水地源、空气能热泵应用及热泵技术分析

    3、主要问题及应用现状

    蒸气压缩式热泵是目前商业化应用最为广泛的一种热泵。主要以空气、水或大地作为低温热源。

    3.1空气源热泵（AirSourceHeatPump）

    以空气作为热源的热泵称为空气源热泵或气源热泵（AirSourceHeatPump，ASHP）。通常制作成能够供冷、供热的两用循环系统。

    ASHP需要依据给定的气候条件来设计，使其容量及效率在较宽的环境温度范围内达到保证。由此，需要在性能上解决这样一对矛盾，就是当需要供量最大时的空气源的温度最低，同时机组的容量及效率也最低。

    此外，ASHP机组需要充分考虑不同循环条件下，节流机构的参数选择以及室内外两个换热器之间的合理匹配问题。以机组生命周期内的总费用最低为目标，作者推荐了以空气处理参数作为ASHP系统室内外两个换热器之间的匹配的原则的方法。

    在确定机组的容量时，对于一般地区而言，由于空调负荷大于采暖负荷，因而，根据空调制冷负荷确定即可。对于寒冷地区用户，在一定的时间内，空调负荷可能不再大于采暖负荷。在这种条件下，可以根据情况采取两种处理方法：一是以极端供热负荷及其对应的环境条件与机组的运行条件确定机组容量；二是仍然以空调制冷负荷确定机组容量，在机组供热量不能满足供热的条件下，采取补充辅助加热措施。文献[7]推荐的确定起动辅助加热措施的条件是“热泵系统的运行效率约为1.5至2.0”时。

    对于冬冷夏热的湿热地区，需要考虑的另外一个问题就是ASHP机组室外侧换热器的结霜以及由此带来的一系列问题。一般认为，环境温度在-5~5℃区间，为易结霜区，需要特别关注。

    3.2水源热泵（WaterSourceHeatPump）

    以水作为热源的热泵称作为水源热泵（WaterSourceHeatPump，WSHP）。通常以海水、河水、湖水及井水作为低温热源。由于水的温度变化较小，水源热泵的性能通常要比ASHP的性能好而且稳定。目前，以污水处理场凉水池的水作为低温热源的热泵系统已经在实际工程中采用，而且经济性能良好。

    以海水、河水或湖水作为低温热的热泵，一方面受自然条件的制约，另一方面，需要在热泵系统中，采取水处理及防腐措施。

    目前，以井水作为低温热源的热泵系统，是水源热泵机组和系统研究及应用的热点。井水特别是深井水，全年温度基本稳定而且水质良好，是热泵系统比较理想的低温热源，在工程中采用较多。但是这种系统有可能存在回水困难、回水污染及破坏地下水生态资源等环境问题。从可持续发展的角度，这是一种不宜采用的方式。实际上，在许多国家地区，已有相应的法律，禁止采用地下水资源作为热泵系统的低温热源。

    3.3土壤热源热泵（SoilHeatPump）

    土壤热源热泵（SoilHeatPump，SHP）以大地作为其低温热源。通常是将制冷盘管理入地下，盘管与土壤进行热量交换，热泵系统自成封闭式系统。根据埋管的形式不同，这种系统又分为横埋和竖埋（又称为直埋）两种方式。

    SHP存在如下不足：

    ①造价昂贵，施工条件苛刻；

    ②可能泄漏，以引起土地污染；

    ③可能引起土地的大面积龟裂。

    在工程上，一个可以借鉴的做法是，把管长约100米、直径约15厘米的管子作为一组，埋入地下。并通过一组小的内套管将水送到大管子的底部。

    3.4太阳能热泵（SolarHeatPump）

    太阳能热泵（SolarHeatPump）以太阳能集热器作为热泵系统的低温温度。图3是一种方案的太阳能热泵系统流程示意。这是一种能够从更低温度的环境中有效吸取热量的系统。在系统做热泵运行时，储水槽中的水作为系统的低温热源。如果储水槽容量设计合理的话，即使水温降低到5℃时，仍然可以有效使用，而且，由于水温较低，使得太阳能集热器能够在较低的温度下工作，从而增加了它的热吸收率。

    太阳能热泵的不足在于它无法同时实现有效制冷循环而成为实际上的单用系统。

    此外，如果太阳能热泵同时提供生活用热水的话，需要考虑两个系统的分配与转换问题。同时，在高纬度地区使用时，存在生活用水温度太高的可能性，为此，在系统中必须考虑采取防高温水灼伤等措施。