水源熱泵系統(tǒng)介紹

水源熱泵系統(tǒng)介紹水源熱泵系統(tǒng)介紹陳曉紅建環(huán)1班摘要：本文首先介紹了水源熱泵技術(shù)的概念和工作原理，并與鍋爐和空氣源熱泵在能源利用角度作了對(duì)比，得出水源熱泵技術(shù)是利用可再生能源的一種技術(shù)。隨后，介紹了水源熱泵的特點(diǎn)、應(yīng)用中存在的問(wèn)題及水源熱泵的幾種形式，最后，介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于地源應(yīng)用的基本情況和中國(guó)目前水源熱泵開(kāi)發(fā)應(yīng)用的前景關(guān)鍵詞：水源熱泵；可再生能源；推廣應(yīng)用WatersourceheatpumpsystemisintroducedChenxiaohongJianhuanyibanAbstract:thispaperintroducestheconceptofthewatersource&heatpumptechnologyandworkingprinciple,andwiththeboilerandairsourceheatpumpinenergyusecontrastAngle,andconcludesthatthewatersourceheatpumptechnologyistheuseofrenewableenergyofakindoftechnology.Then,thispaperintroducesthecharacteristicsofwaterresourceheatpump,theapplicationofexistingproblemsandseveraltypesofwatersourceheatpumps,finally,athomeandabroadareintroducedtothesourceabouttheapplicationandthebasicsituationofChinawatersource&heatpumpdevelopmentapplicationprospectKeywords:watersourceheatpump;Renewableenergy;application1水源熱泵技術(shù)的概念和工作原理水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽(yáng)能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。地球表面淺層水源如深度在1000米熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)。2.2高效節(jié)能水源熱泵機(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，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。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)組效率提高。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，平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶30～2.3運(yùn)行穩(wěn)定可靠水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，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、穩(wěn)定，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)問(wèn)題。2.4環(huán)境效益顯著水源熱泵的使用電能，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)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。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，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上。水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代制冷劑。水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。2.5一機(jī)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(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。2.6自動(dòng)運(yùn)行水源熱泵機(jī)組由于工況穩(wěn)定，所以可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，部件較少，機(jī)組運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)費(fèi)用低；自動(dòng)控制程度高，使用壽命長(zhǎng)可達(dá)到15年以上。3水源熱泵技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題3.1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(shí)在實(shí)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(gè)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(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條件。對(duì)開(kāi)式系統(tǒng)，水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。3.2水層的地理結(jié)構(gòu)的限制對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)。