冷却水系统的作用在于提供工厂制造过程适当的温度控制条件，其作用是否良好与生产能否顺利息息相关。冷却水处理之良，直接影响冷却水系统之作用对于工厂之生产成本及设备使用寿命有密切的关系。因此，如何使冷却水处理有效而且经济实为工厂管理之重要课题。

冷却水引起之障害：

一般冷却水常引起之障害有三种，即水垢、淤泥沉积（deposition）、腐蚀（corrosion）及微生物（slime），兹将其发生之原因及控制方法分述如下：

水垢、淤泥沉积、腐蚀及微生物

²        沉淀物之发生

1.     沉淀物发生之害处除阻塞管路，影响热交换，降低设备能量之外更会产生[氧浓氮电池]，造成沉淀下之金属腐蚀（underdeposit corrosion）。

2.     沉淀物主要分为两类，一为硬质之结晶形成水垢如CaCO₃、CaSO₄或MgSiO₃等，另一种为软质之不定形物如淤泥（silt）、氧化或微生物等之沉淀物。

3.     结晶形成水垢源自水中之Ca⁺、Mg⁺、HCO₃^-、SO₄^-、CO₃^-，及HSiO₃^-等离子经浓缩超过饱和溶解度而结晶沉淀。上述离子之浓度、PH及温度愈高则愈容易形成水垢。

软质物之产生则源自中悬浮固体之沉淀，一般容易发生淤水流速较慢（流速低于3ft/sec）之处，如管壳式换热器之壳侧（shell side），热交换器出口之管端（tube end）及管板（tube sheet）上。

冷却水专用水垢清洗剂性能及特点

1.為一種強力水垢軟化劑。

2.應用於化學酸洗前之前置預處理。

3.可收到事半功倍之化學清洗效果，節省清洗時間。

4.亦可節省酸洗藥劑之用量。

5.不傷害管路材質，适用于铜、钢铁及其他合金组成的设备，任何金屬管件清洗、除垢、除銹等使用安全可靠。

6.針對碳酸鈣、硫酸鈣等結垢物具有良好之軟化能力。

7.可化學清洗冷凍機、冷氣機之冷凝器（Condenser）、冷水器（Chiller）、及空氣壓縮機之冷卻器（Cooler）等熱交換系統及鍋爐（Boiler）。可徹底洗淨各種水垢及沈積雜質。係含有腐蝕抑制劑、濕潤劑之有機酸。

冷冻机、冷气机之漳州冷凝器（condenser）、冷水器（chilller）及空气压缩机之漳州冷却器（cooler）等热交换系统设备运转一段期间之后，冷却水中之矿物盐类、杂质等，因受热易附著在热交换系统之管路内，影响热交换效率，甚至严重导致机件损坏或机组高压跳机等事情发生，影响生产营运。

冷卻水專用防蝕防垢劑1.為循環冷卻水系統防治腐蝕特殊處理劑。

2.可防止碳酸鈣等水垢之形成、抑制腐蝕的發生，並可控制污泥之沈積。

3.適合於高pH水質使用，可減少加酸量。

4.可在金屬表面形成一層單分子保護膜，確實保護系統。

5.在高硬度水質下，亦能發揮其良好之抑垢效果。

6.使用安全無公害問題。

使用量：

1. 一般均以冷却水塔之RT数为添加量计算单位，10~20RT使用一桶。

2. 需根据系统内水垢沉积物量之多少，以决定本剂剂量之增减。

冷却水专用防蚀防垢剂为冷却水特殊处理剂，它是由多种有机磷酸盐类聚合而成，并有强力型分散剂，能抑制水垢不结晶，其抑制所形成之软泥，借著强力分散剂分散悬浮于水中，抑制水垢形成之门槛极高。可维持热交换系统正常运转，不需经常酸垢，延长设备使用寿命。

特性：

1.加药量少，效果显著。

2.可防止碳酸钙等水垢之形成，抑制腐蚀的发生，并可控制污泥之沉积。

3.本剂适合于高或低PH水质使用，可调整PH值于正常范围。

4.可在金属表面形成一层单分子保护膜，确实保护系统。

5.在高硬度水质下，亦能发挥其良好之抑垢效果。

6.安全包装，操作简便。

7.适合于铜、铁及其他合金组成之管路。

8.除垢能力强，不伤金属材质。

物性：

1.外观：棕色或透明液体

2.比重：1.030±0.100

3.PH（原液）：2.25±0.50或7.50±0.50

4.味道：有机物味

冷却水系统的作用在于提供工厂制造过程适当的温度控制条件，其作用是否良好与生产能否顺利息息相关。冷却水处理之良，直接影响冷却水系统之作用对于工厂之生产成本及设备使用寿命有密切的关系。因此，如何使冷却水处理有效而且经济实为工厂管理之重要课题。

冷却水引起之障害：

一般冷却水常引起之障害有三种，即水垢、淤泥沉积（deposition）、腐蚀（corrosion）及微生物（slime），兹将其发生之原因及控制方法分述如下：

微生物污物（slime）

⊙  微生物污物之发生

     微生物一般可分为细菌（bacteria），菌类（fungi）以及藻类（algae）三种。本省地处亚热带，气温及湿度均高，冷却水中微生物之敷衍颇为快速。藻类 之生长需要阳光，故常发生冷却水塔曝光处及散水盘上，其造成之障害除腐化木质，影响散水效果外有时掉落水中，细小者增加冷却水之浓度，大者则可能堵塞管路。细菌繁衍时其细胞本身及分泌物均具粘性，易吸著水中之有机或无机粒子而结合形成大量之沉淀物，此重微生物污物常发生于系统中不见光之处，造成之问题与前途沉淀物相同。

⊙   微生物之控制

     微生物之生长控制可籍加杀菌灭藻剂达到的效果，加药时须加入足够剂量，且保持适当的残余量于相当的时间，发挥抑制效果。如微生物过度繁殖，则需视情况增加使用量，确保水系统清洁干净。

冷卻水專用殺菌滅藻劑

1.為冷卻循環水系統之優良微生物控制劑。

2.在冷卻循環水系統中可有效控制青苔等藻類(Algae)、細菌(Bacteria)、真菌(Fungi)等微生物之生成。

3.可直接滲透入微生物之細胞膜，進而破壞其蛋白質組成，使其失去代謝作用而死亡。

每隔5-10天左右投入一次，投入量为补水量的30-50ppm，可依系统中微生物繁殖情况作适当调整。

冷却水系统的作用在于提供工厂制造过程适当的温度控制条件，其作用是否良好与生产能否顺利息息相关。冷却水处理之良，直接影响冷却水系统之作用对于工厂之生产成本及设备使用寿命有密切的关系。因此，如何使冷却水处理有效而且经济实为工厂管理之重要课题。

冷却水引起之障害：

一般冷却水常引起之障害有三种，即水垢、淤泥沉积（deposition）、腐蚀（corrosion）及微生物（slime），兹将其发生之原因及控制方法分述如下：

水垢、淤泥沉积、腐蚀及微生物

²        沉淀物之发生

1.     沉淀物发生之害处除阻塞管路，影响热交换，降低设备能量之外更会产生[氧浓氮电池]，造成沉淀下之金属腐蚀（underdeposit corrosion）。

