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    0　引言

    當(dāng)今社會(huì)環(huán)境污染與能源危機(jī)已成為全人類必須面對(duì)并要加以解決的重大課題，在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應(yīng)的供暖空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而水源熱泵技術(shù)正是滿足這些要求的比較有代表性的低耗能新型供暖空調(diào)技術(shù)。

    1　水源熱泵技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

   水源熱泵系統(tǒng)（WLHPS：Water Loop source Heat Pump System）國(guó)外又習(xí)慣稱作閉式環(huán)路水源熱泵系統(tǒng)。60年代開(kāi)始在美國(guó)提出之后，經(jīng)過(guò)30年不斷改進(jìn)和發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，其產(chǎn)品已逐漸商品化，迄今已經(jīng)在北美建筑中應(yīng)用了40多年[1]。進(jìn)入70年代后，這項(xiàng)技術(shù)在日本的推廣應(yīng)用很快。東芝、三菱電機(jī)、PMAC公司均有水源熱泵產(chǎn)品出售，東京、名古屋、橫濱等城市在70年代初就有很多采用閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工程實(shí)例[2]，例如，東京鐮倉(cāng)河岸大廈、平和東京大廈、名古屋大廈、新日建大廈等。自80年代以來(lái)，我國(guó)采用水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的建筑也逐年增多。目前，在深圳，上海，北京以及一些中小城市均有工程實(shí)例，例如，北京天安大廈、上海錦江第四號(hào)樓、西安建國(guó)飯店、青島華僑飯店。深圳同貿(mào)大廈、惠州大酒店、泉州大酒店等均采用了閉式環(huán)路水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)。特別是2008年奧運(yùn)會(huì)將在北京舉行，為辦好本屆奧運(yùn)會(huì)，北京市主管部門和科研部門全力合作，利用得天獨(dú)厚的地?zé)釛l件，充分發(fā)揮地?zé)釡厝那鍧嵞茉磧?yōu)勢(shì)和保健作用，相繼將一些先進(jìn)的技術(shù)，如地?zé)嵛菜毓唷⑺礋岜玫葢?yīng)用到地?zé)峁┡到y(tǒng)上，同時(shí)水源熱泵式中央空調(diào)已成為2008年北京奧運(yùn)會(huì)指定選用的空調(diào)型式。水源熱泵在我國(guó)的推廣應(yīng)用前景極其廣闊。

    2　水源熱泵技術(shù)的優(yōu)越性

   水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種可以利用地球表面淺層水源（如地下水、河流和湖泊），和人工再生水源（工業(yè)廢水、中水、地?zé)嵛菜龋┑募瓤晒嵊挚芍评涞母咝Ч?jié)能空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位熱能的轉(zhuǎn)移。將水體和地層蓄能作為冬、夏季的供暖熱源和空調(diào)冷源，即在冬季，把水體或地層中的熱量“取”出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量“取”出來(lái)，釋放到水體和地層中去。

   水源熱泵只取水中的熱或冷而不消耗水，并且基本作到水體或地層蓄能的年平均能量平衡，不會(huì)造成任何污染。通常水源熱泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。而鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%~90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶使用，因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省二分之一以上的能量。因此，近十幾年來(lái)，尤其是近五年來(lái)，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北美如美國(guó)、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國(guó)家取得了較快的發(fā)展，中國(guó)的水源熱泵市場(chǎng)也日趨活躍，可以預(yù)計(jì)，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。

   對(duì)于水源熱泵的節(jié)能及運(yùn)行效果，已有一些文章作了介紹，但它們通常只是對(duì)這種系統(tǒng)運(yùn)行能耗的靜態(tài)分析。本文結(jié)合一個(gè)正在運(yùn)行的工程實(shí)例，用實(shí)際數(shù)字對(duì)水源熱泵的節(jié)能及運(yùn)行效果作進(jìn)一步探討。

    3　新舊系統(tǒng)對(duì)比分析

   2002～2003年采暖期中，在勝利油田管理局和有關(guān)部門的支持下，濱南社區(qū)華濱物業(yè)管理公司海濱小區(qū)使用康特姆水源熱泵替代采暖鍋爐，2002年12月建成投產(chǎn)，現(xiàn)運(yùn)行情況良好。

    3.1　工程相關(guān)背景及項(xiàng)目介紹

   近年來(lái)，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，社會(huì)文明程度的不斷進(jìn)步，人們的環(huán)保責(zé)任意識(shí)不斷加強(qiáng)。對(duì)采暖行業(yè)而言，人們不但需要高質(zhì)量的供暖，同時(shí)還對(duì)該行業(yè)在環(huán)保、節(jié)能和安全文明生產(chǎn)方面提出了更高的要求。社會(huì)的要求使得各種使用清潔能源的安全高效的供暖技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。濱南社區(qū)華濱物業(yè)管理公司海濱小區(qū)因?yàn)榭拷鼮I南采油廠濱一站，有豐富的污水余熱資源，小區(qū)地處山東省濱州市和東營(yíng)市的交界處，采暖面積約3.7萬(wàn)m2，采暖管網(wǎng)最大距離800m。該小區(qū)原有一座采暖生活鍋爐房，有2t（蒸汽）、4t（熱水）鍋爐各一臺(tái)，一直以原油為燃料，油耗一直保持在700～750t/a的水平。安裝熱泵后表明：水源熱泵技術(shù)先進(jìn)，機(jī)組集成度高，安裝方便；操作全自動(dòng)化；經(jīng)濟(jì)性能良好；安全性能優(yōu)越；操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)；對(duì)廢熱以及地?zé)嶝S富的單位、地區(qū)而言有很強(qiáng)的實(shí)用性，具有廣泛的推廣價(jià)值。

