水源熱泵系統(tǒng)介紹同名1358

1、水源熱泵系統(tǒng)介紹（同名1358）水源熱泵系統(tǒng)介紹INTEODUCTION TO WATER-SOUECE HEAT PUMP SYSTEM一、水源熱泵技術(shù)的概念和工作原理水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽 能和地?zé)崮芏纬傻牡臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。地球表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水，地表的河流和湖泊和海洋 中，吸收了太陽進入地球的相當(dāng)?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水 源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，由于水源溫度 低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季

2、，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空 氣或水作為載冷劑提升溫度后送到建筑物中。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。水源熱泵機組工作的原理示圖如下：水源熱泵根據(jù)對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)是指在水側(cè)為一組閉式特循環(huán)的換熱套管， 該組套管一般水平或垂直埋于 地下或湖水海水中，通過與地壤或海水換熱來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。（其中埋于土壤中的系統(tǒng)又稱土壤源熱泵，埋于海水中的系統(tǒng)又稱海水源熱泵）。開式系統(tǒng)是指從地下抽水或地表抽水后經(jīng)過換熱器直接排放的系統(tǒng)。與鍋爐（電、燃料）和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比，水源熱泵具明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90%98

3、%的電能或7090%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶使用，因此地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，由于水源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為1025C，其制冷、制熱系數(shù)可達3 54 4,與傳統(tǒng)的空氣熱源泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調(diào)的5060%，因此，近十幾年來，尤其是近五年來，水源熱泵空調(diào) 系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中北歐如瑞士、瑞典等國家取得了較快的發(fā)展，中國 的水源熱泵市場也日趨活躍，可以預(yù)計，該項技術(shù)將會成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。在中國的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中，由于國家的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r和政策的影響，在 相當(dāng)長的時期中

4、，北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問題，在南方以水冷機組解決 夏季制冷問題。在二十世紀(jì)八十年代以后，制冷機組的方式開始多樣化，此時，出 現(xiàn)了溴化鋰機組、風(fēng)冷機組，機組的容量也從原有的大中型機組過渡為大中小型機 組，在二十世紀(jì)九十年代以后，對于取暖方式也開始有新的嘗試和探討，特別是隨 著要持續(xù)發(fā)展和公眾環(huán)保意識的提高，世界和中國能源利用的結(jié)構(gòu)都正在轉(zhuǎn)變，從 原有的煤、石油取暖過渡到以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最為嚴(yán)重 的城市之一，其治理大氣污染的政策中就包括能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，從以煤為主改為天 然氣和電力替代能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問題， 可是天 然氣和石油等屬于不可

5、再生的能源， 從可持續(xù)發(fā)展的角度看，必須提高能源利用率 或者尋找可以再生的能源，而水源熱泵機組就是比較理想的一種設(shè)備。二、水源熱泵的特點由于水源熱泵技術(shù)利用地表水作為空調(diào)機組的制冷制熱的源，所以共具有以下 特點：1、屬可再生能源利用技術(shù)水源熱泵是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量 轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表的部 分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器， 收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水 體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系 統(tǒng)，地表的土壤和水體

6、自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。 這使得利 用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能作為可能。所以說，水源熱泵利用 的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。2、高效節(jié)能水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22C，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35C，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻 效果好于風(fēng)冷式各冷卻塔式，機組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計 安裝良好的水源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶3040%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。3、運行穩(wěn)定可靠水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是 很好的熱泵

7、熱源和空調(diào)冷源， 水體溫度較恒定的特性， 使得熱泵機組運行更 可靠、 穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除 雷等難點問題。4、環(huán)境效益顯著水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗 一次能源并導(dǎo)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的 污染就小。設(shè)計良好的水源熱泵機組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng) 于減少30%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上。水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A,R407C和R410A等替代共質(zhì)。水源熱泵機組的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒， 沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放

8、燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送 熱量。5、一機多用，應(yīng)用范圍廣水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可 以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。 特別是對于同時有供熱和供冷 要求的建筑物，水源熱泵存著明顯的優(yōu)點。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一 套設(shè)備可以同時滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。水源熱泵可 應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等到建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅 住宅的采暖、空調(diào)。6、自動運行水源熱泵機組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計簡單的系統(tǒng)，部件較少，機組運行 簡單可靠，維護費用低，自動控制，程度高，使用壽命長可達到15年以上。當(dāng)然，象任何事物一樣，水源熱泵

