地(水)源熱泵機(jī)組的工作原理

 

    是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。具有高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全可靠、可自動(dòng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。

 

    地源熱泵同空氣源熱泵相比，有什么優(yōu)點(diǎn)

 

    地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)全年溫度波動(dòng)小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數(shù)要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節(jié)能和節(jié)省費(fèi)用40%左右。(2)冬季運(yùn)行不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的損失。(3)地源有較好的蓄能作用。

 

    地源熱泵系統(tǒng)的分類及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)

 

    1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水熱泵系統(tǒng)，也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統(tǒng)。通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機(jī)組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

 

    其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟(jì)，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質(zhì)良好；水量豐富；回灌可靠；符合標(biāo)準(zhǔn)。

 

    2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統(tǒng) (b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統(tǒng)。(a)和(b)兩種方式都?xì)w屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合熱泵系統(tǒng))，也稱埋管式土壤源熱泵系統(tǒng)。還有另外一個(gè)術(shù)語叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統(tǒng)。這一閉式系統(tǒng)方式，通過中間介質(zhì)(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體，使中間介質(zhì)在埋于土壤內(nèi)部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與大地土壤進(jìn)行熱交換的目的。

 

    對于垂直式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點(diǎn)是鉆井費(fèi)用較高；對于水平式埋管系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)有：安裝費(fèi)用比垂直式埋管系統(tǒng)低，應(yīng)用廣泛，使用者易于掌握，其缺點(diǎn)有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。

 

    3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水熱泵系統(tǒng)。通過直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。

 

    其優(yōu)點(diǎn)有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系統(tǒng)投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運(yùn)行費(fèi)用，在溫暖地區(qū)，湖水可做熱源，其缺點(diǎn)有：在淺水湖中，盤管容易被破壞，由于水溫變化較大，會(huì)降低機(jī)組的效率。

 

    4)Standingcolumnwellheatpumps,SCW單井換熱熱井，也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱為"熱井"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護(hù)套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設(shè)施。

 

    熱泵機(jī)組出水直接在孔洞上部進(jìn)入，其中一部分在地下水位以下進(jìn)入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機(jī)組供水。這一方式主要應(yīng)用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。    該系統(tǒng)適用于巖石地質(zhì)地區(qū)，該地區(qū)巖石鉆孔費(fèi)用高，而與巖石直接換熱，大大提高換熱效率，節(jié)省鉆孔、埋管費(fèi)用。須得注意分析具體地質(zhì)情況，做好隔熱、封閉、過濾、實(shí)際換熱量測算等具體工作。

 

    5)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結(jié)合的混合型地源熱泵系統(tǒng)：適用于空間小，不能單獨(dú)采用地下埋管換熱系統(tǒng)的建筑或內(nèi)外分區(qū)冬季有大量可利用的排熱的建筑物，冷卻塔和閉環(huán)式系統(tǒng)相結(jié)合制冷，節(jié)省成本；事實(shí)證明該系統(tǒng)是高效率、低費(fèi)用的。

 

    它的補(bǔ)充熱源有水地源、太陽能、電鍋爐、城市熱網(wǎng)……，額外排熱由冷卻塔或水地源來解決。其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要詳細(xì)計(jì)算各季節(jié)的散熱與排熱及總的中和后的散熱或排熱量來選擇熱源和冷卻塔。

 

    地源熱泵和水源熱泵的冷熱源區(qū)別：

 

    水源熱泵和地源熱泵都是從地位熱源的選取來定義的，水源熱泵通常指地位熱源來源于地表水、地下水、海水、污水；地源熱泵有時(shí)也被稱為土壤源熱泵，但是地下水作為低位熱源的也可稱為地源熱泵。此外，水環(huán)熱泵也可稱為水源熱泵。定義的角度不一樣，叫法也就不一樣。采用冷卻塔散熱的系統(tǒng)不能稱為水源熱泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水應(yīng)該成為水源熱泵，否則為土壤源熱泵。

 

    地源熱泵和水源熱泵的叫法區(qū)別：

 

    水源熱泵和地源熱泵以前確實(shí)叫法很亂，已經(jīng)出臺(tái)的地源熱泵相關(guān)規(guī)范，其中對叫法范圍作了明確說明：

 

    地源熱泵指所有使用大地作為冷熱源的熱泵全部稱為地源熱泵，包括土壤熱泵(即地耦合熱泵)，地下水熱泵，地表水熱泵(包括江河湖海的水)等，這是為區(qū)別水環(huán)熱泵而說的。

 

    水源熱泵則是總稱，包括所有以水作為冷熱源的熱泵，當(dāng)然也包括土壤熱泵和水環(huán)熱泵了，這是為區(qū)別空氣源熱泵(風(fēng)冷熱泵)而說的。

 