2.     沉淀物主要分为两类，一为硬质之结晶形成水垢如CaCO₃、CaSO₄或MgSiO₃等，另一种为软质之不定形物如淤泥（silt）、氧化或微生物等之沉淀物。

3.     结晶形成水垢源自水中之Ca⁺、Mg⁺、HCO₃^-、SO₄^-、CO₃^-，及HSiO₃^-等离子经浓缩超过饱和溶解度而结晶沉淀。上述离子之浓度、PH及温度愈高则愈容易形成水垢。

软质物之产生则源自中悬浮固体之沉淀，一般容易发生淤水流速较慢（流速低于3ft/sec）之处，如管壳式换热器之壳侧（shell side），热交换器出口之管端（tube end）及管板（tube sheet）上。

冷却水专用水垢清洗剂性能及特点

1.為一種強力水垢軟化劑。

2.應用於化學酸洗前之前置預處理。

3.可收到事半功倍之化學清洗效果，節省清洗時間。

4.亦可節省酸洗藥劑之用量。

5.不傷害管路材質，适用于铜、钢铁及其他合金组成的设备，任何金屬管件清洗、除垢、除銹等使用安全可靠。

6.針對碳酸鈣、硫酸鈣等結垢物具有良好之軟化能力。

7.可化學清洗冷凍機、冷氣機之冷凝器（Condenser）、冷水器（Chiller）、及空氣壓縮機之冷卻器（Cooler）等熱交換系統及鍋爐（Boiler）。可徹底洗淨各種水垢及沈積雜質。係含有腐蝕抑制劑、濕潤劑之有機酸。

漳州中和剂：

特性：

1、本剂适合于各种PH水质范围使用。

2、不伤害系统材质，使用安全可靠。

3、使管路形成一层致密性高分子保护膜，保护系统管路不受腐蚀。

使用量：依系统内总保用水量的1%添加。

使用办法：清洗结束后直接添加本剂循环30分钟，再排放干净。

随着国民经济的发展与越来越严重的世界能源危机，节能已经提到了一个非常重要的位置。而热水器——这个潜在的用能大户也逐渐显露出来。2004年许多热水器生产厂陆续推出了节能型热水器，如节能电热水器，它采用中温保温、夜间低价电时段工作、预约洗澡、分层加热等多项技术实现节能。近年来，随着热泵技术的不断发展，热泵热水机也迅速发展起来，同样情况下，它的用电量仅仅是电热水器的1/3到1/4，因此，其节能潜力巨大。由于它所具有的高效节能特性，可以大大节约电能，并且能够弥补太阳能热水器所存在的低密度、间断性和不稳定性等先天不足，是一种全天候的节能、环保式热水机，其技术含量高，发展潜力大，商业化前景广，对促进国民经济可持续发展有重大深远的社会意义，必然成为未来热水器的主力。

但热泵热水机不同于常规工作的热泵，热水的温度在其加热过程中不断增加，其所处的工作环境也随春、夏、秋、冬四季不断变化，因此，在冷凝段和蒸发段，热泵热水机具有更大的温度变化范围，导致更大的变工况工作条件，对其全工况下的匹配特性研究就显得更加重要。

 1. 热泵热水机的发展

热泵热水机的应用研究起始于二战期间，在国外已经有五十多年的历史。但是，国内对热泵热水机的研究和利用尚处于起步阶段。热泵热水机是利用热泵原理，从周围环境介质中吸收热量来制取生活热水的热泵装置。常规热泵热水机，包括地源热泵、水源热泵、空气源热泵等几种机械压缩式热泵形式，其应用已很普遍[2]。热泵热水机在欧美等高能耗国家已很普及，甚至在南非等发展中国家也有较大发展，2000年的统计数字显示，热泵热水机在南非商业热水器市场份额已经达到了16％。从节约能源和环保的观点来看，热泵热水机具有独特的优点和市场前景[3]。

在热泵装置发明的早期，人们就尝试用热泵制取热水。但热泵热水机的大量应用是在第二次世界大战之后的事情。初期的热泵热水机主要是大型的工艺用热泵，第二次世界大战的爆发，一方面影响与中断了空调热泵的发展，另一方面战后能源的短缺促进了大型工艺用热泵热水系统的发展。在物料的浓缩工艺中，只需将蒸发装置中产生的废气用压缩热泵提高一些温度便可重复用于对装置的加热，热泵热水机在这种场合下使用因温升少，其制热系数极高。同样在精馏装置中应用热泵的经济性也非常好。热泵热水机在二次大战中也直接用于战事装备，如美国制造了一万台蒸馏热泵为上百万的人提供饮用水[2]。

小型热泵型热水器从20世纪50年代起在一些家庭中使用，最近20年，一方面随着生产工艺的进步，热泵热水机的可靠性、实用性有了很大提高；另一方面各国对环保节能概念的越发重视，使热泵热水机的发展重现生机，国外出现了一些生产热泵热水机的公司。如Metro（丹麦）、Pro-Elektra（瑞士）、Temcor（美国）等[4]。热泵热水机的优势在于：(1)显而易见的节能效果；(2)可“移峰填谷”，开发低谷用电；(3)可实现热水、采暖、供冷一体化，提高能源利用效率；(4)便于地热、建筑废热等低品位能源的利用、回收。但从技术角度而言，由于冷凝温度和压力的提高，对热泵压缩机可靠性和效率提出了更高的要求，因此常规热泵热水技术要提供55℃以上的热水有一定的困难，这也是国内热泵热水机的普及受到限制的一个重要原因。

进一步的可行性研究表明，与其他家用热水器相比，热泵热水系统具有更高的经济性，它的初投资预期回收年限为2～3年。以环境大气为热源，在热水储水箱中放置沉浸式盘管的热泵系统可取得较好的使用效果[5]。

在上世纪80年代初期，空气源家用热泵热水系统在美国每年的销售量超过10000套。但初期的产品由于售价高、维护困难、噪声大、可靠性差、使用期有限等原因，使热泵热水机市场没有得到很好的发展。这些热泵热水机技术和产品的设计重点在于制取生活热水，供应热水是它们的主要任务，热泵同时具有的空调能力则被作为辅助功能。前期家用热泵热水机的加热功率小，只有普通电热水器功率的40％～100％或者燃气热水器功率的30％～50％。为了使用方便，一般需要配置较大的储水箱和控制系统。然而，较大的水箱费用较高，占用空间较大，为达到设定温度需要更多的加热时间。也有一些设计者在系统中加入辅助电加热器以便在用水高峰时使用，但这将会增加用电高峰时的用电功率，降低系统效率[6]。在国内，中科院广州能研所率先开发成功了高温地源热泵，最高输出温度达到75℃，该系统除提供冬季采暖、夏季制冷外，每天可提供60℃的热水80t。利用该技术提供热水可比常规方法节能80％以上[7]。从2000年开始，上海交通大学制冷与低温工程研究所及教育部太阳能发电及制冷工程研究中心在热泵热水机的样机研制和优化匹配方面做了大量的工作，并形成了一系列自主研发的专利产品，实际测试表明，制取150升热水，热泵COP在夏季为5.8（耗时50分钟）、过渡季为4.5（耗时95分钟）、冬季为2.5（耗时270分钟），见图1,2[8,9]。

