【摘要】本文以实例分析的方法对水源热泵系统的设计和经济性进行分析，以供参考和借鉴。
【关键词】水源热泵；设计；经济性
中图分类号：S611文献标识码： A
一、前言
水源热泵技术是当前世界上较为先进的供热技术，它以其特点在城市中得到了广泛应用。本文将围绕水源热泵系统的设计和经济评价进行分析。
二、某地区水源热泵应用设计实例
1、水源热泵系统的特点
本次案例以重点探索适宜该地区可再生能源，提高该地区能源结构中的可再生能源比例为目的，以水源热泵系统为主要实现手段。
（1）水源热泵是以消耗一定的电能为代价来回收低品位热量，是一种利用地下浅层地热资源(也成地能，包括地下水、土壤或地表水等)的即可供热又可制冷的高效节能空调装置。
（2）水源热泵的特点
①节水省地:以土壤为载体，向其放出热或吸收热量，不消耗水资源，省去锅炉房及储油房等配套设施，机房面积小。
②灵活安全:可同时实现供热、制冷不同功能要求，可设计成满足提供卫生热水的功能要求、机组可灵活安置在任何地方，无锅炉、储油罐等卫生及安全隐患。
③维护简单:操作简单，易于管理，故障率少。维护工作方便简单，维护费用低。
④运行费用低:与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90%一98%的电能或70%一90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量;由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10-25℃，其制冷、制热系数可达3.5一4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50%一60%。
2、水源热泵的原理:
如图1，夏季在冷凝器一侧，设备与深井低温水换热后将冷水送入冷凝器，从进水口1进入，与高温高压的氟里昂进行热交换，降低氟里昂的温度，温度升高的水从冷凝器出水口1回灌至地下，完成一次冷却循环。蒸发器一侧，用户端循环水进人蒸发器，从进水口2进入，蒸发器中氟里昂吸热，使循环水温度降低(按国家标准一般降至7})，冷冻水经过水泵送至用户端，达到制冷的效果。
图1 热泵机组制冷图
如图2，为冬季冷凝器一侧，通过外管路切换，用户端,环水进入冷凝器，从进水口1进入，与高温高压的氟里昂进行热交换，降低氟里昂的温度，得到，热量后用户端管路水温度升高拱(一般在40-60℃之间)再经过水泵送至用户端，给建筑物供暖。蒸发器一侧，与深井低温水换热后.的冷水进入蒸发器，从进水口2进入，发带走水中的热量，使井水温度降低(一般可以降至7℃)，然后从出水口2回灌至地下，完成一次取热循环。
图2氟里昂蒸热泵机组制热原理图
通过以上的论述可见，水源热泵系统利用的是“冬暖夏凉”的地热资源，具有稳定性好，一机两用且没有冷却塔，换热部分为不占用宝贵的土地资源，没有废气排放，机房无需专属空间等优点。而且，我国十二五规划中明确提出在建筑中要积极发展水源热泵系统，鼓励在适宜的地区优先采用水源热泵供暖，并在政策上给予倾斜，这使得地源热泵的实践推广具有更加广阔的前景。
三、水源热泵系统的经济性评价
1、水源热泵与常规采暖方式的对比
（1）与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70.90%的燃料能转化为热量，供用户使用。因此水源热泵要比电锅炉采暖节省一倍以上的电能，比燃油锅炉节省1/2以上的能量;
（2）与风冷热泵系统相比，风冷热泵系统能效比较低，在制冷时基本上在1.3左右，制热时机组的效率衰减的比较厉害，尤其在0℃以下，机组效率大幅度衰减，从而增加机组的运行费用;
（3）而水(地)源热泵系统因为热、源温度全年较为稳定，一般为15℃，其制热系统可达4，制冷系统可达5.3，所以我们将其称为节能型空调系统在本188金宝博平台中采用水源热泵中央空调系统，达到一机三用的效果，避免了采用燃气、燃油所带来的负面影响，如:消防、管道泄漏等问题;天燃气价上涨、收取环境保护费的远虑;不会受到城市管网的限制;满足了国家节能环保的理念。
2、经济性分析
