空气能热泵与水源热泵的区别（水源热泵的能效比对照）_空气能热泵供暖系统的优缺点
暖如家
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2024-06-22 04:03:25
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先来谈谈一个误解：人们普遍认为空气源热泵受冬季空气温度、化霜等因素的影响，它的运行不如水源热泵那样的稳定，它的能效比低于水源热泵，由此推断它的运行成本也高于水源热泵；在设备造价方面，单从两种热泵机组来看（不考虑井、机房、附件的投资），空气源热泵机组的投资远远高于水源热泵。
由此人们认为：空气源热泵在别墅等小型的工程中，具备投资成本低的优势，但在大型的采暖制冷工程中，水源热泵具备投资成本低、运行成本低的优势。
那么，果真如此吗？这种认为是否适合所有的大型工程？事实并非如此。
一、1万㎡住宅楼，选哪个？
现以烟台10000㎡住宅楼采暖制冷工程为例说明此问题：
1.施工造价
据了解，这个工程所在地地下水的情况是，井深100米，水温15℃，水量10吨/小时。机组需要的地下水量是90吨/小时，此工程需要提水井9口，回灌井18口，提水井、回灌井的总造价为150万元；
2.水源热泵的造价
发热量300kw的机组2台（总输入功率138kw)，机组造价40万元；机房土建、机房附件、井的外观网、供热的外管网，造价70万。工程总造价260万元。（价格为作者依据市场行情之大众产品进行估算，欢迎行家文末留言讨论）
3.水源热泵的运行成本
就机组本身而言（不考虑潜水泵的耗电），它运行的能效比可以达到1：4，即消耗138kw的电能可以得到552kw热能；再把潜水泵的耗电加进去（9台*12kw=108kw)，整个系统的实际能效比是（138+108）/552=1：2.2；
根据国家标准JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，烟台计算用的采暖天数111天，室外的平均温度0.5℃，节能住宅在这个平均温度的耗热指标为20.2 w/㎡。电费按0.5元/kwh、末端同时使用系数按100%计算。
则水源热泵机组冬季运行的费用为：
20.2 w/㎡*24h/d*111d*0.5元/kwh/2.2=12.2元/㎡。
4.超低温空气源热泵的造价
此工程需要发热量为71kw(25P)的机组14台，因没有打井、机房、外管网的投资，系统的总造价只有机组和机组的安装费，总造价126万元。
超低温空气源热泵的运行成本：超低温空气源热泵机组在冬季平均温度0.5℃下的能效比为1：3。
则空气源热泵机组冬季运行的费用为：
20.2 w/㎡*24h/d*111d*0.5元/kwh/3=9元/㎡。
热源
施工
设备
平均COP
费用
水源热泵
150万
70万
1：4
12.2元/㎡
空气源热泵
0
126万
1：3
9元/㎡
5.从以上的对比中可以发现
整个系统超低温空气源热泵的造价远远低于水源热泵的造价；超低温空气源热泵冬季的运行费用也低于水源热泵的运行费用。
二、什么情况下水源热泵较有优势？
水源热泵的造价高、运行成本高的原因是由于本工程所在地区的地下水量少造成的。那么，对于井的出水量是否存在着一个拐点，当出水量高于这个拐点时，水源热泵的造价及运行成本就会低于空气源热泵？
笔者对辽宁葫芦岛的水源热泵和空气源热泵进行了计算和对比，从中找到了这个拐点：当井的出水量大于45吨/小时（地下水温在12℃以上，地下水位在-80米以上），水源热泵的造价和运行成本就会低于超低温空气源热泵。
葫芦岛市某区域，地下水温12℃，井深80米，每口井的提水量45吨/小时。经计算10000㎡住宅楼（节能建筑），水源热泵系统造价为136万元，超低温空气源热泵系统造价为126万元；水源热泵冬季的运行成本是15元/㎡，超低温空气源热泵的冬季的运行成本是14.4元/㎡。