   該項(xiàng)目的熱源是利用濱南采油廠濱一站外輸?shù)?0～50℃的污水余熱，通過(guò)高效換熱裝置加熱系統(tǒng)熱媒清水，換熱后的熱媒清水溫度上升約10℃左右，然后利用康特姆熱泵將10℃的熱量提取應(yīng)用于采暖。設(shè)計(jì)污水流量為80m3/h時(shí)，熱媒清水溫度要求在35℃左右，壓力保持在3kg以上。

    3.2　運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性比較

   熱泵系統(tǒng)輸入功率是556kW，輸出功率為2224kW，總輸入、輸出功率的大小可自動(dòng)調(diào)整。從運(yùn)行情況看，在停用鍋爐的情況下，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，換熱能力和系統(tǒng)出力完全符合設(shè)計(jì)要求。熱媒清水進(jìn)出水溫度分別保持在30～40℃和20～32℃之間，主機(jī)做功時(shí)的溫差在8～12℃之間，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可保證出水溫度大于73℃（溫度可以設(shè)置）。實(shí)際耗電情況：2003年1月份零下15℃時(shí)，每天耗電量在11000kW?h電左右；其他時(shí)間耗電一般在7000～9000kW?h，電價(jià)按勝利油田結(jié)算價(jià)0.37元/kW?h計(jì)算，最冷時(shí)“燃料”成本為4 070元，一般情況下為2 590～3 330元；如果按照工業(yè)用電價(jià)格0.5元/kW?h計(jì)算，那么每天“燃料”成本在3 500～4 500元之間，由此可以推斷出水源熱泵系統(tǒng)單位面積運(yùn)行成本約為0.10～0.13元，而在水源熱泵投產(chǎn)前使用的燃油鍋爐每天的燃料成本在10 800元左右。熱泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無(wú)需人工操作，這樣大大節(jié)約了人員工資。熱泵供暖系統(tǒng)與原有的燃油鍋爐相比每個(gè)采暖季可以節(jié)省816 000元，與電鍋爐供暖系統(tǒng)相比每年可以節(jié)省1 653 360元。熱泵運(yùn)行費(fèi)用大大低于燃油鍋爐的成本，因此熱泵產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益明顯。

    3.3　運(yùn)行的安全及環(huán)保性

    使用水源熱泵系統(tǒng)時(shí)燃油鍋爐系統(tǒng)完全停用，大大降低了系統(tǒng)危險(xiǎn)系數(shù)，使單位安全生產(chǎn)管理的壓力大為降低；環(huán)保方面，由于新系統(tǒng)只消耗二次能源，使得與純消耗一次能源的老系統(tǒng)相比幾乎沒(méi)有環(huán)境污染。無(wú)論是廢水、廢氣、固體廢棄物、噪聲還是其他環(huán)境污染物的產(chǎn)生量均大大降低，發(fā)生污染事故的可能性基本為零。

    3.4　操作與運(yùn)行管理方面優(yōu)越性

    一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐表明，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，管理相對(duì)容易。實(shí)現(xiàn)了以下幾方面的自動(dòng)控制功能：

    1）輸出功率自動(dòng)調(diào)節(jié)及保護(hù)功能；

    2）污水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)及保護(hù)功能；

    3）熱媒清水溫度、壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)及保護(hù)功能；

    4）系統(tǒng)進(jìn)口精細(xì)過(guò)濾及自動(dòng)排污功能；

    5）系統(tǒng)變頻自動(dòng)補(bǔ)水。

    該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化后，只需一次設(shè)置好出水溫度，運(yùn)行負(fù)荷的調(diào)整甚至運(yùn)行全過(guò)程均無(wú)需操作人員干預(yù)。
對(duì)于管理人員而言，新系統(tǒng)的安全性、環(huán)保性、運(yùn)行的穩(wěn)定性均有較大程度的提高。工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有了較大變化。相應(yīng)的管理重點(diǎn)也發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變，管理工作中以前的查找安全事故隱患，調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)至相對(duì)較為高效低耗的平臺(tái)上，杜絕環(huán)境污染事故等項(xiàng)工作基本上被現(xiàn)在的抓現(xiàn)場(chǎng)管理，提高操作人員綜合技術(shù)素質(zhì)的工作代替。管理難度大大降低，管理責(zé)任相對(duì)減輕，工作組躍過(guò)了較低層次階段，直接邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。

    4　結(jié)論

    1）從工作原理即可得出，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有效率高、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成熟，在我國(guó)符合條件的地方，特別是有余熱、廢然可利用的地方應(yīng)大力推廣該技術(shù)。

    2）通過(guò)對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行的工程實(shí)例的分析，表明水源熱泵空調(diào)供暖系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用大大低于電鍋爐及燃油鍋爐供暖系統(tǒng)的成本，因此熱泵產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益明顯。

    3）水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)廢水、廢氣、固體廢棄物的排放均較少，是真正的節(jié)能環(huán)保型空調(diào)；同時(shí)，其操作及運(yùn)行管理也相對(duì)簡(jiǎn)單。

    參考文獻(xiàn)

    1　徐偉，等譯，朗四維，校.地源熱泵工程技術(shù)指南.北京：建筑工業(yè)出版社，2001

    2　范存養(yǎng).熱泵空調(diào)及各種熱回收系統(tǒng)和空調(diào)節(jié)能措施.同濟(jì)大學(xué)科技情報(bào)站

    3　李先瑞，郎四維.熱泵的現(xiàn)狀與展望.建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，1999（3）

    4　丁衛(wèi)東，袁魯濱.水源熱泵技術(shù)在供熱空調(diào)工程中的應(yīng)用.節(jié)能，2002（5）