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水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)先容

1 什么是水源熱泵？
水源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、泥土或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。水源熱泵通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即在冬季，把地能中的熱量“取”出來(lái)，進(jìn)步溫度后，供應(yīng)室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量掏出來(lái)，開(kāi)釋到地能中去。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。
根據(jù)熱泵的熱源介質(zhì)來(lái)分，熱泵可分為空氣源熱泵和水源熱泵，而水源熱泵又分為水環(huán)熱泵和地源熱泵。水環(huán)熱泵是充分利用室內(nèi)余熱的一種熱泵，冬季當(dāng)室內(nèi)余熱不足時(shí)，可利用鍋爐進(jìn)行加熱；夏季當(dāng)室內(nèi)余熱過(guò)多時(shí)，可利用冷卻塔進(jìn)行排熱。
地源熱泵在海內(nèi)的應(yīng)用剛剛起步，有關(guān)地源熱泵的術(shù)語(yǔ)良多，也很不規(guī)范，為了避免攪渾，現(xiàn)同一采用ASHRAE1997年劃定的尺度術(shù)語(yǔ)，即地源熱泵(Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地源熱泵是一個(gè)廣義的術(shù)語(yǔ)，它包括以地下水、地表水和泥土作為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)。以泥土為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)稱之為泥土源熱泵(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP)；以地下水為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)稱之為地下水源熱泵(Ground-Water Heat Pump, GWHP)；以地表水為熱源和熱匯的熱泵系統(tǒng)稱之為地表水源熱泵(Surface Water Heat Pump, SWHP)。
2 工作原理
作為天然現(xiàn)象，熱量老是從高溫端流向低溫端。但猶如水泵把水從低處晉升到高處那樣，人們可以用熱泵技術(shù)把熱量從低溫端抽吸到高溫端。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量晉升裝置，它本身消耗一部門能量，把環(huán)境介質(zhì)中儲(chǔ)存的能量加以挖掘，進(jìn)步溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這就是熱泵節(jié)能的樞紐所在。
水源熱泵機(jī)組工作原理就是利用地球表面淺層地?zé)崮苋缒嗤痢⒌叵滤虻乇硭ń�、河、海、湖或淺水池）中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡臀粺崮苜Y源，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，在夏季利用制冷劑蒸發(fā)將空調(diào)空間中的熱量掏出，放熱給封鎖環(huán)流中的水，因?yàn)樗礈囟鹊�，所以可以高效地帶走熱量；而冬季，利用制冷劑蒸發(fā)吸收封鎖環(huán)流中水的熱量，通過(guò)空氣或水作為載冷劑晉升溫度后在冷凝器中放熱給空調(diào)空間。下圖為水源熱泵工作原理示意圖。
水源熱泵供暖空調(diào)系統(tǒng)主要分三部門：室外埠能換熱系統(tǒng)、水源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中水源熱泵機(jī)主要有兩種形式：水—水式或水—空氣式。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，水源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。
3 優(yōu)缺點(diǎn)
水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要具有以下技術(shù)上風(fēng)：
（1）水源熱泵是利用了地球水體所蘊(yùn)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源，進(jìn)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、地表的部門的河流和湖泊以及海洋。地表泥土和水體不僅是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47％的太陽(yáng)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(guò)泥土間接地接受太陽(yáng)輻射能量），而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的泥土和水體天然地保持能量接受和發(fā)散的相對(duì)的均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中的近乎無(wú)窮的太陽(yáng)能或地能成為可能。所以說(shuō)，水源熱泵一種利用清潔的可再生能源的技術(shù)。
（2）水源熱泵機(jī)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，所以熱泵輪回的蒸發(fā)溫度進(jìn)步，能效比也進(jìn)步。而夏季水體為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，機(jī)組效率進(jìn)步。據(jù)美國(guó)環(huán)保署（EPA）估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵，均勻來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶30％～40％的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行用度。
（3）水體的溫度一年四季相對(duì)不亂，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、不亂，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)題目。
（4）水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時(shí)，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和CO2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(jì)良好的水源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵比擬，相稱于減少30％以上，與電供暖比擬，相稱于減少70％以上。
當(dāng)然，象任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其應(yīng)用也會(huì)受到制約:
（1）受可利用的水源前提限制。水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，實(shí)在在實(shí)際工程中，不同的水資源利用的本錢差異是相稱大的。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(gè)樞紐。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系同一般本錢較高。而開(kāi)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前提。對(duì)開(kāi)式系統(tǒng)，水源要求必需知足一定的溫度、水量和清潔度。
（2）受水層的地輿結(jié)構(gòu)的限制。對(duì)于從地下抽水回灌的使用，必需考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確保可以在經(jīng)濟(jì)前提下打井找到合適的水源，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和泥土的前提，保證用后尾水的回灌可以實(shí)現(xiàn)。
（3）受投資經(jīng)濟(jì)性的限制。因?yàn)槭艿讲煌貐^(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響，水源的基本前提的不同；一次性投資及運(yùn)行用度會(huì)跟著用戶的不同而有所不同。固然總體來(lái)說(shuō)，水源熱泵的運(yùn)行效率較高、用度較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式比擬，在不同地區(qū)不同需求的前提下，水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同