因此，对于大型的采暖制冷工程（指建筑面积在5000㎡以上的工程），单口井的出水量在45吨/小时以下时，水源热泵系统的造价、运行费用均高于超低温空气源热泵；单口井的出水量在45吨/小时以上时，水源热泵系统造价、运行费用才会低于超低温空气源热泵。
沿海地区和山区土壤层普遍较浅，地表下10米、20米以下就是岩石层，这些地区地下淡水资源贫乏，一般每口井的出水量很难达到45吨/小时。因此，在我国的寒冷地区、夏热冬冷地区这两个区域中的沿海地区和山区，超低温空气源热泵无论是系统造价还是运行费用均低于水源热泵，它的性能和使用价值将成为这些地区采暖和中央空调的首选产品。
三、水源热泵管控严格
本月，《河北省地下水管理条例》刚刚开始实施。《条例》规定：
在地下水饮用水水源保护区将地下水作为地下水源热泵系统的水源或者擅自开采地热水的；在地下水禁止开采区将地下水作为地下水源热泵系统的水源的；将深层地下水作为地下水源热泵系统的水源的；开采供暖用地热水、利用地下水源热泵系统取水不回灌、不能全部回灌，或者不能全部回灌到同一含水层的，由县级以上人民政府水行政主管部门责令限期关闭取水井，并处五万元以上十万元以下罚款。
其实，除了河北外，更早之前北京等地也都对水源热泵的发展作出了限制、禁止的举措。而之所以这么多地方政府都禁止开采地下水，主要是因为地下水抽上来后难以解决回灌及回灌水与地下水温差过大的问题，从而对水源环境造成破坏。
我国主管部门对开采地下水有严格管理，为保证地下水源热泵系统长期正常运行，补充地下水源，调节水位，维持储量平衡，必须进行100%同层回灌。假如不能实现100%同层回灌，则会造成地下水位下降，出现漏斗、地面沉降、塌陷等次生灾害。目前，采用地下水源采暖，在技术和监管上很难保证回灌。
四、空气源热泵供暖优势明显
由于地下水采暖技术发展还不成熟，对地下水水位和地下水水质都会造成较大的影响，而且还要受当地的水文条件限制，从这个意义上说暂不具备作为节能环保示范项目的条件。而空气源热泵这两年在北方煤改电的过程中得到大力的推广和应用，事实证明无论是集中供暖还是分户供暖，空气源热泵都有着较为明显的优势。
1.运行费用低，投资回报率高
空气源热泵是消耗极少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，采暖过程中将热量转移到水中，即使在低温环境下，通过热水或热风循环，将热量传达室内，恒温控制在18℃～20℃，达到国家采暖标准。
空气源热泵适应性广，在平均气温为-5℃的环境温度下，每耗一度电，可产生3度电以上的热量，节能效益达到75%，而在-15℃的环境下，消耗1度电，也可产生2度电以上的热量。冬季季节综合能源利用率≥3.0，一次能源利用率可达0.825～1.122，季节综合一次能源利用率为0.97，远高于电直接供暖和燃煤、燃气供暖的方式。
以河北、山东多地的多个空气源热泵小区集中采暖的投资项目来看，在电费在0.5元/度左右的时候，单个采暖季项目运行费用普遍在13.5元~16.5元/㎡之间。而市政供暖的收费则普遍在22元~26元/㎡。其节能性和投资回报率一目了然。多个项目在收取供暖开口费之后即可保证顺利投资、运营，很短年限之内即可实现盈利。
2.投资小，占用空间小
传统集中供暖初投资大，锅炉、管道管件、散热器或地暖等投资，每100㎡住宅建筑均花费1.4万元以上，还要占地，消耗金属材料超700KG，使用寿命一般在10—15年，管网铺设、维修，占用市政道路，扰民严重。
热泵分布式供暖，没有集中供热系统所必须具备的热源厂、一次网、换热站、二次网、用户散热设施等环节，接电就可以供暖，使用功率分配系统，可有效的避免电力增容。与城市热力管网相比，省去开挖道路，铺设热力管道的巨额投资，省时、省钱。
3.电力充裕且电价会越来越低
