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水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源,進行轉(zhuǎn)換的空調(diào)技術(shù)。水源熱泵可分為地源熱泵和水環(huán)熱泵。地源熱泵包括地下水熱泵、地表水(江、河、湖、海)熱泵、土壤源熱泵;利用自來水的水源熱泵習(xí)慣上被稱為水環(huán)熱泵。
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地球表面淺層水源(一般在1000 米以內(nèi)),如地下水、地表的河流、湖泊和海洋,吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰?,并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵技術(shù)的工作原理就是:通過輸入少量高品位能源(如電能),實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源,即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來,釋放到水體中去,由于水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,以達到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的;而冬季,則是通過水源熱泵機組,從水源中“提取”熱能,送到建筑物中采暖。
?。ㄈ┧礋岜玫膬?yōu)點
水源熱泵與常規(guī)空調(diào)技術(shù)相比,有以下優(yōu)點:
1、高效節(jié)能
水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比(COP值)最高的制冷、制熱方式,理論計算可達到7,實際運行為4~6。水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12~22℃,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。而夏季水體溫度為18~35℃,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)冷式和冷卻塔式,從而提高機組運行效率。水源熱泵消耗1kW.h的電量,用戶可以得到4.3~5.0kW.h的熱量或5.4~6.2kW.h的冷量。與空氣源熱泵相比,其運行效率要高出20~60%,運行費用僅為普通中央空調(diào)的40~60%。
2、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成為可能。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)。
3、節(jié)水省地
以地表水為冷熱源,向其放出熱量或吸收熱量,不消耗水資源,不會對其造成污染;省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設(shè)施,機房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),節(jié)省建筑空間,也有利于建筑的美觀。
4、環(huán)保效益顯著
水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng),無燃燒過程,避免了排煙、排污等污染;供冷時省去了冷卻水塔,避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源熱泵機組運行無任何污染,無燃燒、無排煙,不產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣和煙塵,不會產(chǎn)生城市熱島效應(yīng),對環(huán)境非常友好,是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
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,水源熱泵有著明顯的優(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。其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的60%,并且安裝容易,安裝工作量比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)少,安裝工期短,更改安裝也容易。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,小型的水源熱泵更適合于別墅、住宅小區(qū)的采暖、供冷。
6、運行穩(wěn)定可靠,維護方便
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,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;采用全電腦控制,自動程度高。由于系統(tǒng)簡單、機組部件少,運行穩(wěn)定,因此維護費用低,使用壽命長。
7、符合國家政策,獲得政策性支持
國家十分重視可再生能源開發(fā)利用工作,《中華人民共和國可再生能源法》已于2006年1月1日起實施;同時,在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中,又把大力發(fā)展和規(guī)?;瘧?yīng)用新能源和可再生能源作為能源領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展主題。從國家立法和發(fā)展戰(zhàn)略的高度,對可再生能源的發(fā)展應(yīng)用予以強力推動。
日前,國家財政部、建設(shè)部發(fā)文《關(guān)于推進可再生能源在建筑中應(yīng)用的實施意見》以及《可再生能源建筑應(yīng)用專項資金管理暫行辦法》,明確指出“十一五”期間,可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例為25%以上,到2020年,可再生能源應(yīng)用面積占新建建筑面積比例為50%以上,這為我國水源熱泵的發(fā)展提供了良好的環(huán)境和強勁的動力。
(三)水源熱泵的應(yīng)用限制
象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,更不是萬能的。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差異是相當大的。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)鍵。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??梢栽诮?jīng)濟條件下打井找到合適的水源,同時還應(yīng)當考慮當?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、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。
水源熱泵技術(shù)在應(yīng)用中需要注意的問題
環(huán)境污染和能源危機已成為當今社會的兩大難題,開發(fā)利用天然冷、熱源能夠為空調(diào)帶來節(jié)能和環(huán)保雙重效益,因而越來越受到人們的重視,水源(地溫)熱泵系統(tǒng)正是同時具備這些要求的一種中央空調(diào)技術(shù)。水源(地溫)熱泵利用地表水作為冷熱源,夏季水體溫度比環(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)冷式和冷卻塔式,冬季水體溫度比環(huán)境空氣溫度高,熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提高;不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。在利用水源(地?zé)幔岜脮r應(yīng)注意以下幾個方面:在采用水源熱泵技術(shù)時,前期的水文分析尤為重要,必須根據(jù)地下水源實際情況,進行可行性的研究分析。適用的原則:水量充足、水溫適當、水質(zhì)良好、供水穩(wěn)定、回灌可靠。因此,前期的認真、科學(xué)的水文地質(zhì)勘探工作是非常必要的。水源熱泵中央空調(diào)主機,是冷熱源的核心,它的質(zhì)量好壞直接影響整個系統(tǒng)的可靠性和使用效果。建議選用國內(nèi)外有良好信譽的廠家,尤其是技術(shù)質(zhì)量優(yōu)、生產(chǎn)歷史久、售后服務(wù)好的知名品牌。眾所周知,水源熱泵空調(diào)的能效比(COP值,約等于輸出功率/輸入電功率)高于常規(guī)空調(diào),但也有極限,一般在4、6,但國內(nèi)某些廠家標稱其熱泵機組能效比可達到7、8之多,甚至少數(shù)還有11、12。這是不符合實際、不科學(xué)的,是對用戶的極端不負責(zé)任,是一種欺騙行為。水源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)在于水井。水井的成井工藝極為重要,必須要求是大口徑鋼制管井。法國CIAT在水井方面有獨到的技術(shù)和經(jīng)驗,在實際使用時可比傳統(tǒng)方式節(jié)省部分井水用量,并能夠成功實現(xiàn)同抽同灌。由于水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)使用率極高,因此對設(shè)備的性能、質(zhì)量要求也比較高,各種輔助設(shè)備和材料的合理匹配也是獲得良好效果的基礎(chǔ)。CIAT的一貫作風(fēng)是施工中保持較高的工程水平,選用優(yōu)質(zhì)設(shè)備材料,將工程做成展示、宣傳窗口,為業(yè)主帶來更佳的社會效益。中央空調(diào)系統(tǒng)是一項長期使用、可靠性要求高的工程,必須可以長期可靠運行,保證使用效果。在設(shè)計和施工中首要考慮的是嚴把質(zhì)量關(guān),確保工程的質(zhì)量,并符合國家相關(guān)標準和規(guī)范的要求,無論方案設(shè)計還是設(shè)備選用、工程施工、打井回灌等各個環(huán)節(jié)都必須圍繞著這個中心進行。