近年来，有不少学者采用新工质对热泵热水机进行了研究， Mei Vince C研究了用R407C代替R22在热泵热水机中的应用，结果发现，在相同设计运行能力的热泵系统中，R407C热泵热水机的热水加热功率明显高于R22系统。但是，R407C系统的能耗也有所增加，使得它在高水温时的COP低于R22系统。如果使用专门为R407C设计的蒸发器，COP就会比R22系统明显提高20％，水加热功率也会提高4％[10]。
Petter Neksa[11]对CO2热泵热水机进行了研究，结果表明在0℃环境温度下，水温由9℃升至60℃的过程中，其平均COP达到了4.3。并指出，CO2热泵热水机在高水温时具有优良的运行性能，样机可以在90℃的高水温下正常运行。

Rousseau PG. [3]对南非地区应用广泛的商用热泵热水机进行了提高系统性能和运行经济性的研究。另外Bivens[12]、Meyer[13]、Smith[14]、Spatz[15]等学者都从不同侧面对热泵热水机进行了专门的研究。

目前，技术的发展和制造工艺的完善使热泵热水机的产品质量有了一定的提高，系统可靠性有所改善。如果结构合理还可以同时进行制冷、除湿或废热回收。在欧洲，近几年一直在大力推行高性能热泵的研究工作[16]。

 2.热泵的技术困惑

自从世界上诞生第一台热泵热水机开始，热泵热水机的发展就和热泵技术的发展息息相关，经历了一个曲折的发展过程。早在上世纪70年代，热泵热水机在美国已经商品化，70年代由于石油禁运的影响，热泵热水机在70年代和80年代的初期获得了较大的发展，市场上一度出现了不少于15个品牌的热泵热水机，这里面既有知名的大公司也包括小公司。

遗憾的是，早期开发的热泵热水机的使用都不尽人意，许多产品还没有做过连续负荷实验就投入了市场，导致出现了令人难以接受的故障率和庞杂的维护要求。在此背景下，大多数的热泵热水机的品牌从市场上消失了。在90年代很长的一段时期，美国的市场上只有3个品牌供应、之后减少为2个品牌，最后减少为1个品牌。最近几年，2个新的品牌又上市了。截止2002年，美国市场上热泵热水机的品牌达到了3家。

我国热泵热水机的市场化进程比较晚，正式在市场上出现是2000年前后的时间，由于企业的大力开拓，已经逐步形成了一定的市场份额，特别是在我国气候温和的华南和长江流域，得到了大力的推广。但是，由于对热泵热水机的设计经验不足，加上对热泵热水机与常规热泵的区别存在认识上的误区，导致生产的热泵热水机质量良莠不齐，出现了一系列的问题，包括：

① 粗劣的初始设计；

② 系统部件选配不当，没有对整个系统做疲劳测试；

③ 较差的生产质量控制。

当然，也有因为水质和当地环境导致的结垢问题，使得经过若干年的使用后，水侧换热器换热能力明显下降，影响用户的使用质量——而这些问题如果生产商重视起来完全可以事先予以解决。

另外，电加热元件对于实现双加热单元水箱，保证水箱具备迅速供热能力（尤其在冬季）具有非常重要的意义。很多早期开发的热泵热水机没有使用电加热元件（辅助加热），或电加热元件损坏，在设计与控制策略上出现了不少问题。

在水箱设计上，现代的实验测试和经验表明，热泵热水机的水箱应该比常用热水器的容积大，如常规水箱50gallon（190L），换为热泵热水机则要配80gallon（300L），或者采用复合水箱，保证水箱里被大量用水时有足够的补给容量。以往设计时因为水箱设计过小，导致热水供应不足，不少用户投诉，出现诸多抱怨也就不足为怪了。

热泵热水机在推广中所遇到的障碍包括：用户对安装麻烦的疑虑，安装的过程中不仅涉及到机械的安装，也涉及到电路和制冷剂的充注问题；电气的安装问题。热泵热水机的安装不仅要求安装人员具备管道工的技能，也要具备电工的技能，要求较高[15]；水箱的安装放置等。此外，热泵热水机的经济性受能源政策影响较大，当各种能源价格、环保税率等发生变化时，不同热水供应系统的投资与运行费用的比较随之发生变化。就我国目前能源价格体系而言，热泵热水系统的初投资最大，但综合经济性和太阳能热水器接近，高于其他类型的热水器，经济性波动是阻碍热泵热水机发展的一个重要因素。

3.解决方案与市场前景

与传统热水器相比，热泵热水机使用较多的零部件，换热系统必须承受相变压力下的蒸汽压力，并且要在变化的环境中工作，尤其是在冬季严寒的天气状况下，这对压缩机的寿命是一个严峻的考验。由于热泵热水机的工作范围宽，也容易出现系统因节流阀调节性能不佳而损坏压缩机的问题，为了解决该问题，首先要从改进系统的设计和匹配入手，针对热泵热水机所适用的特殊要求提出相应的设计和匹配方案，保证系统运行在合理的工作范围。另外，由于目前国内外热泵热水机中的压缩机多直接采用空调压缩机，运行工况比常规空调热泵恶劣，这势必影响到压缩机的使用寿命；为此，国外知名的压缩机生产商丹佛斯、爱默生、日立等企业正在积极开发专门适应热泵热水机工作要求的高性能压缩机，这对提高系统的可靠性具有重要的意义。为了保证系统的可靠性，也必须对热泵热水机的生产工艺进行改进，制定合理的生产流程，确保系统的装配准确、合理而有效。电子膨胀阀的出现为热泵热水机节流阀的选择提供了新的机会，由于电子膨胀阀具有可调范围宽，动作灵敏，可实现精确控制的优点，因此，它是改善热泵热水机节流性能的一个可行方案。

生产和维护是热泵热水机实用中所面临的两个重要环节，由于热泵热水机零部件比常规热水器多，这就决定了需要培养更多的安装维护工程师，提高系统的维护水平，从而改善产品的售后服务质量。另外，还可开发冷凝段、蒸发段一体化的小型家用系统，减少了制冷剂系统的安装与充注，提高了系统的可靠性。
对于家用型热泵热水机，对噪声必须严格控制，因为邻居所受的烦扰可能比热水器的使用者大。热泵热水机的噪声源有风机噪声、压缩机噪声和散热器回路噪声，从高效率和低噪声的观点来看，必须对压缩机和风机的噪声进行控制，采用密封性能良好的压缩机，改善风机叶片流型的设计，从而降低噪声，最终提高热水器的环境友好性。据有关文献报导，日本最近推出的热泵热水机已经将噪声降低到了40分贝以下。改善压缩机和风机的噪声设计，也是改进系统特性的一个重要方面。

另外，热泵热水机的工质替代是必然趋势。目前，氟里昂R22是热泵热水系统最常采用的循环工质，它将于2040年被全面废除。一些新的替代工质，如纯工质R134a、混合工质R22/R142b、R123/R134a及R22/R152a/R114等已经陆续被各种制冷装置所采用。从使用的倾向来看，欧洲主要采用碳氢化合物和R407C；日本以R410a和R407C为主；美国对工质的替代不甚积极，还是以传统工质R22为主，对替代工质的选择没有明显的倾向。至于CO2这种天然工质，各国对它的研究尚处于初期阶段，离全面市场化还有一段距离。但是，各国学者在研究替代工质的过程中发现，不同的工质表现出不同的特性，其传热、压降、与润滑油的互溶及适宜工作温区各有不同，而热泵系统的效率和制热率受气温的影响较大。本身热泵热水机在加热水过程中一直处于变工况，尤其在冬季气温低的天气里效率低，压缩机工况恶劣，还要面临结霜问题，工况的不稳定必将导致系统性能的波动，因此如何保证系统的高效稳定运行已成为热泵热水系统达到实用化目标所必须解决的难题之一。虽然我国距正式禁用R22制冷剂尚有时日，但是，为了热泵热水机产业的长远发展，我国必须根据自身产业的结构选择符合国情的制冷剂替代方案。

