水源热泵在近几年的发展中，技术已经较为成熟，系统稳定，使用领域也逐渐扩大，特别是在取水较为便捷的再生水厂，由于再生水水质较为清洁，水温相对恒定，再生水水源热泵具有得天独厚的优势。本文将具体介绍水源热泵工作原理及其实际应用案例。

水源热泵作为高效、清洁的空调系统，利用热传递原理，将低位热能转化为高位热能，即可供暖又可制冷，其能效比为3.5~5.5。案例分析表明，再生水水源热泵相比较空气源热泵实际运行能耗可以节约12%以上，供暖成本仅为21.5元/m2，在建设成本方面也略低于空气源热泵系统；在节能减排方面，再生水水源热泵能大大减少污染物及其他有害气体的排放量。

工作原理

水源热泵主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、PLC控制系统等构成。

其工作原理是由电能驱动压缩机，使工质（如R22）循环运动反复发生物理相变过程，分别在蒸发器中气化吸热，在冷凝器中液化放热，使热量不断交换传递，并通过阀门切换使机组实现制热（或制冷）功能——这就是热力学上的“卡诺”循环原理。

由于水源热泵可以将水体和地层蓄能分别在冬、夏季作为供暖的热源和空调的冷源，即可供热又可制冷，因此水源热泵可以称为高效节能的空调系统。

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源（如地下水、江河湖海水）、城市污水中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

水源热泵在近几年的发展中，技术已经较为成熟，系统稳定，使用领域也逐渐扩大，特别是在取水较为便捷的再生水厂，由于再生水水质较为清洁，水温相对恒定，再生水水源热泵具有得天独厚的优势。相比普通空调系统，再生水水源热泵建设成本略有降低，最为关键的是节能效果显著，通过降低用电能耗，对污染物减排、环境改善有着特别的贡献。

能效比分析

水源热泵与空气源热泵（普通家庭用的冷暖空调机就是空气源热泵的一种）从名词上看，区别主要就是能量采集的来源，实质上这两种热泵都是以电能作为驱动能源，只是能耗不同罢了。

能效比Coefficient of Performance，简写为COP，此数值是指机组产生的热（冷）量与消耗的电能之比。能效比空调系统性能的一个重要参数，目前被广泛应用于空调行业。

从原理上看，由于地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为10~25℃，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得水源热泵的制冷、制热能效比达到3.5~5.5。一般水源热泵的性能曲线如图1所示。

而传统的空气源热泵的能效比通常为2.2~3.0。目前推广的变频空调，能效比最高也只能达到3.5左右。主要原因是空气源热泵是将空气中的低品位热能转为高品位热能，但在寒冷冬季，当气温低于零下7℃时，机组效率极低，无法经济运行。而水源热泵机组却不受气温限制，既使在零下30℃的严冬照样能高效运行。因此，水源热泵方式的能量利用效率要比空气源热泵高出40%以上，这就决定了其高效节能的特点。

目前，某再生水厂使用3台麦克维尔热泵机组。其中，WPS-110.1型2台，用于冬季采暖，1用1备。出于厂内制冷面积远小于采暖面积，所以另一台选用单冷的WGZ030.3型，用于夏季制冷。现就两种热泵机组的理论功耗与普通空调进行对比。

考虑水源热泵的应用除机组本身外，还需要水源泵、循环泵及末端风机盘管等构成循环系统，因此其功耗必须算到整个能耗中。如表1所示。根据以上数据可以计算出某再生水厂夏季制冷、冬季采暖所用的热泵能效比分别为：

夏季制冷COP=104/（19.8+3+3+1.5）≈3.8

冬季采暖COP=441/（105.1+11+11+7）≈3.3

对比目前市场中较为节能的1匹变频家用型空调，其参数如下：

制冷（热）量：2600W

输入功率：900W

COP=2600/900≈2.9

因此，根据理论参数计算出的能效比，可以得出再生水水源热泵比空气源热泵节能效果明显，冬季采暖节能12%，夏季制冷节能24%。

运行能耗计算

某再生水厂各构筑物的供热（冷）面积如表2所示。

根据上表统计得出，全厂供冷面积为1278.62m2，供热面积为5965.4m2，是供冷面积的5倍。

采集某再生水水源热泵系统2008年7月到2009年6月的耗电量情况，见表3。

根据这12个月的电耗数据，可以得出全年供冷总耗电量为42360kW.h，供热总耗电量为197760kW.h。按照北京工业用电的平均单价0.65元计算：

供冷总费用：42360×0.65=27534元

供热总费用：197760×0.65=128544元

热泵运行一个冷暖季，每平米的价格：

供冷27534/1278.62≈21.53元

供热128544/5965.4≈21.55元

由于厂内运行情况及北京季节性气候等因素，热泵系统全年运行近10个月，5~9月机组制冷，11~3月机组供暖。如图2显示，供暖耗电量比制冷明显高出5倍，这与负荷的面积比较吻合。

由以上结果可知，某再生水水源热泵系统供热（制冷）成本约为21.5元/m2。

建设成本分析

按照某再生水厂的项目建设情况，该再生水水源热泵系统的一次性投资成本约人民币152万元。

如考虑更换空气源热泵，即普通空调，按照该再生水厂供热面积为6000m2计算，一般5匹中央空调可以负载约40m2，那么需要安装150台，以每台11000元安装成本，则需要投资人民币165万元，略高于再生水水源热泵系统的建设成本。

节能减排比较

在建设成本上再生水水源热泵比普通空调无明显优势，但由于能效比较高，可节约用电能耗12%以上，按照上述再生水厂全年供热能耗197760度计算，即可节约至少27000度电。每节约1度电，就相应节约了0.4kg的标准煤，同时减少污染物排放0.272kg碳粉尘、0.997kg CO2、0.03kg SO2以及0.015kg氮氧化物（NOX）。因此，该再生水水源热泵系统可节约10.8t标准煤，减少7.3t碳粉尘、26.9t?CO2、810kg SO2以及405kg NOX排放，节能减排效果非常突出。