.19升/s。
[DW]*2此時為乙稀乙二醇溶液。
[DW]*3短時間內可以為35/28℃。
水源熱泵系統設計時要注意以下幾個問題。
①.水源熱泵機組的容量不要過大。中央空調冷熱源設備選型時，設備制冷(熱)量約為設計 冷( 熱)負荷的1.05～1.10。水源熱泵機組選型時，應盡量接近設計冷(熱)負荷。若機組偏大時 ，運行時間短，啟動頻繁。機組容量合適，運行時間長，有利于除濕。
②.封閉水系統水溫的選擇，夏季要求水溫低些，目的是提高能效，降低耗電功率。冬季水 溫不要太高，因為水溫高時，雖然制冷量高了，但耗電功率也高了，能效系數變化不大。
③.設計時要考慮采暖空調對象建筑物的同時使用系數。同時使用系數的取值與建筑物類型 有關，與建筑物的數量有關，需通過理論計算和實測確定。《住宅建筑空調負荷計算中同時 使用系數的確定》列出數據是：當住戶〈100戶時，該系數為0.7；當戶數為100～150戶時， 為0.65～0.7；當戶數為150～200戶時為0.6。
五、結束語
從以上分析可知，水源熱泵系統是一種可靠、經濟、節能的采暖方式。不僅如此， 由于它使用清潔能源，由于它節能效果明顯，節能就是環保，在電力已進入買方市場的條件 下，在人民生活條件迅速改善的條件下，水源熱泵無疑將是一種受大家歡迎的采暖空調方式 。
主要參考資料
［1］李先瑞、郎四維住宅采暖、空調方式的控討1999
［2］中國工程院兗州興隆礦采暖空調聯供方案可行性分析報告1999
［3］北京愛華冷氣公司美國怡風水源熱泵機組1999
［4］張蓓紅、蔡龍俊住宅建筑空調負荷計算中同時使用系數的確定
建筑熱能通風空調1999.1