某市生活基地水源热泵188金宝博平台总建筑面积160×10m2，为本市水源热泵技术示范项目。该188金宝博平台分为南、北2个区域，于2012年9月竣工。北区总建筑面积为70507m2，冬季设计热负荷为3264.47kW。共选用2台双机头螺杆式水源热泵机组，设计工况下单台热泵机组制热量为1678kW，输入功率453kW，供热系数3.7。园区内共建有33口水源井，11口井用于取水，设计出水量414t/h；22口井用于回灌，回灌量414t/h。冬季额定热负荷条件下，采用2台热网循环水泵＋11台深井泵运行。南区总建筑面积110507m2，冬季设计热负荷为5116.47kW。共选用3台双机头螺杆式水源热泵机组，设计工况下单台热泵机组制热量为1678kW，输入功率453kW，供热系数3.7。园区内共建有43口水源井，13口井用于取水，设计出水量621t/h；30口井用于回灌，回灌量621t/h。冬季额定热负荷条件下，采用3台热网循环水泵＋13台深井泵运行。
（1）水源热泵188金宝博平台初投资
水源热泵供热188金宝博平台中采暖与生活热水负荷之比为5.39∶1，按此划分出呼和浩特市生活水源热泵188金宝博平台采暖部分初投资，北、南区总采暖面积（即建筑面积181014m2，城市供热入网费按80元/m2计算，则总入网费1448.1万元。
水源热泵供热188金宝博平台建设单位初投资为1320.87万元，小于城市供热入网费1448.1万元（不包括用户二次热网建设费用）。
（2）水源热泵运行费用
①水源热泵运行耗电费用
根据该市供暖运行经验，冬季供暖时间共计180d，折算供热天数为115d。根据住宅的使用特点，系统每天运行24h，日调节系数为0.65。设备用电电价分别按非普工业用电价0.62元/kWh和居民用电价0.43元/kWh计算，则南、北区年运行耗电总费用为300.9万元或208.7万元。
②洗井费用
原有76口井，需要新增22口井，共计98口井。按每口井每年洗井1次、每次洗井费用2000元计算，每年洗井总费用19.6万元。
③设备维护及人工费
参照调研其他188金宝博平台机房人员配置情况，每个机房配备2名运行管理人员，每年人员工资总数按20万元计，设备维护费按10万元计，该项费用共计30万元。
④水源热泵运行总费用
水源热泵运行总费用为以上各项费用之和，即350.5万元（非普工业用电价）或258.3万元（居民用电价）。
（3）城市供热取暖费
目前，该市居民取暖费为3.68元（/m2·月），生活基地总采暖面积181014m2，则总取暖费用为399.7万元。水源热泵运行总费用无论按非普工业用电价，还是按居民用电价计算，均小于城市热网供暖费399.7万元。
3、存在的问题
该市生活水源热泵188金宝博平台北区在供热试运行期间，由于水源井存在回灌不畅现象，室内平均温度为15℃，未达到设计要求。南区水源热泵系统投运后，建筑物室内多数房间达到18℃以上，尚有少数房间温度达不到设计要求。
4、原因分析
（1）综合热指标
根据国家现行节能规定，该市生活水源热泵188金宝博平台综合热指标应为40.2～45.8W/m2。南、北区设计综合热指标取46.3W/m2，取值基本合理。
（2）水源热泵系统参数
北区机房2台热泵机组制热量为3356kW，理论上可以满足北区供热要求。冬季设计工况下，2台机组运行，采暖供/回水温度为50℃/40℃，热网循环水量284m3/h；冬季设计水源供/回水温度为8℃/3℃，出水（回灌）量414m3/h（压缩机输入功率100%转化为制热量）。若压缩机输入功率75%转化为制热量，则出水（回灌）量应为453.1m3/h（压缩机输入功率转化率因设备不同有所区别。为了可靠供热，压缩机输入功率按75%的转换率转化为制热量是比较合适的。
南区3台热泵机组制热量为5034kW，勉强满足南区供热要求。冬季设计工况下，3台机组运行，采暖供/回水温度为50℃/40℃，循环水量为426m3/h。冬季设计水源供/回水温度为8℃/3℃，出水（回灌）量为621m3/h（压缩机输入功率100%转化为制热量）。若按压缩机输入功率75%转化为制热量，则出水（回灌）量应为679.7m3/h。从上述分析可以看出，原设计出水（回灌）量偏小，相应热量相差约10％。
（3）水源井
该市生活水源热泵188金宝博平台某年冬季供暖运行记录如下：室外最低气温-17～-3℃，采暖供水温度36～47℃，回水温度29～36℃；取水井出水温度为8.5～6.0℃，回水温度为4.4～2.2℃。运行参数与设计参数基本吻合。
分别对北区和南区水源井进行回灌测试，测试结果可以看出，单井平均出水量与设计值接近，回灌量与设计值相差很大，特别是北区回灌量只达到设计值的一半。从上述分析可以看出，由于出水（回灌）量大大低于设计值，所以地下水提供的热量不能满足供热要求。
四、结束语
随着城镇化进程的加快，人们对生活质量要求越来越高。水源热泵能够有效降低对能源的消耗，为人们提供优质的生活环境，带来一定的经济效益，随着该项技术的不断发展，必将具有更加广泛的发展空间。
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