由于我国热泵热水机真正进入市场还需要一段时间，经济性是用户考虑的重要指标，因此，为了提高热水器的节能水平，扩大对可再生能源空气源的合理利用，离不开政府在政策上的扶持。在市场培育阶段，需要政府更多的关注、宣传和投入，使得热泵热水机这种节能产品被更多的大众所了解，最终促进我国热水器产业的更新换代和升级。

 4. 结论

(1) 经过了五十多年的发展，热泵热水机的性能已经得到较大的改善，进一步提高系统的生产设计和匹配水平，开发新型高效部件和环保工质，提高可靠性和维护质量是确保热泵热水机在技术上取得不断进步的重要保证。

(2) 热泵热水机技术具有节能和环保的双重优势，其节能、安全、环保的理念需要被更多的用户所认识，在我国居民生活水平日益提高，对能源和热水需求迅速增大的今天，具有重大的现实意义。

(3)热泵热水机技术是对可再生能源空气源的充分利用，而空气的能量来自太阳源源不断的辐射，能将低品位能源提升为高品位能源，热泵热水机是一种可持续发展技术，它的发展需要政府在政策上的扶持，确保获得更优的经济性能，作为节能环保的热水器产品，必将具有极其光明的发展和应用前景。

1 引言

我国北方地区一直以传统的燃煤、燃油采暖，随着经济的发展、城市规模的扩大，这些传统的采暖方式的缺点越来越突出，不能适应可持续发展的要求，据统计燃煤采暖已经成为北方城市冬季空气污染的罪魁祸首。如北京1999年北京市终端能源消费量为3828万吨标煤，其中煤炭消费量2011万吨；约占终端能源消费量的53%，是造成大气污染的主要根源[1]。为了避免尾部受热面的低温腐蚀，传统的燃煤供热锅炉排烟温度通常高于150℃，蒸汽锅炉甚至高于200℃，大多数燃气热水锅炉的排烟温度在140℃-200℃之间。过高的排烟温度不仅耗费了大量的能源，而且提高了锅炉的运行成本[2，3]。因此对于这些地区探索出一些洁净，节能高效的采暖技术就具有非常现实而重要的意义，并逐渐成为工程界、学术界普遍关注的热点问题。

为此，20 世纪70 年代以来，西欧和美国等相继研制了冷凝式锅炉，即在传统锅炉的基础上加设冷凝式热交换受热面，将排烟温度降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热，可以使热效率提高到100%以上（以低位发热量计算）；同时研究发现，在烟气冷凝时，烟气中的SOx、NOx、CO2、CO 以及飞灰和烟尘能部分或者全部溶解于水中，这样就使排入大气中的有害物质大大减少，有利于环保[2，3]。因此，采用冷凝式锅炉对节能和环保都具有非常重要的意义。但是我国采用传统95/70℃闭式供热系统，相当多的锅炉按80/70℃运行[4]。当采用洁净燃料天然气时，烟气的露点温度一般在55℃左右，要通过原有供热系统的回水去完成烟气的冷凝是不可行的。并且较高温度的排烟，相对于用空气源热泵采暖的系统来说，应是较好的低温热源[5]。针对冷凝式锅炉应用于我国传统供热存在的问题，为了达到节能和环保的目的，介绍国外广泛应用的烟气的余热回收系统—冷凝式锅炉与热泵联合系统。

2 冷凝式锅炉与热泵联合系统

冷凝式锅炉与热泵联合系统不仅利用了冷凝式锅炉节能和环保的原理，还利用了热泵提高低品位热能到高品位热能的原理。

在该系统中为了使热泵系统尽可能的回收较低品位的热能，减少热泵系统装机容量和电耗，做到尽可能的节能，先将热网回水与来自冷凝式锅炉本体高温的排烟进行换热，使烟气冷却至一定的温度，再将低温的烟气通过冷凝换热器（为防腐材料，如不锈钢），回收烟气中的部分潜热和显热。为了维持热泵蒸发端低温热源温度的稳定性，并减小蒸发端的传热平均温差，采用烟气先通过间壁式冷凝换热器（如板式、管式等）或接触式冷凝换热器（如液柱式、填料式等），用低温水（冷却水）先与烟气换热，再将被加热的冷却水用水泵抽送到热泵的蒸发端，和热泵工质(如R11等)发生热交换。下面介绍冷凝换热器与热泵联合热能回收系统，该系统有两种型式：如图1间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统和图2接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统。

图1 间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统
1-锅炉本体 2-冷凝用烟气通道 3-烟气旁通通道 4-排烟至烟囱通道 5-间壁式冷凝热交换器 6-待处理的冷凝液排放管 7，13-来自区域热网的回水 8-烟气冷却器 9-冷却水循环泵 10-热泵蒸发器 11-节流阀 12-热泵冷凝器 14-压缩机

图2 接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统
1-锅炉本体 2-冷凝用烟气通道 3-烟气旁通通道 4-排烟至烟囱通道 5-接触式冷凝热交换器 6-烟气冷却器7，15-来自区域热网的回水 8-冷却水循环泵9-处理液循环泵10-污水排放管 11-水处理器 12-热泵蒸发器 13-压缩机 14-热泵冷凝器 16-节流阀

在图1中，间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统除锅炉本体的换热外，存在四个热交换过程：（1）在烟气冷却器8中，高温烟气和来自区域热网的回水之间的热交换过程；（2）在间壁式冷凝换热器5中，来自烟气冷却器的低温温烟气与冷却水（热泵的低温热源）之间的热交换过程；（3）在热泵的蒸发器10中，来自间壁式冷凝换热器的冷却水与热泵低温工质之间的热交换过程；（4）在热泵的冷凝器13中，热泵高温工质与来自区域热网的回水之间的热交换过程。

在冷凝式换热器5产生的冷凝水通过待处理的冷凝液排放管6排放，在冷凝式换热器5中被冷凝的烟气和来自旁通烟道3的烟气混合，进入烟囱。

在图2中，接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统与间壁式系统显著区别在与烟气的冷凝换热器，采用接触式换热器，烟气与冷却水发生直接接触换热，并且冷却水受到污染，需要定时处理和进行排污。

间壁式冷凝换热器和接触式冷凝换热器在国外都得到了利用，它们各自有自己的优缺点。如间壁式具有烟气与水分离，水质无污染，但换热存在较大温差，受结构尺寸限制，换热面积有限，存在间壁热阻和污垢热阻，换热效率低等。接触式具有气液两相离散接触，传热温差小，换热面积大大增大，烟气中污染物得到清洗，利于环保，但水质受影响，需处理等。

