水源熱泵的概念
水源熱泵是利用地球水所儲藏的太陽能資源作為冷、熱源,進行轉換的空調技術。
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慣上被稱為水環(huán)熱泵。
水源熱泵的原理
地球表面淺層水源(一般在1000 米以內),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移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源,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。
水源熱泵的優(yōu)點
水源熱泵與常規(guī)空調技術相比,有以下優(yōu)點:
1、高效節(jié)能
水源熱泵是目前空調系統(tǒng)中能效比(COP值)極高的制冷、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的40~60%。
2、屬可再生能源利用技術
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,進行能量轉換的供暖空調系統(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。
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、冷卻塔等設施,機房面積大大小于常規(guī)空調系統(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,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,應用范圍廣
水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調,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,而且用一套設備可以同時滿足供熱和供冷的要求,減少了設備的初投資。其總投資額僅為傳統(tǒng)空調系統(tǒng)的60%,并且安裝容易,安裝工作量比傳統(tǒng)空調系統(tǒng)少,安裝工期短,更改安裝也容易。
水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑,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《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》中,又把大力發(fā)展和規(guī)?;瘧眯履茉春涂稍偕茉醋鳛槟茉搭I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)展應用予以強力推動。
根據(jù)國家建設部政策規(guī)定,凡采用水源熱泵空調技術的建筑物,通過向當?shù)亟ㄎ陥?,可獲得政府的政策性支持,減免建筑配套費用140~200元/m2。
水源熱泵的應用限制
像任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,更不是都能的。其應用也會受到制約。
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用的一個關鍵。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、水層的地理結構的限制
對于從地下抽水回灌的使用,必須考慮到使用地的地質的結構,確??梢栽诮?jīng)濟條件下打井找到合適的水源,同時還應當考慮當?shù)氐牡刭|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。