    所以以大分類來說，水源熱泵包括地源熱泵和水環(huán)熱泵還有一些特殊的利用低位熱水能量的熱泵(比如利用工業(yè)廢水或發(fā)電廠冷卻循環(huán)水梯級(jí)利用等)。

 

    總之，簡單的說地源熱泵是泛指土壤源熱泵、地表水、地下水、海水、污水源熱泵。但現(xiàn)在人們習(xí)慣上把土壤源熱泵叫地源熱泵，把地表水、地下水、海水、污水源熱泵叫水源熱泵。  地源熱泵包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等，抽取湖水或江河水方式造價(jià)最低，埋管方式最貴，但最好。

 

    只要有足夠的場可地埋設(shè)管道（地下冷熱交換裝置）或政府允許抽取地下水的就應(yīng)該優(yōu)先考慮選擇地源熱泵中央空調(diào)。地源熱泵中央空調(diào)如此節(jié)能是應(yīng)為地源熱泵技術(shù)借助了地下的能量，地下的能量還是來至于太陽能，“我們的腳下就有石油”這句話說的太好了，也很形象。

 

    地源熱泵優(yōu)點(diǎn):

 

    1． 高效：一般空調(diào)對著空氣換熱稱為風(fēng)冷熱泵，缺點(diǎn)在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時(shí)效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在16℃左右，略高于該地區(qū)平均溫度1到2度，使得熱泵無論在制冷或制熱工況中均處于高效率點(diǎn)。

 

    2． 節(jié)能省費(fèi)用：冬季運(yùn)行時(shí)，COP約為4.2，即投入1KW電能，可得到4KW的熱能，夏季運(yùn)行時(shí)，COP可達(dá)5.3，投入1KW電能，可得到5KW的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結(jié)霜和除霜的用電能耗。

 

    3． 環(huán)保：供熱時(shí)沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時(shí)省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。

 

    4． 舒適：因?yàn)?a href="http://www.622810.cn/t/地源熱泵機(jī)組.html" >地源熱泵機(jī)組供冷暖時(shí)都是通過冷熱水經(jīng)風(fēng)機(jī)旁管（或地板管、墻埋管）交換完成的，所產(chǎn)生的冷氣和暖氣（或輻射熱）比常規(guī)空調(diào)的要更柔和的多，熱不易感冒。

 

    5． 節(jié)省占地面積：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節(jié)省了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)效益，并改善了建筑物的外部形象。

 

    6． 安全：無燃燒設(shè)備，從而不存在爆炸、失火和中毒的隱患。

 

    7． 機(jī)組壽命長：熱泵主機(jī)一般放在室內(nèi)或室外密閉的箱體內(nèi)，并且熱泵機(jī)組是長期在良好的低溫井水（16℃）下進(jìn)行熱交換工作，可大大延長機(jī)組壽命，故障率低減少了維護(hù)量。

 

    8． 一機(jī)多用：地源熱泵系統(tǒng)可供暖，空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)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)。

 

    9． 可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時(shí)蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建筑物內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄存熱量，以備冬用，保證大地?zé)?/a>量的平衡。

    10．可分區(qū)控制：中央空調(diào)享受的檔次，又可達(dá)到單體空調(diào)局部控制的效果，不存在“大馬拉小車”。

 

    市場上現(xiàn)有傳統(tǒng)空調(diào)存在如下一系列問題：

 

    1． 存在熱島效應(yīng): 使得外界局部空間環(huán)境條件惡化。

 

    2． 當(dāng)空氣溫度低于零度時(shí)，機(jī)組效率下降，并且當(dāng)環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，機(jī)組效率極低，甚至無法開機(jī)，需加輔助熱源（家用普通3P機(jī)僅電輔加熱就達(dá)2000W），輔助加熱時(shí)的能效比COP要小于1。

 

    3． 冬季室外機(jī)組需要頻繁停機(jī)除霜，其結(jié)果是除霜損失約占熱泵總能耗的10.2%，如普通3P機(jī)就要增加300瓦電能浪費(fèi)。武漢地區(qū)因?yàn)榭諝鉂穸却?，一般?dāng)環(huán)境溫度5℃時(shí)外機(jī)就開始結(jié)霜。

 

    4． 夏天當(dāng)空氣溫度高于35℃時(shí)，常規(guī)空調(diào)機(jī)組效率開始下降，空氣溫度越高，機(jī)組制冷效率越低，能耗增加。在空氣溫度為30℃時(shí)，常規(guī)空調(diào)機(jī)組能效比COP也僅有2.2左右。

 

    5． 室外機(jī)或冷卻塔有噪音及霉菌污染。

 

    6． 室外機(jī)（壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備）長年暴露在露天，直接與空氣接觸，灰塵集在散熱器上，起到保溫作用，機(jī)組在高溫下運(yùn)行，增加能耗的同時(shí)機(jī)組壽命大大減少。

 

    7． 常規(guī)中央空調(diào)不能分區(qū)分部控制，即存在“大馬拉小車”問題。