随着我国电力建设快速发展，电厂的排放限值已经达到了超低排放，100万伏的特高压电网，送电距离达到1000公里，电力供应已经形成供大于求的状况。核能、水能、风能、太阳能和生物质能等清洁可再生能源发电，所占比重越来越高。
由于电力需求疲软，弃风电弃光电现象严重，电力消纳已经成为主要矛盾。热泵、地热能等电驱动提热技术和产品已经成熟，电能供热效率已经高于燃煤、燃气和燃油供热。
为大力发展电采暖，国家发展改革委制定了《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》，“适宜煤改电的地区，要通过完善峰谷分时制度和阶梯价格政策，创新电力交易模式，健全输配电价体系等方式，降低清洁供暖用电成本。”
4.弥补城市集中供热未覆盖地区
北方地区由于经济高速发展，城市化进程不断加快，城市人口快速增长，许多地区供暖问题矛盾日益突出，给政府和热力公司增添了巨大压力，单纯靠热力公司解决此类问题是不大现实的，新能源热力供暖中心建设快、周期短，10万平方采暖一个月左右可建设完成，快速解决居民用户需求，为政府解决民生一大难题。
5.市场化运作，不增加政府负担
新能源热力供暖中心可采用PPP模式建设，投资方和用能方、建设维护方三者合作，纯市场化手段操作，不增加政府任何资金负担。财政部、住房城乡建设部、环境保护部和国家能源局紧急响应，印发《关于开展中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点工作的通知》，《通知》明确提出：应积极探索采取政府与社会资本合作（PPP）等市场化模式建设运营清洁取暖项目，完善价格和收费政策，调动企业和社会资本参与清洁取暖改造积极性。
6.有利于城市管理
城市热力管网需多处开挖道路，铺设热力管道，造成人力、物力浪费，建成的管网也需大量人力、物力维护，给城市管理增加了巨大压力，采用新能源热力供暖中心不需要铺设长距离管网，利于城市管理。
使用空气源热泵分布式采暖，使用户直接面对经营企业。各级政府不用再为协调供热企业与用户之间的矛盾操心费力，政府财政不必再为保障供热补贴大笔资金，市政道路也不用再为热网改造、抢修而变得拥堵不堪。
有利电网的安全运行。利用夜间的谷期电供暖可有效缓解白天用电高峰，减少峰谷电巨大差额，使电网更安全高效运行。
由此人们认为：空气源热泵在别墅等小型的工程中，具备投资成本低的优势，但在大型的采暖制冷工程中，水源热泵具备投资成本低、运行成本低的优势。
那么，果真如此吗？这种认为是否适合所有的大型工程？事实并非如此。
一、1万㎡住宅楼，选哪个？
现以烟台10000㎡住宅楼采暖制冷工程为例说明此问题：
1.施工造价
据了解，这个工程所在地地下水的情况是，井深100米，水温15℃，水量10吨/小时。机组需要的地下水量是90吨/小时，此工程需要提水井9口，回灌井18口，提水井、回灌井的总造价为150万元；
2.水源热泵的造价
发热量300kw的机组2台（总输入功率138kw)，机组造价40万元；机房土建、机房附件、井的外观网、供热的外管网，造价70万。工程总造价260万元。（价格为作者依据市场行情之大众产品进行估算，欢迎行家文末留言讨论）
3.水源热泵的运行成本
就机组本身而言（不考虑潜水泵的耗电），它运行的能效比可以达到1：4，即消耗138kw的电能可以得到552kw热能；再把潜水泵的耗电加进去（9台*12kw=108kw)，整个系统的实际能效比是（138+108）/552=1：2.2；
根据国家标准JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》，烟台计算用的采暖天数111天，室外的平均温度0.5℃，节能住宅在这个平均温度的耗热指标为20.2 w/㎡。电费按0.5元/kwh、末端同时使用系数按100%计算。
则水源热泵机组冬季运行的费用为：
20.2 w/㎡*24h/d*111d*0.5元/kwh/2.2=12.2元/㎡。
