水源熱泵基本知識

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一、 水源熱泵基本知識

（一） 基本概念

水源中央空調(diào)系統(tǒng)是一種從地下水資源中提取熱量的高效、節(jié)能、環(huán)保、再生的供熱（冷）系統(tǒng)。該系統(tǒng)是成熟的熱泵技術(shù)、暖通空調(diào)技術(shù)配套地質(zhì)勘察成井技術(shù)于一體，在相對穩(wěn)定的水體溫度下高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。水源中央空調(diào)系統(tǒng)是由末端（室內(nèi)空氣處理末端等）系統(tǒng)、水源中央空調(diào)主機(jī)（又稱為水源熱泵）系統(tǒng)和水源水系統(tǒng)三部分組成。為用戶供熱時，水源中央空調(diào)系統(tǒng)從水源中提取低品位熱能，通過電能驅(qū)動的水源中央空調(diào)主機(jī)（熱泵）“泵” 送到高溫?zé)嵩矗詽M足用戶供熱需求。為用戶供冷時，水源中央空調(diào)系統(tǒng)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源中央空調(diào)主機(jī)（制冷）轉(zhuǎn)移到水源水中，以滿足用戶制冷需求。

    用戶（室內(nèi)末端等）系統(tǒng)由用戶側(cè)水管系統(tǒng)、循環(huán)水泵、水過濾器、靜電水處理儀、各種末端空氣處理設(shè)備、膨脹定壓設(shè)備及相關(guān)閥門配件等組成。

    水源中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、各種制冷管道配件和電器控制系統(tǒng)等組成。

    水源水系統(tǒng)由取水裝置、取水泵、各種水處理設(shè)備、水源水管系統(tǒng)和閥門配件等組成。

制冷工況的實現(xiàn)只需通過合理地設(shè)計用戶系統(tǒng)和水源水系統(tǒng)管道和閥門，切換閥門來實現(xiàn)進(jìn)蒸發(fā)器的水源水改進(jìn)冷凝器，進(jìn)冷凝器的用戶系統(tǒng)循環(huán)水改進(jìn)入蒸發(fā)器，以達(dá)到制冷的目的。（反之則為供熱工況）

    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(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的冷暖空調(diào)系統(tǒng)。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)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散相對的均衡。這使得利用儲存于其中的似乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵是利用可再生能源的一種有效途徑。

（二）      水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)的工作原理圖

在上圖中，供水井的地下水通過潛水泵進(jìn)入機(jī)組并進(jìn)行能量提取后回灌入回水井，構(gòu)成井水循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)組提取地下水中的低位能量并將其聚變?yōu)楦呶荒芰?，然后輸送給冷暖水循環(huán)系統(tǒng)(用戶末端)。整個系統(tǒng)僅消耗電能，無任何污染。由于地下水循環(huán)使用．因此也不會造成地層沉降。主機(jī)占地面積比傳統(tǒng)方式大大減少，可放置在地下室等空間。

(三)水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)水源應(yīng)用條件

  一般來說，水源條件主要取決于四個因素，即水源水的獲取、水量、水溫、水質(zhì)

   1  水源水的獲取

　    地表水、湖水、江河水、城市廢水、工業(yè)廢水等水源的利用政府一般不進(jìn)行干預(yù)。但地下水（打井）需報節(jié)水辦批準(zhǔn)。

　 2　水源水量

      水源水量能否滿足工程要求,取決于以下因素：

1) 建筑冷熱負(fù)荷大小

2) 空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行方式

3) 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案

4) 水源水的溫度　　

（三） 水源熱泵機(jī)組的特點

節(jié)能性

　　與常規(guī)冷水機(jī)組比，常規(guī)機(jī)組散熱是在冷卻水30-35℃或32-37℃情況下散熱，但水源熱泵的散熱情況是在地下水溫度中散熱，溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)機(jī)組，由于溫差原因散熱能力被大大提高、耗電量被大幅度降低，同型號設(shè)備水源熱泵機(jī)組比常規(guī)設(shè)備制冷量提高20%-30%，耗電量降低15%左右。

環(huán)保潔凈

l 沒有燃燒過程，避免了排放任何煙塵及有害物質(zhì)，社會效益顯著。

l 自由運(yùn)用地表水資源，又可成功地控制地面沉降。

l 利用城市已有的地?zé)豳Y源的棄水，既解決了熱污染問題，又進(jìn)一步提高能效比

節(jié)水省地

l 以地表水為源體，向其吸收或放出能量，即不消耗水資源，也不會對其造成污染。

l 省去了鍋爐房，冷卻塔及附屬的煤場、渣場所占用的寶貴面積。

節(jié)能經(jīng)濟(jì)

l 能源利潤率為傳統(tǒng)方式的3~4倍，投入1KW的電能可得到3~4KW以上的制冷或供熱的能量。

l 初投資是其它中央空調(diào)系統(tǒng)的2/3，運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省1/2~1/3。