3 冷凝式锅炉与热泵联合系统的应用

在国外，采用先进的方法回收烟气中热能的系统得到了大力的发展，冷凝式锅炉与热泵联合系统广泛的用于诸如区域供热锅炉房，尤其是使用如生活垃圾、碎木屑等比较湿的燃料以及天然气为燃料的锅炉房[6，7，8]。例如，1985年瑞典在其最大的城市垃圾焚烧厂（位于东南部的乌普萨拉市）安装了一套回收热能为20MW的冷凝式锅炉与热泵联合系统。安装主要设备的投资（包括安装）及余热回收的年效益如表1[2]。

表1主要设备的投资（包括安装）及余热回收的年效益
通过经济性计算，虽然初投资较大，但与通过建立一个锅炉来增加产热量所用的资金相比，所用的投资都是较低的，并且它在提高热生产效率的同时，除去烟气中的酸性气体和汞，因此从节能和环保的角度来说，这将是十分有利的。

因此在一些急需扩建，改造和新建的集中供热锅炉房中，采用冷凝式锅炉与热泵联合系统，应是一种节能环保的方式。

根据《北京市城市热网集中供热设施建设“九五”计划及2010年发展规划》，现有一热和二热等7家热源厂将改扩建，设计供热面积将增加592万平方米。另拟新建2个热电厂，新增供热规模1000万平方米左右。 2005年热力供热面积预期达到8359万平方米，占市建筑面积的31.13%[1]。并且北京开始以环境评价为中心目标，重点分析各种供热方式对环境保护带来的影响，并将之作为分析比较的基准点和出发点，同时兼顾能源利用效率、资源利用、投资和经济效益等因素的研究，因此在该地区实行冷凝式锅炉与热泵联合系统的研究具有重要的意义。并且在燃烧清洁燃料天然气时，在理论上每标准立方米约可产生1.6kg的冷凝水，如WNS4.2-1.0/95/70-Q型热水锅炉的燃料消耗约为440Nm3/h，如果产生的水蒸气的60%被冷却下来，可产生440×1.6×0.6=422.4kg/h 的水，可以看出所获得的水量是可观的。如果采取措施对这一部分水加以利用，对一些缺水地区无疑会产生积极的作用 [2，9]。

4 结束语

冷凝式锅炉与热泵联合系统是一种高效节能和环保的热能回收系统，针对我国目前供热现状：污染严重，热量不足，急需扩建和新建一些锅炉房资金紧缺等问题，采用冷凝式锅炉与热泵联合系统应是一种值得探讨和应用的节能和环保方式。
该系统还能能产生可观的冷凝水，这一部分水可以加以处理并利用，可作为一些水质要求不高的工业用水和畜牧用水。并且该系统的热泵部分在夏季也能给用户提供冷量，作小型的中央空调使用，具有更大的节能性。--厦门新巢

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地下去。通常地源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。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%的燃料内能为热量，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，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地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4.0～4.4，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50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，地源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的地源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

二、地源热泵国内外发展近况

地源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中有新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源部、环保署、爱迪逊电力研究所及众多地源热泵厂家组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。美国特别看好中国市场，美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。与此同时，科技部委托的中国企业公司将美国的地源热泵技术及设备引进中国市场，这将促进我国地源热泵的市场化、产业化的发展，并使我国地源热泵的研究开发尽快跟上国际潮流。我国的地源热泵事业近几年已开始起步，而且发展势头看好。天津大学、清华大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉地源热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的地源热泵市场前景广阔。

三、地源热泵特点

1、属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源（通常小于400米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

2、属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，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，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

3、环境效益显著

系统运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

4、一机多用，应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。

四、热泵的分类

热泵是需要冷凝器的热量，蒸发器则从环境中取热，此时从环境取热的对象称为热源；相反制冷是需要蒸发器的冷量，冷凝器则向环境排热，此时向环境排热的对象称为冷源。蒸发器冷凝器根据循环工质与环境换热介质的不同，主要分为空气换热和水换热两种形式。这样热泵或制冷机根据与环境换热介质的不同，可分为水—水式，水—空气式，空气—水式，和空气—空气式共四类。利用空气作冷热源的热泵，称之为空气源热泵。空气源热泵有着悠久的历史，而且其安装和使用都很方便，应用较广泛。但由于地区空气温度的差别，在我国典型应用范围是长江以南地区。在华北地区，冬季平均气温低于零摄氏度，空气源热泵不仅运行条件恶劣，稳定性差，而且因为存在结霜问题，效率低下。利用水作冷热源的热泵，称之为水源热泵。水是一种优良的热源，其热容量大，传热性能好，一般水源热泵的制冷供热效率或能力高于空气源热泵，但由于受水源的限制，水源热泵的应用远不及空气源热泵。

五、地源热泵工作原理

地源热泵则是利用水源热泵的一种形式，它是利用水与地能（地下水、土壤或地表水）进行冷热交换来作为水源热泵的冷热源，冬季把地能中的热量“取”出来，供给室内采暖，此时地能为“热源”；夏季把室内热量取出来，释放到地下水、土壤或地表水中，此时地能为“冷源”。

地源热泵供暖空调系统主要分三部分：室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式：水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

地源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：

（1）全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此地源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用40%左右。

（2）冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。

（3）地源有较好的蓄能作用。

六、地源分类

地源按照室外换热方式不同可分为三类：1.土壤埋盘管系统，2.地下水系统，3.地表水系统。

根据循环水是否为密闭系统，地源又可分为闭环和开环系统。

闭环系统如埋盘管方式（垂直埋管或水平埋管），地表水安置换热器方式。开环系统如抽取地下水或地表水方式。

七、地源热泵应用方式

地源热泵的应用方式从应用的建筑物对象可分为家用和商用两大类，从输送冷热量方式可分为集中系统、分散系统和混合系统。

1、家用系统

用户使用自己的热泵、地源和水路或风管输送系统进行冷热供应，多用于小型住宅，别墅等户式空调。

2、集中系统

热泵布置在机房内，冷热量集中通过风道或水路分配系统送到各房间。

3、分散系统

用户单独使用自己的热泵机组调节空气。一般用于办公楼、学校、商用建筑等，此系统可将用户使用的冷热量完全反应在用电上，便于计量，适用于目前的独立热计量要求。

4、混合系统：

将地源和冷却塔或加热锅炉联合使用作为冷热源的系统，混合系统与分散系统非常类似，只是冷热源系统增加了冷却塔或锅炉。

南方地区，冷负荷大，热负荷低，夏季适合联合使用地源和冷却塔，冬季只使用地源。北方地区，热负荷大，冷负荷低，冬季适合联合使用地源和锅炉，夏季只使用地源。这样可减少地源的容量和尺寸，节省投资。分散系统或混合系统实质上是一种水环路热泵空调系统形式。

常见问题讨论

1．为什么地源热泵在美国、欧洲以及中国，尤其是近些年来为越来越多的用户所认识，市场日趋活跃呢？ 一方面是由于全世界范围内比以往更加关注能源、环境与可持续发展的问题，对于中国由于以燃煤为主的能源结构已经造成了极为严重的大气污染，因此，要实现经济的可持续发展，必须尽可能多地利用清洁的可再生能源，必须加大节能的力度，而既能在冬季供暖、又能在夏季制冷空调的地源热泵系统是很好的一个选择；另一方面是地源热泵系统经过多年的研究，在技术上已经非常成熟，而且经过多年的示范与实践，确认了地源热泵系统的很多优点：节约能源、舒适、安全、性能稳定、清洁、使用灵活等。

2．对几种地源热泵系统在工程应用中的评述

1）直接利用地下井水的地源热泵系统：其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：水质良好；水量丰富；符合标准。

2）地下埋管的地源热泵系统：对于垂直式埋管系统，其优点有：较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；对于水平式埋管系统，其优点有：安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。

3）地表水式热泵：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源.