9、也不是十全十美的，其應(yīng)用也會受到制約。（1） 可利用的水源條件限制水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實在實際工程中，不同的 水資源利用的成本核算差異是相當(dāng)大的。 所以在不同的地區(qū)是否有合適的 水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個關(guān)健。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系 統(tǒng)一般成本較高。而開式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱 泵的限制條件。對開式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度，水量和清潔 度。（2） 水層的地理結(jié)構(gòu)的限制對于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確保 可以在經(jīng)濟條件下打井找到合適的水源，同時還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土 壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。（3）

10、投資的經(jīng)濟性由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響，水 源的基本條件的不同，一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不 同。雖然總體來說，水源熱泵的運行效率較高、費用較低。但與傳統(tǒng)的空 調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng) 濟性會有所不同。三、國內(nèi)外水源熱泵的發(fā)展及特點在國外，關(guān)于水源熱泵的研究分屬于兩種熱泵系統(tǒng)，一種為地源熱泵，一種為 海水熱泵。 其中地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十所的歷史， 但發(fā)展相當(dāng)迅 速。 如美國，截止1985年全國共有14000臺地源熱泵，而 佃97年就安裝了45000臺，到目前為止已安裝了400000臺，而且每年

11、以10%的速度增長。佃98年美國商 業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中新建筑中占30%。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源環(huán)境研究中心（Energy&Environmental ResearchCente）美國地下水資源聯(lián)合會（National Ground Water Association、愛迪生電力研究所（Edison Electric Institute）及人多地源熱泵制造設(shè)計銷售公司 以及政府機構(gòu)和建筑商等146家成員組成的美國地源熱泵協(xié)會， 該協(xié)會在近年中將 投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計劃到2001年達到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標(biāo)，其中水源熱泵

12、占15%，屆時將降低溫室氣體排放1百萬噸，相 當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植1百萬英畝，年節(jié)約能源費用達4.2億美 元，此后，每年節(jié)約能源費用再增加17億美元。美國水源熱泵的制造廠商有著名的公司有Addison Products Company、Advanced Geothermal Technology Carrier Corporation、Climatemaster、Inc、EconarEnergy Systems Corporation FHP Manufacturing Mannoth Inc The Trane CompanyWaterFurnace internation

13、al等公司。美國的水源熱泵的研究和應(yīng)用更偏 重用于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)（20RT以下），多采用水空氣系統(tǒng)，如大家熟知的TRANE等推出的產(chǎn)品，在大型建筑方面，美國推行WLHP系統(tǒng)，即水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國 家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤管（埋深400米深的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計，為粗用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。同時，中、北歐水 源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。中國最早在50年代，就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水 制冷，天津大學(xué)熱

14、能研究所呂燦仁教授開展了我國熱泵的最早研究，佃65年研成功國外第一臺水冷式熱泵空調(diào)機。目前，國內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大字、天津商學(xué)院、中國科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機構(gòu)都在對水源熱泵進 行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已 建成數(shù)個示范工程。國內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽富爾達是比 較早的水源熱泵制造廠家， 但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機組 改造為水源熱泵。中國的水源熱泵的研究和應(yīng)用才剛剛起步，與國外相比，在熱泵 機組的優(yōu)化設(shè)計和工程應(yīng)用上還存在較大差距。目前，世界特別看好中國的市場。美國能源部和中國科技部于佃97年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合同協(xié)定書，其中主要內(nèi)容之一是“地源熱泵”，該項目擬在中國的北京、杭州和廣州3個城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商 業(yè)建筑，以推廣運用這種“綠色技術(shù)”緩解中國對煤炭和石油的依賴程度，從而達 到能源資源多元化的目的。據(jù)稱“華亭嘉園“即是此項目的應(yīng)用。2000后6月佃至23日在北京由國家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)量化司如開了中美地?zé)岜眉夹g(shù) 交流會，會議的主題就是提高運用地?zé)岜眉夹g(shù)為住宅水區(qū)或公用