4.超低温空气源热泵的造价
此工程需要发热量为71kw(25P)的机组14台，因没有打井、机房、外管网的投资，系统的总造价只有机组和机组的安装费，总造价126万元。
超低温空气源热泵的运行成本：超低温空气源热泵机组在冬季平均温度0.5℃下的能效比为1：3。
则空气源热泵机组冬季运行的费用为：
20.2 w/㎡*24h/d*111d*0.5元/kwh/3=9元/㎡。
热源
施工
设备
平均COP
费用
水源热泵
150万
70万
1：4
12.2元/㎡
空气源热泵
0
126万
1：3
9元/㎡
5.从以上的对比中可以发现
整个系统超低温空气源热泵的造价远远低于水源热泵的造价；超低温空气源热泵冬季的运行费用也低于水源热泵的运行费用。
二、什么情况下水源热泵较有优势？
水源热泵的造价高、运行成本高的原因是由于本工程所在地区的地下水量少造成的。那么，对于井的出水量是否存在着一个拐点，当出水量高于这个拐点时，水源热泵的造价及运行成本就会低于空气源热泵？
笔者对辽宁葫芦岛的水源热泵和空气源热泵进行了计算和对比，从中找到了这个拐点：当井的出水量大于45吨/小时（地下水温在12℃以上，地下水位在-80米以上），水源热泵的造价和运行成本就会低于超低温空气源热泵。
葫芦岛市某区域，地下水温12℃，井深80米，每口井的提水量45吨/小时。经计算10000㎡住宅楼（节能建筑），水源热泵系统造价为136万元，超低温空气源热泵系统造价为126万元；水源热泵冬季的运行成本是15元/㎡，超低温空气源热泵的冬季的运行成本是14.4元/㎡。
因此，对于大型的采暖制冷工程（指建筑面积在5000㎡以上的工程），单口井的出水量在45吨/小时以下时，水源热泵系统的造价、运行费用均高于超低温空气源热泵；单口井的出水量在45吨/小时以上时，水源热泵系统造价、运行费用才会低于超低温空气源热泵。
沿海地区和山区土壤层普遍较浅，地表下10米、20米以下就是岩石层，这些地区地下淡水资源贫乏，一般每口井的出水量很难达到45吨/小时。因此，在我国的寒冷地区、夏热冬冷地区这两个区域中的沿海地区和山区，超低温空气源热泵无论是系统造价还是运行费用均低于水源热泵，它的性能和使用价值将成为这些地区采暖和中央空调的首选产品。
三、水源热泵管控严格
本月，《河北省地下水管理条例》刚刚开始实施。《条例》规定：
在地下水饮用水水源保护区将地下水作为地下水源热泵系统的水源或者擅自开采地热水的；在地下水禁止开采区将地下水作为地下水源热泵系统的水源的；将深层地下水作为地下水源热泵系统的水源的；开采供暖用地热水、利用地下水源热泵系统取水不回灌、不能全部回灌，或者不能全部回灌到同一含水层的，由县级以上人民政府水行政主管部门责令限期关闭取水井，并处五万元以上十万元以下罚款。
其实，除了河北外，更早之前北京等地也都对水源热泵的发展作出了限制、禁止的举措。而之所以这么多地方政府都禁止开采地下水，主要是因为地下水抽上来后难以解决回灌及回灌水与地下水温差过大的问题，从而对水源环境造成破坏。
我国主管部门对开采地下水有严格管理，为保证地下水源热泵系统长期正常运行，补充地下水源，调节水位，维持储量平衡，必须进行100%同层回灌。假如不能实现100%同层回灌，则会造成地下水位下降，出现漏斗、地面沉降、塌陷等次生灾害。目前，采用地下水源采暖，在技术和监管上很难保证回灌。
四、空气源热泵供暖优势明显
由于地下水采暖技术发展还不成熟，对地下水水位和地下水水质都会造成较大的影响，而且还要受当地的水文条件限制，从这个意义上说暂不具备作为节能环保示范项目的条件。而空气源热泵这两年在北方煤改电的过程中得到大力的推广和应用，事实证明无论是集中供暖还是分户供暖，空气源热泵都有着较为明显的优势。
1.运行费用低，投资回报率高