3．地源热泵的运行费用怎样？经济性如何？

这是用户最关心，也是大家最容易提出的一个问题，然而，也是目前最难回答的一个问题。因为影响地源热泵使用经济性的因素有很多，如电价、用户或居民行为、气候条件以及例如非正常的炎热或寒冷季节等其它因素。尤其是在中国的应用时间还不长，实际运行经济性的总结工作还有待完成，目前，尚难于给出较准确的答案。由于美国等发达国家在地源热泵的工程应用方面已至少有十余年的历史，不妨先借鉴其经验。据世界环境保护组织EPA的一份有关空调未来的报告所得出的结论：地源热泵技术在为家庭居民带来舒适、可靠和高效节能的同时，将成为降低国家能源消耗和环境污染的一个主要力量。据EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说，可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

　　水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊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。

　　地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。

　　水源热泵机组工作的原理示图如下：

　　水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。

　　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%~98%的电能或70～90%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3.5～4.4，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50～60％。因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

　　在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。

二、水源热泵的特点

　　由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：

　　1. 属可再生能源利用技术

　　水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

　　2. 高效节能

　　水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

　　3. 运行稳定可靠

　　水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

　　4. 环境效益显著

　　水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。

　　水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。

　　水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

　　5. 一机多用，应用范围广

水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

　　6. 自动运行

　　水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

　　当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。

　　⑴ 可利用的水源条件限制

　　水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

　　⑵ 水层的地理结构的限制

　　对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

　　⑶ 投资的经济性

　　由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

三、国内外水源热泵的发展及特点

　　在国外，关于水源热泵的研究分属于两种热泵系统：一种为地源热泵，一种为海水热泵。其中地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅速。如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心（Energy & Environmental Research Center）、美国地下水资源联合会（National Ground Water Association）、爱迪生电力研究所（Edison Electric Institute）及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，其中，水源热泵占15%，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。

　　美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有Addison Products Company 、Advanced Geothermal Technology 、 Carrier Corporation 、ClimateMaster Inc.、Econar Energy Systems Corporation、FHP Manufacturing、Mammoth Inc.、The Trane Company、WaterFurnace International等公司。美国的水源热泵的研究和应用更偏重用于住宅和商业小型系统（20RT以下），多采用水-空气系统，如大家熟知的TRANE 等推出的产品。在大型建筑方面，美国推行WLHP系统，即水环热泵系统。

　　与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。 同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。

　　中国最早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。

　　国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。中国的水源热泵的研究和应用才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。

　　目前，世界特别看好中国的市场。美国能源部和中国科技部于1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。据称“华亭嘉园”即是此项目的应用。2000年6月１９至２３日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。

　　在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。为了适应市场要求和参加国际竞争，我们必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。

四、清华同方水源热泵的技术特点

　　清华同方开发的水源热泵机组是针对大中型的建筑开发的可以实现模块组合的水-水热泵机组。可以利用地下水和以及江河湖泊的水源以及地热尾水。对不同的水源，可以通过是否加装中间换热器来构成闭式或开式系统。机组在工作时的冷热切换，通过对水系统的管路的切换而实现，氟系统保持稳定不变。

　　根据对制冷压缩机的研究和对市场的预测，规划中的水源热泵包括4种规格：GHP300、GHP500、GHP600、GHP1000。其中GHP300和GHP500为基本模块，分别为2个压缩机独立系统和3压缩机独立系统，GHP600和GHP100为GHP300和GHP500组合体。GHP300在标准地下水制热工况热量为309KW，在标准地下水制冷工况冷量为265KW。

　　清华同方的水源在产品的设计时，采用的技术路线是：选用R22做制冷剂，采用成熟的热泵技术，考虑中国的实际国情，重点放在高出水温度和宽使用温度的实现上，选择并确定压缩机工作点和工作范围，本着节水节能的思想，设计大温差的分段水换热器。氟系统的设计采用分系统完全独立的模块化思想，系统部件数量少而品质精良。控制系统充分考虑多系统的协调统一控制，并设置多种的安全保护，同时考虑水系统的水泵控制和远程的操作。

　　清华同方的水源热泵机组除了具有传统的水源热泵的所有的特点以外，作为针对中国国情设计的系统，其值得注意的特点有：

　　1． 供热出水温度高

　　我们提供的水源热泵在标准的工况下，可以保证出水温度稳定在52℃，在测试和用户实际使用中，曾做过56℃的运行实验。提供高的出水温度，可以提高效率，减小室内侧设备的选型容量，并保证室内的热舒适性。

　　2. 水源侧进出水温差大，节约水资源

　　在机组工作时，水源侧在冬季的进出水温差为7℃，而夏季的进出水温差为10℃。区别于℃传统的5℃的温差设计，可以省水20%-50%，并相应地减少了取水（如打井和水泵运行）的费用。该思想彦启森先生曾在1997年的《我国制冷空调业技术发展现状及前景》中论证过。

　　3．系统优化简洁，部件精良可靠

　　通过对系统的优化设计和独立模块的组合，最终的机组系统相当的简单可靠，但制冷部件选择均为行业中品质精良的品牌，保证机组可靠运行。

　　4．机组容量大，适用范围广

　　机组设计的单机最小的容量为150KW的热量，可以采用开式系统或闭式系统，可以通过打井回灌利用地下水，也可以增加中间换热器利用河水湖水甚至海水。甚至可以利用地热的尾水。

　　5．运行简单、宁静

　　由于采用的智能自动控制，机组的运行相当简单，由于采用了高效的防护消声措施，机组的运行噪音不再难以接受。

五、目前中国水源热泵推广应用中存在的问题

　　水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在一些问题：

　　1. 水源的使用政策

　　我国目前为了保护有限的水资源，制订了《中华人民共和国水法》，各个城市也纷纷制订了自己的《城市用水管理条理》。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，受费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变查。

　　所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。

　　2. 水源的探测开采技术和费用

　　在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。

　　3. 地下水的回灌技术

　　水源热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌，对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑，来考虑回灌技术方式。我们对不同地区的地质结构了解的还不多，这也制约了水源热泵机组的推广使用。

　　4. 整体系统的设计

　　水源热泵系统的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高的水温，但设计的空调

系统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整个系统的效果变差，或者使得整个系统的初投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与。

LHH××-××-XM型厦门锅炉由炉壳、炉壳封头、炉胆、炉胆顶、U型下脚圈、多横火管等主要元件组成。火管与炉壳采用焊接。燃烧方式为单层炉排层燃，负压通风。厦门锅炉燃料在炉胆内燃烧，在引风机作用下，经炉膛、横火管束、引风机、厦门锅炉除尘装置再由烟囱排入大气。

