引言

热泵(制冷机)是通过作功使热量从温度低的介质流向温度高的介质的装置。水(地)源热泵是在热泵技术基础上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)的一种既可供热又可制冷的高效节能环保型空调系统。水(地)源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，即可实现低温热源向高温热能的转移，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源。在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内的热用户；在夏季，把室内的热量取出来，释放到地层中去。其中水源热泵地温空调只是一种利用地下水的热泵空调，而家用型水源热泵地温空调则是针对住宅而开发的一种利用地下水作介质的家用型水源热泵地温空调。本文主要分析家用型水源热泵地温空调研究开发的相关问题。

1热泵与地温技术及在家用领域开发存在的问题

1.1热泵及地温技术的发展近况

随着经济的发展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和制冷已成为普遍的需求。在发达国家中，供热和制冷的能耗可占到社会总能耗的25～30％。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是煤炭，大量燃烧矿物燃料所产生的环境影响已日益成为政府关注的焦点。因此，除了大型集中供热的方式以外，急需发展其它的替代供热方式。热泵技术是能有效节省能源，减少大气污染和CO2排放的供热和制冷新技术，地源热泵技术又是一种进一步利用地能的空调新技术。

热泵技术的存在已有一定的历史时期，但地源热泵真正意义上的民商应用，在国外还只有十多年的历史，在国内则是近几年才开始起步。其应用领域主要集中在中央空调和商用空调大系统中，而应用于住宅的家用小型系统目前还处在探索阶段。近几年甚至在市面上还出现了不带热泵只有水泵的地温空调产品。

1.2与建筑物相关的热泵系统分类

目前，以建筑物的供热和制冷为目的的热泵系统有许多种类，例如有利用建筑通风系统的热量(冷量)的热回收型热泵和应用于大型建筑内部不同分区之间的水环热泵系统等。而用于住宅的家用型热泵技术，主要是利用周围环境空气或地能作为空调冷热源的热泵系统。就其性质来分，国外文献通常把它们分为空气源热泵和地源热泵两大类。地源热泵又可进一步分为地表水热泵、地下水热泵和地下耦合热泵。国内对热泵系统的术语尚未形成规范，有多种称呼方式，目前商业上比较通用的分类为：把同室外空气换热的空调称为风冷热泵空调；把利用冷却塔水源作为冷却水的空调机组称为冷水机组；把利用江河湖泊水源作为冷却水源既能制冷又可采暖的空调称为水源热泵空调；把在地下埋管换热冷却空调水的既制冷又制热的空调称为地源热泵或称为土壤热泵地温空调；把采用取水还水利用地下沙层中的对流冷却空调水的既制冷又制热的空调称为水源热泵地温空调。但此类称谓也不是热泵技术在商业领域的唯一称谓术语。

1.3现有热泵技术在家用领域存在的问题

家用空调新产品的研究发展趋势应朝着节能、环保、初始投资低、分户控制、单独计量、施工简单、维护方便的方向发展。现有热泵技术在家用空调领域的应用存在以下问题。

(1)空气源(风冷)热泵空调是应用于家用空调最典型的例子，它以室外空气作为一个热源。在供热工况下将室外空气作为低温热源，从室外空气中吸收热量，经热泵提高温度送人室内供暖。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。其在冬季制热量随室外温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时，需要用电或其它辅助热源对空气进行加热。同时，在供热工况下蒸发器上会结霜，需要定期除霜，这也需消耗很大的能量。在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作。 [NextPage]

(2)冷水机组是利用冷却塔系统与空气交换能量，其初始投资高，又占空间，因此一般只适合于中央空调系统和商用系统。若用于家用系统，它既不经济又没有足够的存放空间；如果采用集中供热，分散使用来分摊初始投资，又面临分户控制和分户计量的问题。而且冬季寒冷天气冷却塔易结冰，导致不能正常使用。因此它在冬季制热运行也需要辅助加热系统。

(3)地源(地下耦合)热泵系统需要在建筑物周围大面积埋管，不仅投资大，而且施工操作和维护都不方便。另外，水源热泵空调是利用江河湖泊水源，受地理环境限制较大，若采用造人工湖的方式改造地理环境来做家用空调系统投资更大。

2家用型水源热泵地温空调开发综述

2.1总体设计思路

根据上述热泵技术及地温技术在家用空调领域应用的分析，我们采取了综合运用各种现有技术优势，针对家用空调系统特点，解决一些存在的技术难点，弥补了相关技术在此领域的缺陷，其总体设计思路如下：

总体借鉴中央空调系统思路，主体采用热泵技术，利用沉井获取地能，末端揉合水源热泵分体机技术，地能输出端增加储能箱及水流控制与计量装置，采取调整回路方式减少高成本材质的使用。通过以上措施，使开发的家用空调系统能满足节能、环保、初始投资低、可分户控制、单独计量、施工维护简单的要求。特别是该新技术将总体设计思路构架在空调现有技术及产品基础上的整合与提升，技术实施及产品实现非常容易，有效避免了一般新产品在开发期必须面对的大量资金投人；避免了一般新产品在技术成长期所面临的产品性能不稳定、质量不过关、产品外观低于原有传统产品的现象。

2.2系统结构及工作原理

该系统组成部分由沉井、水泵、地下水输出的计量与控制装置、地能储水箱、针对每户冷热负荷选型的分户热泵主机、针对户内每个房间冷热负荷而选型的现有水源热泵分体挂机及柜机，以及各分体机房间的线控或遥控装置等，外加管路装置。

该系统各组成部分的内在联系由三个循环回路实现。第一循环是在沉井与热泵之间，该环路是为了实现地能与热泵系统的能量提取与交换，其管路材质采用镀锌管、PVC管等普材，管内介质是地温水(冷却水)，能量消耗是水泵所需的少量电能。第二循环是热泵技术自身循环，由蒸发器与冷凝器、压缩机、节流阀、换向装置等组成，其管路材质是铜管，管内介质是制冷剂，能量消耗是压缩机所需电能。该循环输人电能后，通过换向装置，在供热工况下实现提取第一循环地下水所交换的热能，通过热泵制冷剂