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水源熱泵原理

地下水是一個巨大的天然資源，其熱惰性極大，全年的溫度波動很小，一般說來，埋藏于地表20M以下的淺表層地下水可常年維持在該地區(qū)年平均溫度左右，是理想的天然冷熱源。水源熱泵系統(tǒng)正是利用地下水的特性而工作的一種新型節(jié)能空調(diào)。在水源熱泵的水井系統(tǒng)中，水源熱泵一般成井深度為50米到300米，因為此部分地下水主要由地表水補給，且不適宜飲用，故用于水源熱泵*空調(diào)是選擇水源*空調(diào)系統(tǒng)的是由末端（室內(nèi)空氣處理末端等）系統(tǒng)，水源*空調(diào)主機（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*空調(diào)系統(tǒng)從水源中中提取低品位熱能，通過電能驅(qū)動的水源*空調(diào)主機（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*空調(diào)將用戶室內(nèi)的余熱通過水源*空調(diào)主機（制冷）轉(zhuǎn)移到水源中，以滿足用戶制冷需求。

系統(tǒng)原理圖：制熱工況為例（制冷工況可通過閥門切換來實現(xiàn)，即使水源水進(jìn)冷凝器，蒸發(fā)器的冷凍循環(huán)水接用戶系統(tǒng)），系統(tǒng)原理見下圖：

分類： 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，通過與土壤或海水換熱來實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。

開式系統(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組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群回地下。

水源熱泵原理圖：

深井回灌開式環(huán)路

地下水平式封閉環(huán)路

水源熱泵優(yōu)點

節(jié)能

水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比(COP值)zui高的制冷、制熱方式，理論計算可達(dá)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*空調(diào)的40~60%。

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(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)。

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。

環(huán)保效益顯著

水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃?xì)狻⑷挥偷儒仩t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。

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、

運行穩(wěn)定可靠，維護(hù)方便

水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)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)的性和經(jīng)濟(jì)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(hù)費用低，使用壽命長。

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)模化應(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*、建設(shè)部發(fā)文《關(guān)于推進(jìn)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。

水源熱泵的應(yīng)用限制：

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(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)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。

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(jì)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)。

投資的經(jīng)濟(jì)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(jì)性會有所不同。

地源熱泵深井技術(shù)介紹

1. 地源熱泵系統(tǒng)原理

地源熱泵系統(tǒng)是利用熱泵機組在土壤中提取或蓄存熱量，制取冷熱水為空調(diào)服務(wù)的系統(tǒng)，

地源熱泵原理圖

地表淺層土壤溫度呈三層分布，地表凍土層附近土壤溫度受室外大氣影響，溫度全年波動大；凍土層以下有一恒溫層，溫度全年基本不變；恒溫層下到地殼深處有一定的正溫度梯度，土壤溫度隨深度緩慢上升。地?zé)峋?，指的是深?500米左右的地?zé)崮芑蛩疁卮笥?0℃的溫泉水來進(jìn)行發(fā)電的方法和裝置，地?zé)岱指邷?、中溫和低溫三類。高?50℃，以蒸汽形式存在的，屬高溫地?zé)幔?0℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，屬中溫地?zé)?；高?25℃、低于90℃，以溫水、溫?zé)崴?、熱水等形式存在的，屬低溫地?zé)?

地?zé)嵘罹募夹g(shù)簡介是：(1)集成創(chuàng)新：即地核原子爐和發(fā)電機+地幔地殼的熱巖層+石油鉆探式鉆地?zé)峋?工質(zhì)優(yōu)選+蒸汽發(fā)電機+發(fā)電機=6因素集成。(2)工作循環(huán)簡單：即工質(zhì)吸熱變工質(zhì)蒸汽→蒸汽機作功→聯(lián)動發(fā)電機發(fā)電。(3)井水閉式循環(huán)：即地?zé)峋诰畠?nèi)閉式循環(huán)，不必抽到井外。(4)工質(zhì)閉式循環(huán)：即工作介質(zhì)按工質(zhì)貯罐→井爐換熱→蒸汽機→冷卻→回到工質(zhì)貯罐，是全封閉的循環(huán)，不會泄漏。(5)熱功轉(zhuǎn)換效率高：即采用相變傳熱和換熱，又低溫工作的蒸汽發(fā)電機，故一般每孔地?zé)峋b機在1500～3000KW。(6)建廠成本低：即一般約0.8億元/萬KW，低于核電的2.2億元/萬KW或秸桿發(fā)電的2億元/萬KW。

用于供暖的地?zé)崴疁囟纫话阍?0℃以上，也有采用50～60 ℃的,50℃ 以下的則很少采用。分直接供暖和間接供暖兩種方式：直接供暖是將地?zé)崴苯铀腿牍嵯到y(tǒng), 其對地?zé)崴乃|(zhì)要求高，不得對供暖管道系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢，一般為礦化度比較低的地?zé)崴?；間接供暖是使地?zé)崴ㄟ^熱交換器將熱轉(zhuǎn)換給供熱系統(tǒng)進(jìn)行供暖。開采具有腐蝕性和易產(chǎn)生結(jié)垢的地?zé)崴┡?，一般采用間接供暖方式。地?zé)崴┡睦寐嗜Q于地?zé)崴臏囟燃捌涔┡笈欧潘疁囟?，地?zé)崴疁囟扔? 供暖后的排水溫度愈低, 則其供暖的利用率越高。

但是在長期的利用中發(fā)現(xiàn)：

①從地層深處提取熱水取暖，利用率低，熱水不可飲用，不再回流，直接排入廢水溝，嚴(yán)重浪費熱力資源。②長期抽取深層地下水易使形成地下漏斗，影響地層穩(wěn)定，國家已出臺政策禁止。③地?zé)嵘罹难h(huán)需要一口出水井四口回水井，打井的費用投入較大。

防腐問題地?zé)釋饘俑g是普遍存在的而且很嚴(yán)重。地?zé)崴衵ui常出現(xiàn)起主要作用的腐蝕成分是氯(CL)和溶解氧(0：)。氯離子半徑小，穿透能力強，因此容易穿過金屬表面已有的保護(hù)層造成對碳鋼、不銹鋼及其他合金強烈的縫隙腐蝕、孔蝕與應(yīng)力腐蝕等。

氯離子對金屬的腐蝕作用還與溫度有關(guān)，60cc的地?zé)崴瓹L一含量僅只200rTlg／L時，也會使不銹鋼產(chǎn)生局部腐蝕，溫度越高腐蝕作用越強。在地下深層地?zé)崴匀粻顟B(tài)下通常不含氧氣，流出地面后空氣中的氧會溶入地?zé)崴?，溶解氧也是地?zé)崴衵ui常見zui重要的腐蝕性物質(zhì)。