3.3投資的經(jīng)濟(jì)性由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來(lái)說(shuō)，水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)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(huì)有所不同。4水源熱泵的幾種形式4.1污水熱源熱泵污水廠達(dá)標(biāo)排放的水（現(xiàn)通稱再生水）一般水質(zhì)清潔、硬度小、PH值適中、無(wú)特殊污染物，水溫在11～29℃之間，最不利的冬季，水溫一般也能保持在11℃污水源熱泵最早于1980年挪威奧斯陸開(kāi)始建設(shè)，1983年投入運(yùn)行，相繼在瑞典、日本、美國(guó)、德國(guó)都建造了一批以污水為低溫?zé)嵩吹拇笮蜔岜谜荆⑾嗬^投入運(yùn)行。國(guó)內(nèi)污水源水源熱泵是近年來(lái)才提出的，在北京高碑店污水處理廠、北小河污水處理廠、盧溝橋污水處理廠都進(jìn)行了小實(shí)驗(yàn)，并取得了良好的效果。哈爾濱望江賓館、沈陽(yáng)污水處理廠建造的污水源熱泵站都已投入運(yùn)行，另外，北京奧運(yùn)村也設(shè)計(jì)了污水源水源熱泵的生活采暖、空調(diào)和熱水供應(yīng)項(xiàng)目，現(xiàn)正在建設(shè)之中。目前，國(guó)內(nèi)污水源水源熱泵技術(shù)的運(yùn)用已發(fā)展到區(qū)域型規(guī)?；?。4.2低質(zhì)天然水水源/地源熱泵作為制取生活熱水的熱泵水源水對(duì)水質(zhì)、水溫、水量的要求遠(yuǎn)比中央空調(diào)低，一般的河水、湖水、小區(qū)景觀水只要滿足取熱平衡均可利用。冬季北方地區(qū)極端工程時(shí)，可考慮輔助加熱。國(guó)際上運(yùn)用湖（河）水源熱泵實(shí)施冷、熱、暖三聯(lián)供的項(xiàng)目非常普遍，近年來(lái)國(guó)內(nèi)在此方面也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，一般小區(qū)集中生活熱水系統(tǒng)均利用了水源熱泵從小區(qū)的景觀水、河水等低質(zhì)水源中取能，效果非常明顯，結(jié)合低谷電的使用，熱水的制水能源成本不足7元/㎡,比傳統(tǒng)電加熱節(jié)能70%以上，運(yùn)行非常穩(wěn)定。4.3消防水池、清水池水熱源熱泵從居民用水量分析，生活熱水的用量不到自來(lái)總水量的1/3，在長(zhǎng)江以南地區(qū)，全年自來(lái)水平均水溫高于25℃，若利用水源熱泵，從自來(lái)水中取能制取生活熱水，只需將自來(lái)水每噸降溫154.4海水熱源熱泵海水一般水質(zhì)清潔，水溫在9～25℃之間，最不利的冬季，水溫一般也能保持在9℃國(guó)際上運(yùn)用海水源熱泵實(shí)施冷、熱、暖三聯(lián)供的項(xiàng)目非常普遍，近年來(lái)國(guó)內(nèi)在此方面也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，特別是青島市、大連市等沿海城市已取得了巨大的成功。5國(guó)內(nèi)外水源熱泵的發(fā)展在國(guó)外，關(guān)于水源熱泵的研究分屬于兩種熱泵系統(tǒng)：一種為地源熱泵，一種為海水熱泵。其中地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有近十幾年的歷史，但發(fā)展相當(dāng)迅速。如美國(guó)，截止1985年全國(guó)共有14,000臺(tái)地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺(tái)，到目前為止已安裝了400，000臺(tái)，而且每年以10％的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19％，其中新建筑中占30％。美國(guó)地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源環(huán)境研究中心Energy&EnvironmentalResearchCenter、國(guó)家地下水資源聯(lián)合會(huì)NationalGroundWaterAssociation、愛(ài)迪生電力研究所EdisonElectricInstitute及眾多地源熱泵制造設(shè)計(jì)銷(xiāo)售公司以及政府機(jī)構(gòu)和建筑商等146家成員組成的美國(guó)地源熱泵協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開(kāi)發(fā)、研究和推廣工作。美國(guó)計(jì)劃到2001年達(dá)到每年安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo)，其中，水源熱泵占15%，屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬(wàn)噸，相當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽車(chē)的污染物排放或種植樹(shù)1百萬(wàn)英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。美國(guó)水源熱泵的制造廠商有著名的公司有AddisonProductsCompany、AdvancedGeothermalTechnology、CarrierCorporation、ClimateMasterInc.、EconarEnergySystemsCorporation、FHPManufacturing、MammothInc.、TheTraneCompany、WaterFurnaceInternational等公司。美國(guó)的水源熱泵的研究和應(yīng)用更偏重用于住宅和商業(yè)小型系統(tǒng)（20RT以下），多采用水-空氣系統(tǒng)，如大家熟知的TRANE等推出的產(chǎn)品。在大型建筑方面，美國(guó)推行WLHP系統(tǒng)，即水環(huán)熱泵系統(tǒng)。