空气源热泵是消耗极少的电能，吸收空气中大量的低温热能，通过压缩机的压缩变为高温热能，采暖过程中将热量转移到水中，即使在低温环境下，通过热水或热风循环，将热量传达室内，恒温控制在18℃～20℃，达到国家采暖标准。
空气源热泵适应性广，在平均气温为-5℃的环境温度下，每耗一度电，可产生3度电以上的热量，节能效益达到75%，而在-15℃的环境下，消耗1度电，也可产生2度电以上的热量。冬季季节综合能源利用率≥3.0，一次能源利用率可达0.825～1.122，季节综合一次能源利用率为0.97，远高于电直接供暖和燃煤、燃气供暖的方式。
以河北、山东多地的多个空气源热泵小区集中采暖的投资项目来看，在电费在0.5元/度左右的时候，单个采暖季项目运行费用普遍在13.5元~16.5元/㎡之间。而市政供暖的收费则普遍在22元~26元/㎡。其节能性和投资回报率一目了然。多个项目在收取供暖开口费之后即可保证顺利投资、运营，很短年限之内即可实现盈利。
2.投资小，占用空间小
传统集中供暖初投资大，锅炉、管道管件、散热器或地暖等投资，每100㎡住宅建筑均花费1.4万元以上，还要占地，消耗金属材料超700KG，使用寿命一般在10—15年，管网铺设、维修，占用市政道路，扰民严重。
热泵分布式供暖，没有集中供热系统所必须具备的热源厂、一次网、换热站、二次网、用户散热设施等环节，接电就可以供暖，使用功率分配系统，可有效的避免电力增容。与城市热力管网相比，省去开挖道路，铺设热力管道的巨额投资，省时、省钱。
3.电力充裕且电价会越来越低
随着我国电力建设快速发展，电厂的排放限值已经达到了超低排放，100万伏的特高压电网，送电距离达到1000公里，电力供应已经形成供大于求的状况。核能、水能、风能、太阳能和生物质能等清洁可再生能源发电，所占比重越来越高。
由于电力需求疲软，弃风电弃光电现象严重，电力消纳已经成为主要矛盾。热泵、地热能等电驱动提热技术和产品已经成熟，电能供热效率已经高于燃煤、燃气和燃油供热。
为大力发展电采暖，国家发展改革委制定了《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》，“适宜煤改电的地区，要通过完善峰谷分时制度和阶梯价格政策，创新电力交易模式，健全输配电价体系等方式，降低清洁供暖用电成本。”
4.弥补城市集中供热未覆盖地区
北方地区由于经济高速发展，城市化进程不断加快，城市人口快速增长，许多地区供暖问题矛盾日益突出，给政府和热力公司增添了巨大压力，单纯靠热力公司解决此类问题是不大现实的，新能源热力供暖中心建设快、周期短，10万平方采暖一个月左右可建设完成，快速解决居民用户需求，为政府解决民生一大难题。
5.市场化运作，不增加政府负担
新能源热力供暖中心可采用PPP模式建设，投资方和用能方、建设维护方三者合作，纯市场化手段操作，不增加政府任何资金负担。财政部、住房城乡建设部、环境保护部和国家能源局紧急响应，印发《关于开展中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点工作的通知》，《通知》明确提出：应积极探索采取政府与社会资本合作（PPP）等市场化模式建设运营清洁取暖项目，完善价格和收费政策，调动企业和社会资本参与清洁取暖改造积极性。
6.有利于城市管理
城市热力管网需多处开挖道路，铺设热力管道，造成人力、物力浪费，建成的管网也需大量人力、物力维护，给城市管理增加了巨大压力，采用新能源热力供暖中心不需要铺设长距离管网，利于城市管理。
使用空气源热泵分布式采暖，使用户直接面对经营企业。各级政府不用再为协调供热企业与用户之间的矛盾操心费力，政府财政不必再为保障供热补贴大笔资金，市政道路也不用再为热网改造、抢修而变得拥堵不堪。
有利电网的安全运行。利用夜间的谷期电供暖可有效缓解白天用电高峰，减少峰谷电巨大差额，使电网更安全高效运行。
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