水源熱泵在水廠中的應用

安德重

【摘要】近些年，水源熱泵在水廠中的應用不斷增加，水源熱泵在水廠中的應用主要是利用水廠自身充足穩定的水資源作為熱泵系統運作的低位熱源，水源熱泵在水廠中的應用可為水廠周邊地區提供生活熱水，對于居民生活的熱能供應具有重要作用。本文以此為出發點，首先分析了水源熱泵系統的構成及工作原理，在此基礎上總結了水源熱泵的系統特點，包括應用優點與限制條件；最后概況了水源熱泵在水廠中的應用可行性，包括有利條件、熱交換點的合理選擇以及供水廠水溫的影響。

【關鍵詞】水源熱泵；水廠；可行性

水源熱泵屬于一種利用可再生能源的創新技術，目前已經在建筑節能多個領域廣泛應用，目前在我國應用發展也超過了10年歷史。水源熱泵的應用需要地理條件與水溫條件均符合要求，可以發現顯著的經濟和社會效益。自來水廠的水資源豐富，為應用水源熱泵提供了良好的能源條件，綜合利用和開發水源熱泵在水廠中的應用具有重要實踐應用意義和價值。

一、水源熱泵系統的構成及工作原理

水源熱泵是當前供熱與水廠運作當中的重要基礎部件，該系統的構成主要包括三個方面，即中央空調主機系統、水源水系統以及末端系統。整個裝置的末端系統作用在于為用戶提供諸多的水處理實踐功能，比如包括循環水泵、靜電水處理器以及側水管系統等等，而中央空調主機系統的構成則相對而言具有更高的復雜性，主要裝置包括壓縮機、冷凝器、制冷管道配件、蒸發器以及膨脹閥等等，水源水系統則主要由取水裝置所構成，包括水處理設施、閥門以及取水泵等。具體的工作原理是，在供熱過程中，以基本水源為主，通過水源提取使之流經低品位熱能裝置，而后經過電能驅動將水源通過中央泵輸送到高溫熱源系統中，從而實現對水源的加熱以達到對用戶的供熱標準。而對于有供冷需求的客戶端，該裝置的工作原理則與之相反。在實際應用當中，制冷的工況實現主要依靠閥門的切換，冷凝器和蒸發器作用的發揮能夠分別滿足于制冷和制熱不同工況。

二、水源熱泵系統的特點

（一）優點

水源熱泵的一機多用具有突出優勢，可以供暖、供冷提供日常生活所需的熱水，僅此也節省了安置傳統鍋爐供熱系統的空間，不僅節省資金和空間，同時水源熱泵也具有壽命長的機組特點，可使用長達20-25年以上；與此同時，水源熱泵機組緊湊，可以有效節省空間，可以有效降低運行和維護費用，自動化控制程度較高。除此之外，水源熱泵系統可以利用熱泵循環提升環境空氣溫度，可以有效提升能效比；夏季利用水體溫度與環境溫度的差值可以有效制冷，效果比風冷和冷卻塔系統效果更佳。

（二）限制條件

從水源條件角度分析，水源熱泵在不同的水源環境下的應用資源成本存在差異，因此需要從地區水源資源狀況判斷能夠使用水源熱泵。目前，閉合系統水源熱泵應用成本相對較高，開放式的水源熱泵需要水源溫度、水量和清潔度都符合標準要求，水源條件一定程度上限制了系統推廣。

從經濟性角度分析，不同地區和不同用戶在不同時期的國家政策影響和燃料價格波動影響下都會導致水源條件差異出現；不同的用戶條件會導致投資和運行維護效果存在差異。總體分析，不同的地區需求下，水源熱泵整體投資差異較多，無法保證全面的低成本優勢。

三、水源熱泵在水廠中的應用可行性分析

（一）有利條件

水源熱泵系統應用于水廠的最突出有利條件在于水廠的水源穩定而充足；水廠水源來自于江河、水庫等大面積的自然水源，水溫條件適宜；冬季可以保證原水水溫高于冰點，夏季水溫可以保持較低水平。由于原水水量充足，因此在水源處理加工過程中可以減少空氣接觸時長，有效保證了水溫的穩定，水溫波動較小的情況下利用水源熱泵更加有利和便捷，滿足了水源熱泵系統水溫恒定和環境穩定的要求。

（二）熱交換點的合理選擇

從水廠的加工工藝流程角度分析，水源熱泵應該避免從中間環節取水，而是應該選擇原水入口取水，避免對水體處理產生影響，造成水流量不穩定。在原水入口處取水也應該避免采取開式系統，需要保持機組衛生，防止雜質腐蝕，延長機組使用壽命。熱交換環節如果選擇在清水池中操作可能會由于換熱效率高導致凈水被污染，如果采取閉合系統布置清水池熱交換，也同樣無法避免凈水污染問題。

（三）供水廠水溫的影響

供水廠的整體水量較大，水源熱泵系統應用于水廠周圍的空調系統僅能滿足水廠自身及周邊小范圍內的空調系統。如果采用直接電加熱作為機組運行的輔助電源，雖然可以節約投資，但是整體運行費用過高。如果采用太陽能熱水系統，雖然節省了能源費用輸出，但是供熱系統本身費用較高，低溫陰雨天太陽能供熱無法發揮作用。水源熱泵系統在水廠中的應用需要選擇空氣源熱泵作為輔助熱源。

四、總結

綜上所述，充分利用水廠的充足、清潔水資源結合水源熱泵系統是為廠區及周邊民居提供供熱和供冷以及生活熱水的有效方法，不僅投資費用較低，同時運行維護操作簡單，高效便捷，符合節能環保的發展需要。通過研究和分析水源熱泵的原理及過程可以綜合考慮水質情況以及水溫情況對機組工作的影響，全面分析其應用可行性以及有待解決的問題，具有重要工程應用借鑒和參考價值。

參考文獻：

[1]孫天宇，王慶陽，張健，任建興. 水溫水量對水源熱泵制熱性能的影響[J]. 熱力發電，2014，43（10）：8-11.

[2]李秀辰，母剛，張國琛，孫彩玲，張野，王耀華. 海水源熱泵在養殖水體升溫與廢水余熱回收中的應用效果[J]. 農業工程學報，2014，30（03）：142-148.

[3]馬一太，劉春濤，田華，袁秋霞，趙麗. 提高水源熱泵機組效率的技術條件分析[J]. 太陽能學報，2012，33（01）：30-36.

[4]許苗娟，姜媛，謝振華，王新娟. 基于層次分析法的北京市平原區水源熱泵適宜性分區研究[J]. 城市地質，2009，4（01）：18-21+10.

[5]陳曉，張國強，彭建國，林宣軍，林漢柱. 開式地表水源熱泵在湖南某人工湖的應用研究[J]. 制冷學報，2006，（03）：10-13.