靈活安全

l 真正做到“一機(jī)兩用”。利用地下水熱泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了設(shè)備的利用率。

l 機(jī)組可靈活地安置在任何地方，節(jié)約空間。系統(tǒng)末端亦可作多種選擇。

l 無儲煤、儲油罐等衛(wèi)生及安全隱患。

l 自動化程度高，無需專業(yè)人員操控。

用途廣泛

l 從嚴(yán)寒地區(qū)至熱帶地區(qū)均適用。 在冬季不結(jié)凍地區(qū)的江、河、湖、水等均可得到有效利用

l 可為辦公樓、賓館、醫(yī)院、飯店、超市、幼兒園、別墅、居民小區(qū)等提供中央空調(diào)系統(tǒng)，并可同時提供生活熱水。

l 可為紡織、化工、食品、電子等行業(yè)提供工藝?yán)鋬鏊?/span>

運(yùn)行可靠

l 機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定，幾乎不受環(huán)境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減，更無結(jié)霜除霜之慮了。

l 機(jī)組主要零部件全部采用進(jìn)口設(shè)備，維護(hù)簡單，主機(jī)運(yùn)行壽命可達(dá)15年以上。

（五）水源熱泵中央空調(diào)的市場前景

1. 本項目是一種利用低位能源（空氣、土地、水、太陽能、工業(yè)廢熱等）代替一部分高位能源（煤、石油、電能等）以實現(xiàn)節(jié)能目的的高新技術(shù)，由于其所具備的高熱能轉(zhuǎn)換效率（1：4），無污染，運(yùn)行成本低，便于物業(yè)管理，系統(tǒng)使用壽命長等特點，備受世界能源、環(huán)保組織和發(fā)達(dá)國家推崇，并被市場廣泛接受，自八十年代以來，年增長率一直保持在20%以上。如美國，85年只有14000臺水源熱泵，99年末統(tǒng)計，已安裝了400000臺。水源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的20%，其中新建筑中占30%，這樣將降低溫室氣體1百萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元，美國的水源熱泵研究和應(yīng)用偏重于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)（60KW以下），而中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家則偏重于大型機(jī)組。據(jù)99年統(tǒng)計，水源熱泵在新建房屋中的利用率，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

2. 在未來的幾年中，中國面臨著巨大的能源壓力。中國經(jīng)濟(jì)在保持較高速度增長的同時,必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問題。所以要求提高能源利用率，要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的方向就是從以煤為主轉(zhuǎn)為以燃?xì)?、電為主?/span>中國政府已于一九九七年與美國政府簽訂熱泵技術(shù)引進(jìn)協(xié)議；國家建設(shè)部1999年提出在10年內(nèi)建筑節(jié)能效率要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高50%；北京市政府已明令在四環(huán)以內(nèi)，撤掉所有燃煤鍋爐，在三年內(nèi)改造1000萬平方米建筑取暖方式，使用清潔能源，并在財政上予以扶持。

    3．據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，我國住宅空調(diào)安裝率迅速增長。上海居民住宅空調(diào)擁有率已超過60%，北京34%，城鎮(zhèn)居民擁有率20%，空調(diào)很可能成為冰箱、彩電后普及的又一種家電。這樣，對于黃河、長江中下游地區(qū)的城市，住宅環(huán)境就不再僅僅是采暖問題，而是要滿足統(tǒng)一考慮采暖和空調(diào)需求的綜合性問題。為此，采用具有諸多優(yōu)勢的水源熱泵方式將成為這種需求最具競爭力的住宅供熱空調(diào)方式。

    4．自95年以來，經(jīng)過5年的市場導(dǎo)入和近200個完工項目的示范效應(yīng)，中國建筑熱泵市場已經(jīng)開始啟動，據(jù)專家估計，該市場成長期的市場總值每年可實現(xiàn)50-100億元，成熟期則可望達(dá)到500億-800億元。

5．目前全國十幾個省市有近20家企業(yè)在著手開發(fā)水源熱泵項目，但有產(chǎn)品和示范工程的企業(yè)只有7-8家。外國公司在中國的推廣才剛剛開始，目前只有一些象征性的示范工程。

    本項目在國際上已有30年的歷史，技術(shù)非常成熟。國內(nèi)大多數(shù)公司均是引進(jìn)技術(shù)和零部件，組裝生產(chǎn)。因此，對于中國企業(yè)來說，項目成功的關(guān)鍵，不主要取決于技術(shù)，而是市場推廣的能力和手段，以及進(jìn)入市場的整體實力。

特注：水源熱泵設(shè)備從系統(tǒng)上講可分為兩種：1開式循環(huán)（利用水井中的地下水）；2閉式循環(huán)（在地下打孔安裝管路，利用地下水和土壤與管路中的水進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到地下。）以上兩種方式投資商閉式稍高一些，但無須水利部門審批。