厦门锅炉炉体前端设有压力表、前烟箱、炉门装置、调风装置、盛灰抽屉。

厦门锅炉炉后设有后烟箱、排污装置、与引风机相连的出口窗。前烟箱、后烟箱为可拆卸结构，用户可定期打开，清除飞灰，清理烟管。

炉子左侧装有水位平衡筒与水位计；炉子右侧装有进水阀和止回阀。

炉顶部装有弹簧全启式安全阀、主汽阀等

上述设施在锅炉正常运行时，监视压力和水位。保护锅炉正常运行。

 二、主要规范

 三、性能特点

1．采用单层炉排负压通风，烟气经引风机抽吸，经布袋除尘使烟气排放达标。

2．结构紧凑，占地面积小，受热面积大，热效率较高,外型美观。

3．燃料种类：低位发热值大于5500kcad/kg，挥发份大于20%的焦型煤。

4．该炉装有一平衡筒，可实现高、低水位报警、超压报警、锅炉自动给水等功能。用户订货时根据需要提出，本公司可满足需要。

 四、安装说明

1．安装前的准备工作

⑴承接安装任务的施工单位，必须是经过省锅炉压力容器安全监察机构审查批准的定点安装单位，并具有相应级别的锅炉安装证。

⑵安装前，锅炉使用单位须将锅炉平面布置图、锅炉房周边环境图、锅炉总图和告知书，送当地锅炉安全监察机构审批。

⑶按合同定购的设备清单，对照实物逐一核查，检查其外观质量，并作好验收记录。

⑷组织有关人员学习图样资料，了解锅炉结构，熟悉施工过程，控制各个质量环节。

⑸组织安装所需要的各种材料。

⑹配备安装所需要的各种工具。

⑺安装地点的水、电、路均应通畅。设备、材料均已运到现场。

⑻锅炉基础已养护好，并验收合格。

2．锅炉主体安装

锅炉本体起吊，起重能力不得小于5吨，本体就位后，应校核炉体前、后、左、右是否在标注的尺寸线内，方向是否正确，垂直度与水平是否在允许误差范围内。（倾斜度不大于5毫米）

3．烟囱吊装

⑴烟囱吊装前，应在地面将每段烟囱预装在一起，每段烟囱法兰之间应垫好石棉垫，紧固好每一个螺栓，校核好平直度。

⑵需要安装避雷器的地方，一定要先将避雷器在烟囱上装好，连接好导线。

⑶按烟囱拉绳的方位，装好缆风绳及其附件。

⑷烟囱吊装完毕后，目测并校正垂直度，紧固缆风绳，调整松紧螺丝，使各缆风绳松紧度适宜。

⑸将避雷器导线与地埋电网连接好，并测量其电阻值应符合要求。

4．管道、阀门、仪表及附件安装

⑴管道、阀门、仪表应按图进行安装，并应符合设计要求。

⑵安全阀应在水压试验合格后安装，安全阀的启跳压力为0.73MPa。安全阀排气管应直通到室外安全处，其管径流通截面要足够，排气管底部应有接到安全地点的泄水管。排气管、泄水管上不允许安装任何阀门。

⑶排污管要接至室外安全处或排污扩容器上，排污管尽量减少弯头，并用管卡牢固固定。

⑷主汽管道过长时，要加装伸缩管，外壁要保温。

⑸水位表上要标出最高、最低安全水位红线，水位表旋塞应旋转灵活，不得漏水，泄水管应接至地沟内。

⑹压力表的刻度盘上要画出工作压力红线，防止超压使用。压力表要定期校验。压力表第一次使用，必须校验后才能安装。

⑺给水泵安装方向要正确，保证泵体水平度，铅垂度在允许偏差范围内。拧紧地脚螺丝时，扭力矩一致。进、出水管安装方位正确无渗漏。试运转声音正常，无振动，轴承位升温正常。

5.水压试验

管道、阀门、仪表等安装完毕后，检查清理锅炉内部，对整个系统按《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（1996）的有关规定进行水压试验及验收。水压试验压力为1.05MPa。

6．煮    炉

⑴煮炉前，要检查、清理锅炉内部，炉门开关应灵活，阀门关闭自如，给水泵运转正常，各辅机设备已验收合格。

⑵按下表所列的药品配制成20%的均匀溶液一次加入锅筒内。

药品按100%的纯度计算。

无磷酸三纳时，可用碳酸纳代替，数量为前者的1.5倍。

可单独使用碳酸纳煮炉，数量为6kg/m³水。

⑶煮炉时，炉水应一直保持在正常水位线内，煮炉升压前应将空气阀开启，待蒸汽冒出时即可关闭。当锅炉产生压力时，冲洗水位表和压力表；对锅炉系统范围内的法兰、螺栓紧固一次；检查所有接口有无渗漏，煮炉压力应保持在工作压力75%左右，一般煮炉时间为12小时，若油污锈垢较严重，可适当延长煮炉时间。

⑷煮炉完毕，去除炉膛内燃料，打开炉门让锅炉自然冷却。开启空气阀，工作压力降至零后开排污阀将炉水排出，清除锅壳内沉积物，冲洗锅壳内部及与药液接触过的阀门、水位表水连管等。检查若不符合要求，可进行第二次煮炉。方法同前。

7．安全阀调整

⑴由安全监察机构专职人员进行。安全阀的整定压力为0.73MPa，整定后的安全阀应加铅封。

⑵切勿敲击安全阀上的任何部位。

⑶安全阀未整定的锅炉，禁止运行。

⑷整定好的安全阀严禁用户改调。

 五、使用说明

1．燃烧工作概况

正确的操作运行方法，合理地组织燃烧是实现节约能源的重要途径。

锅炉的接尘抽屉的面板上有一旋钮，它的作用是调节进风门的开度。，锅炉正常运行时，燃料在炉排上燃烧，炉门关闭，进风门适量打开，燃料在炉排上的厚度保持在350mm左右。当锅炉在低负荷运行时，转动旋钮使调风门适量打开；当负荷加大时，燃料量要加大，需要的氧气量增加，转动旋钮使调风门逐渐开大。

燃料在炉排上燃烧一段时间后，燃料表层的灰会增多，氧气与燃料中的可燃物的反应速度减慢，燃料燃烧不望。炉排上形成的灰渣增多，通风不畅，影响炉排上燃料的正常燃烧，此时应进行拨火。方法是：用拨火钩从调风门伸入炉排下，拨动炉排上的燃料，使其表层的灰落入接灰抽屉。拨火完毕后将抽屉抽出，把灰排出。

灰渣排出后，要适时添加燃料。

2．点火及一般操作方法

⑴点火前要对锅炉及配套设施等进行全面检查，确认具备正常运行条件后，将软水缓缓注入炉壳内，水位高于最低安全水位处，关闭给水阀（泵）待水位稳定后，检查有无漏水或其他异常情况。

⑵点火：先在炉排上放置一层引火木柴，点燃木柴，待燃烧火焰稳定后薄撒一层引火煤，引火煤逐渐燃烧后，再投焦型煤。如需加速点火，也可用油喷射到点火燃料上，加快燃烧速度。

