水源热泵在水厂中的应用

安德重

【摘要】近些年，水源热泵在水厂中的应用不断增加，水源热泵在水厂中的应用主要是利用水厂自身充足稳定的水资源作为热泵系统运作的低位热源，水源热泵在水厂中的应用可为水厂周边地区提供生活热水，对于居民生活的热能供应具有重要作用。本文以此为出发点，首先分析了水源热泵系统的构成及工作原理，在此基础上总结了水源热泵的系统特点，包括应用优点与限制条件；最后概况了水源热泵在水厂中的应用可行性，包括有利条件、热交换点的合理选择以及供水厂水温的影响。

【关键词】水源热泵；水厂；可行性

水源热泵属于一种利用可再生能源的创新技术，目前已经在建筑节能多个领域广泛应用，目前在我国应用发展也超过了10年历史。水源热泵的应用需要地理条件与水温条件均符合要求，可以发现显著的经济和社会效益。自来水厂的水资源丰富，为应用水源热泵提供了良好的能源条件，综合利用和开发水源热泵在水厂中的应用具有重要实践应用意义和价值。

一、水源热泵系统的构成及工作原理

水源热泵是当前供热与水厂运作当中的重要基础部件，该系统的构成主要包括三个方面，即中央空调主机系统、水源水系统以及末端系统。整个装置的末端系统作用在于为用户提供诸多的水处理实践功能，比如包括循环水泵、静电水处理器以及侧水管系统等等，而中央空调主机系统的构成则相对而言具有更高的复杂性，主要装置包括压缩机、冷凝器、制冷管道配件、蒸发器以及膨胀阀等等，水源水系统则主要由取水装置所构成，包括水处理设施、阀门以及取水泵等。具体的工作原理是，在供热过程中，以基本水源为主，通过水源提取使之流经低品位热能装置，而后经过电能驱动将水源通过中央泵输送到高温热源系统中，从而实现对水源的加热以达到对用户的供热标准。而对于有供冷需求的客户端，该装置的工作原理则与之相反。在实际应用当中，制冷的工况实现主要依靠阀门的切换，冷凝器和蒸发器作用的发挥能够分别满足于制冷和制热不同工况。

二、水源热泵系统的特点

（一）优点

水源热泵的一机多用具有突出优势，可以供暖、供冷提供日常生活所需的热水，仅此也节省了安置传统锅炉供热系统的空间，不仅节省资金和空间，同时水源热泵也具有寿命长的机组特点，可使用长达20-25年以上；与此同时，水源热泵机组紧凑，可以有效节省空间，可以有效降低运行和维护费用，自动化控制程度较高。除此之外，水源热泵系统可以利用热泵循环提升环境空气温度，可以有效提升能效比；夏季利用水体温度与环境温度的差值可以有效制冷，效果比风冷和冷却塔系统效果更佳。

（二）限制条件

從水源条件角度分析，水源热泵在不同的水源环境下的应用资源成本存在差异，因此需要从地区水源资源状况判断能够使用水源热泵。目前，闭合系统水源热泵应用成本相对较高，开放式的水源热泵需要水源温度、水量和清洁度都符合标准要求，水源条件一定程度上限制了系统推广。

从经济性角度分析，不同地区和不同用户在不同时期的国家政策影响和燃料价格波动影响下都会导致水源条件差异出现；不同的用户条件会导致投资和运行维护效果存在差异。总体分析，不同的地区需求下，水源热泵整体投资差异较多，无法保证全面的低成本优势。

三、水源热泵在水厂中的应用可行性分析

（一）有利条件

水源热泵系统应用于水厂的最突出有利条件在于水厂的水源稳定而充足；水厂水源来自于江河、水库等大面积的自然水源，水温条件适宜；冬季可以保证原水水温高于冰点，夏季水温可以保持较低水平。由于原水水量充足，因此在水源处理加工过程中可以减少空气接触时长，有效保证了水温的稳定，水温波动较小的情况下利用水源热泵更加有利和便捷，满足了水源热泵系统水温恒定和环境稳定的要求。

（二）热交换点的合理选择

从水厂的加工工艺流程角度分析，水源热泵应该避免从中间环节取水，而是应该选择原水入口取水，避免对水体处理产生影响，造成水流量不稳定。在原水入口处取水也应该避免采取开式系统，需要保持机组卫生，防止杂质腐蚀，延长机组使用寿命。热交换环节如果选择在清水池中操作可能会由于换热效率高导致净水被污染，如果采取闭合系统布置清水池热交换，也同样无法避免净水污染问题。

（三）供水厂水温的影响

供水厂的整体水量较大，水源热泵系统应用于水厂周围的空调系统仅能满足水厂自身及周边小范围内的空调系统。如果采用直接电加热作为机组运行的辅助电源，虽然可以节约投资，但是整体运行费用过高。如果采用太阳能热水系统，虽然节省了能源费用输出，但是供热系统本身费用较高，低温阴雨天太阳能供热无法发挥作用。水源热泵系统在水厂中的应用需要选择空气源热泵作为辅助热源。

四、总结

综上所述，充分利用水厂的充足、清洁水资源结合水源热泵系统是为厂区及周边民居提供供热和供冷以及生活热水的有效方法，不仅投资费用较低，同时运行维护操作简单，高效便捷，符合节能环保的发展需要。通过研究和分析水源热泵的原理及过程可以综合考虑水质情况以及水温情况对机组工作的影响，全面分析其应用可行性以及有待解决的问题，具有重要工程应用借鉴和参考价值。

参考文献：

[1]孙天宇，王庆阳，张健，任建兴. 水温水量对水源热泵制热性能的影响[J]. 热力发电，2014，43（10）：8-11.

[2]李秀辰，母刚，张国琛，孙彩玲，张野，王耀华. 海水源热泵在养殖水体升温与废水余热回收中的应用效果[J]. 农业工程学报，2014，30（03）：142-148.

[3]马一太，刘春涛，田华，袁秋霞，赵丽. 提高水源热泵机组效率的技术条件分析[J]. 太阳能学报，2012，33（01）：30-36.

[4]许苗娟，姜媛，谢振华，王新娟. 基于层次分析法的北京市平原区水源热泵适宜性分区研究[J]. 城市地质，2009，4（01）：18-21+10.

[5]陈晓，张国强，彭建国，林宣军，林汉柱. 开式地表水源热泵在湖南某人工湖的应用研究[J]. 制冷学报，2006，（03）：10-13.