與美國(guó)的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤(pán)管（埋深<400米深）的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96％，奧地利為38％，丹麥為27％。中國(guó)最早在50年代，就曾在上海、天津等地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大學(xué)熱能研究所呂燦仁教授就開(kāi)展了我國(guó)熱泵的最早研究，1965年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)機(jī)。目前，國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)、重慶建筑大學(xué)、天津商學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)水源熱泵進(jìn)行研究。其中清華大學(xué)在多工況水源熱泵經(jīng)過(guò)多年的研究已形成產(chǎn)業(yè)化的成果，已建成數(shù)個(gè)示范工程。國(guó)內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同方人工環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽(yáng)富爾達(dá)是比較早的水源熱泵制造廠家，但目前也有相當(dāng)多的制冷空調(diào)廠家將其普通的水冷機(jī)組改造為水源熱泵。中國(guó)的水源熱泵的研究和應(yīng)用才剛剛起步，與國(guó)外相比，在熱泵機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用上還存在較大差距。目前，世界特別看好中國(guó)的市場(chǎng)。美國(guó)能源部和中國(guó)科技部于1997年11月簽署了中美能源效率及可再生能源合作議定書(shū)，其中主要內(nèi)容之一是"地源熱泵"，該項(xiàng)目擬在中國(guó)的北京、杭州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖空調(diào)的商業(yè)建筑，以推廣運(yùn)用這種"綠色技術(shù)"，緩解中國(guó)對(duì)煤炭和石油的依賴程度，從而達(dá)到能源資源多元化的目的。據(jù)稱"華亭嘉園"即是此項(xiàng)目的應(yīng)用。2000年6月１９至２３日在北京由國(guó)家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化公司召開(kāi)了中美地源熱泵技術(shù)交流會(huì)，會(huì)議的主題就是"提供運(yùn)用地源熱泵技術(shù)為住宅小區(qū)或公用樓宇采暖制冷，大幅降低運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)能解決方案"的主題。在未來(lái)的幾年中，中國(guó)面臨著巨大的能源壓力。一方面，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)要保持較高速度的增長(zhǎng)，另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。所以要求提高能源利用效率，要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。能源利用效率提高，會(huì)鼓勵(lì)各種節(jié)能設(shè)備和技術(shù)的推廣，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向就是從以煤為主轉(zhuǎn)為以燃?xì)?，直至以電為主。在中?guó)的能源消耗中，建筑耗能的比例相當(dāng)高。為了適應(yīng)市場(chǎng)要求和參加國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，我們必須加快中國(guó)品牌的水源熱泵的產(chǎn)業(yè)化研究開(kāi)發(fā)。6目前中國(guó)水源熱泵推廣應(yīng)用中存在的問(wèn)題水源熱泵作為一種新型的制冷供暖方式，從技術(shù)的角度，尤其是熱泵機(jī)組的角度上看應(yīng)當(dāng)是相當(dāng)成熟、沒(méi)有問(wèn)題的。但考慮到中國(guó)的國(guó)情，以及將水源熱泵制冷供暖作為一個(gè)整體的系統(tǒng)來(lái)推廣應(yīng)用時(shí)，還是存在一些問(wèn)題：6.1水源的使用政策我國(guó)目前為了保護(hù)有限的水資源，制訂了《中華人民共和國(guó)水法》，各個(gè)城市也紛紛制訂了自己的《城市用水管理?xiàng)l例》。這些政策均強(qiáng)調(diào)用水審批，用水收費(fèi)。而審批的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)類(lèi)似水源熱泵技術(shù)的要求沒(méi)有規(guī)定，所以水源熱泵很容易被用水指標(biāo)所限制。即使通過(guò)了用水審批，由于有些地方將水源的抽取和排放兩次收費(fèi)，收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)又不統(tǒng)一，所以結(jié)果可能導(dǎo)致水費(fèi)偏高，使得水源熱泵的運(yùn)行節(jié)能費(fèi)用不足增加的水費(fèi)，水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性變差。所以水源熱泵的推廣需要政府從可持續(xù)發(fā)展的角度，綜合能源環(huán)保和資源各個(gè)方面的考慮，調(diào)整水源熱泵水源使用的政策，需重新確定水源如何管理和收費(fèi)，才能促使其大規(guī)模的發(fā)展。6.2水源的探測(cè)開(kāi)采技術(shù)和費(fèi)用在中國(guó)，目前對(duì)水源，尤其是城市水源的的探測(cè)開(kāi)采技術(shù)應(yīng)當(dāng)提高，水源熱泵的應(yīng)用的前提之一就是必須了解當(dāng)?shù)氐乃吹那闆r，在水源熱泵使用的前期，必須實(shí)地對(duì)水源的狀況進(jìn)行調(diào)查，地下水量是否有水、水量是否會(huì)足夠，場(chǎng)地是