⑶燃烧：正常燃烧时，炉门关闭，风门开启，根据燃烧状况和运行要求，适当调整风门开度。

⑷投煤：根据燃烧情况，将焦型煤从炉门均匀投入炉膛内，保持燃料层厚度。若火势燃烧不猛，可拨动炉排上的燃料，将灰捅下来，保证火势正常。

⑸清炉：清炉是清除炉排上的红渣。

3．正常运行及供汽

锅炉正常运行时要求做到，水位正常，蒸汽压力稳定，锅炉房整洁，交接班规范，确保安全运行，防止事故发生。

不断摸索规律，总结操作经验熟练掌握操作技巧，节约燃料，提高运行水平。

运行时注意事项：

⑴锅炉水质必须达到GB1576-2002《工业锅炉水质》标准的规定。

⑵经常观察水位变化，保持水位在正常水位±30mm的范围内，水位表内的水位一般有微微波动现象，如水面静止不动，则水位表内可能有堵塞情况，应立即进行检查或冲洗。

⑶定期冲洗水位表，使水位表玻璃管（板）保持清洁，确保水位清晰、正确、可靠。

⑷经常注意压力变化，尽可能保持压力稳定，如发现压力表读数误差大，应立即校验或更换。压力表弯管应定期冲洗。

⑸注意安全阀的工作是否正常，防止安全阀的阀芯和阀座粘住，必须定期作手动排汽试验或升压试验，以验证安全阀的可靠性。

⑹排污：定期排污（见本章第4条）。

⑺供汽：锅炉汽压接近工作压力，准备向外供汽，其操作方法如下：

①供汽前水位不宜超过正常水位，供汽时，保证锅炉稳定燃烧。

②先将主汽阀微微缓慢开启，让微量蒸汽进入暖管，同时将管道上的疏水阀打开，泄出管内冷凝水，暖管时间根据管道长度、直径、蒸汽温度等情况决定，一般不少于五分钟。

③暖管时，应注意管道的膨胀和管道支架变化情况，如有不正常的现象，应停止暖管，即时排除故障和缺陷。

④待暖管道已热，冷凝水逐渐减少后，再慢慢全开主汽阀。主汽阀开满后，应将手盘退回半圈，以防热胀后不能转动。

⑤再次检验管道及其有关阀门、仪表工作状况，保证其正常工作。

⑻火管为水平布置，每间隔2～3个月，要开启烟箱门疏通管子。

⑼炉胆内的环型卫燃带损坏后必须停炉修复，确保 U下脚不受热。

4．排污、停炉：

A排污:

由于给水内含有矿物质，给水进入锅炉汽化后，矿物质留在锅内浓缩到一定的程度后，就在锅内沉淀下来，蒸发量越大，运行时间越长，沉淀物就越多，为了防止水垢产生，降低传热效果，保证锅水质量，必须进行排污处理。

⑴排污应在低负荷高水位时进行，排污时应密切注意锅炉水位，每次排污降低水位25-40mm为宜。

⑵排污管端应接到排污井内，排污管口一定要朝下方，排污时应有人监护，排毕即时关牢。

⑶排污阀操作：排污阀缓慢稍开，预热管道后再全开，排完后即时关闭。

⑷开启阀门应用手柄或专用扳手，不许用其他加长手炳的方法开启，以免损坏排污阀，引起事故。

⑸水位不正常或发生事故时（满水除外）应立即停止排污。

⑹排污阀应严密不漏。排污完毕，排污阀应关紧，管内不应有水的流动声，巡回检查时，用手触摸排污阀口的引出管道是否有异常情况或温度变化，若有温度则排污阀有渗漏现象，应迅速排除。

B停炉：停炉一般分为正常停炉和紧急停炉。

Ⅰ、正常停炉：

①停止加燃料，让炉内燃料燃烬。

②关闭烟囱挡板。

③进水至最高水位，让其自然缓慢冷却，避免锅炉因温度突然降低产生较大的应力而损坏。

④当锅炉压力降至0时，排除空气后关闭主汽阀。

⑤当炉内水温降到60-70℃时可将炉水放掉。

Ⅱ、紧急停炉：一般是锅炉发生了事故，为了避免事故的扩大而采取的紧急措施。紧急停炉有关规定如下：

①锅炉水位降低到锅炉运行规程所规定的水位下极限以下时。

②不断加大锅炉给水及采取其它措施，但水位仍然下降。

③锅炉水位已升到运行规程所规定的水位上极限以上时。

④压力表、水位表，安全阀失效。

⑤锅炉元件损坏，危及运行人员安全。

⑥其他异常情况，运行且超过安全允许范围。

紧急停炉措施：

①停止加煤，并关闭烟囱挡风板。

②即时清除炉内燃料。

③炉内燃料清除后即打开烟囱挡风板及所有炉门、灰门、促进空气流通，提高冷却速度。

④如因缺水事故而进行紧急停炉时，严禁向锅炉给水，也不能开放空气阀或提升安全阀等有关加强排气的调整工作，以防止锅炉受到突然的温度或压力变化扩大事故。

5．日常保养及维修

锅炉运行期间应注意下列各项：

⑴检查烟道门、炉门关闭是否严密。

⑵检查各阀门接口，有无跑、冒、漏、运行状况是否良好。

⑶检查压力表、水位表、安全阀是否工作正常及符合要求。

⑷检查给水泵系统工作是否正常，水质是否符合要求。

⑸检查锅炉房内的操作规程、岗位责任制、交接班制度等规章的执行情况。

锅炉长期不用的保养方法，有干法和湿法两种，停炉一个月以上应用干保养法；停炉一个月以下，应采用湿保养法。

①   干保养法：

锅炉停用后将炉水放尽，清除锅内的水垢和泥渣，并使受热面干燥（最好采用热风法干燥），然后在锅筒内放置干燥剂，并严密关闭锅炉上、气、水系统所有阀门、手孔。使之与外界大气完成隔绝。

放入干燥剂数量可按锅内容积计算。一般用生石灰（Cao、块状3-4kg/m³）计算。

锅炉内置干燥剂约10天后，应打开检查一次看干燥剂是否失效，如已失效，则应更换有效的干燥剂，放入以后，每隔1-2个月检查一次。

②湿保养法：

湿法保养是向锅水添加氢氧化钠(NaoH）磷酸三纳(Na₃PO₄12H₂O)使锅炉中充满PH值在10以上的水，以抑制水中的溶解氧对锅炉的腐蚀。

锅炉停炉后将锅炉水放尽，清除锅内的水垢和泥渣，关闭所有的阀门和手孔，然后将软化水注入锅炉至最低水位，再将配制好的碱液注入锅炉直至锅水从空气阀中溢出，此时关闭空气阀、给水阀，再开动专用泵进行水循环，以使锅炉内各处的碱性防腐液浓度混合均匀。

当锅炉再次准备运行时，应将所有的防腐液排尽，并用水冲洗干净，再加入软化水使用。

⑹、水质要求:

锅炉给水必须进行水质处理，达到《工业锅炉水质》要求。锅炉给水建议采用锅外化学水处理。若采用锅内加药处理时,必须对锅炉的结垢、腐蚀和水质加强监督，认真做好加药、排污和清洗工作。

采用锅外化学水处理时，水质应符合表1的规定。采用锅内加药水处理时，水质应符合表2的规定。

表1（锅外化学水处理）

表2（锅内加药水处理）

 六、特别注意事项

1．  每半年打开一次人孔、手孔、发现锅壳内元件结垢，要进行煮炉。

2．  压力表要定期校验。新装锅炉压力表必须校验后方可使用。

3．  安全阀每班要人为开启一次，安全阀损坏后必须更换。

4．  每三个月开启一次前、后烟箱，发现烟管堵灰要即时清除。

5．  发现炉膛内的卫燃环损坏时，要立即停炉修复。严禁带伤运行。

6．本说明如有与《蒸汽锅炉安全技术监察规程》（1996）相矛盾之处，则以规程执行。