水源热泵原理与技术Word文档格式.docx

水源热泵原理与技术Word文档格式.docx

《水源热泵原理与技术Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水源热泵原理与技术Word文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

◆热泵供热，无需锅炉

2.地下水式工况条件：

◆制冷工况：

使用侧进出温度12℃/7℃

热源侧进出水温度18℃/29℃和18℃/25℃

◆制热工况：

使用侧进出水温度40℃

◆热源侧进出水温度15℃

3.水环式工况条件：

使用侧进出水温度12℃/7℃

热源侧进出水温度30℃/35℃

二、整体式新风机组

◆微电脑自动控制；

故障自诊断，多重鼓掌保护，可实现线控和遥控。

◆采用品牌压缩机，节能低噪，可靠性高。

◆多回路制冷系统，能量调节方便。

◆防腐双面喷塑外壳。

◆采用整体不锈钢底盘，永不生锈。

2.工况条件：

◆制冷：

使用侧进风干球/湿球温度35℃/28℃

水环式热源侧进/出水温度30℃/35℃

地下水式热源侧进/出水温度18℃/29℃和18℃/25℃

◆制热：

使用侧进风干球温度7℃

水环式热源侧进温度20℃

地下水式热源侧进水温度15℃

双盘管热源侧进/出水温度60℃/50℃

三、整体暗装风机盘管机组1.机组特点

故障自诊断，多重故障保护，可实现线控和遥控。

◆采用专利技术，降噪效果明显。

◆采用独特的冷凝水加热技术。

◆结构紧凑，节省安装空间。

使用侧进风干球/湿球温度27℃/19℃

地下水式热源侧进/出水温度18℃/29℃和和18℃/25℃

使用侧进风干球温度20℃/15℃

◆机外静压：

0Pa。

静压型机组可特殊订货。

四、整体吊装柜式机组

1.机组特点

◆高效低噪音离心风机，运行xx。

◆可方便选择安装位置，保养方便。

◆高效换热器，换热系数高。

地下水式热源侧进/出水温度℃和和18℃/25℃

水环式热源侧进水温度20℃

五、整体立柜式机组

六、整体吊装复合式新风机组

◆高效低噪音离心构机，运行xx。

◆百叶窗式铝翅片换热器，换热效率高。

◆铝合金框架，外形美观。

使用侧进风干球/湿球温度32℃/28℃

热源侧进/出水温度18℃/29℃

热源侧进水15℃

七、分体暗装风机盘管机组

◆选用大叶轮低转速风机，风量大，噪声低。

◆选用对称型的设计，接管及回风口位置依现场需要而改变。

◆一次性成型冷凝水盘，外涂防水涂层，外贴保温材料。

地下水式热源侧进/出水温度18℃/29℃和和18℃/29℃

地下水式热源侧进水温度20℃

八、分体吊装柜式机组

◆高效、大功率风机，高静压。

◆高效换热器，体积小，重量轻。

◆铝合金框回，外形美观。

九、分体吊装柜式新风机组

◆双进风离心风出，经严格动静平衡试验，振动小，噪音底。

◆进风口过滤，保证新风质量。

◆高效隔热隔音阻燃保温材料。

地源热泵和水源热泵区别分析

从定义上比较地源热泵和水源热泵区别：

水源热泵和地源热泵都是从地位热源的选取来定义的，水源热泵通常指地位热源来源于地表水、地下水、海水、污水；

地源热泵有时也被称为土壤源热泵，但是地下水作为低位热源的也可称为地源热泵。

此外，水环热泵也可称为水源热泵。

定义的角度不一样，叫法也就不一样。

采用冷却塔散热的系统不能称为水源热泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水应该成为水源热泵，否则为土壤源热泵。

从叫法上比较地源热泵和水源热泵区别：

水源热泵和地源热泵以前确实叫法很乱，已经出台的地源热泵相关规范，其中对叫法范围作了明确说明：

地源热泵指所有使用大地作为冷热源的热泵全部称为地源热泵，包括土壤热泵（即地耦合热泵），地下水热泵，地表水热泵（包括江河湖海的水）等，这是为区别水环热泵而说的。

水源热泵则是总称，包括所有以水作为冷热源的热泵，当然也包括土壤热泵和水环热泵了，这是为区别空气源热泵（风冷热泵）而说的。

所以从大分类来说，水源热泵包括地源热泵和水环热泵还有一些特殊的利用低位热水能量的热泵（比如利用工业废水或发电厂冷却循环水梯级利用等）。

总之，简单的说地源热泵是泛指土壤源热泵、地表水、地下水、海水、污水源热泵。

但现在人们习惯上把土壤源热泵叫地源热泵，把地表水、地下水、海水、污水源热泵叫水源热泵。

从分类和优点上比较地源热泵和水源热泵区别：

1）Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水热泵系统，也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。

通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

其最大优点是非常经济，占地面积小，但要注意必须符合下列条件：

水质良好；

水量丰富；

回灌可靠；

符合标准。

对于垂直式埋管系统，其优点有：

较小的土地占用，管路及水泵用电少，其缺点是钻井费用较高；

对于水平式埋管系统，其优点有：

安装费用比垂直式埋管系统低，应用广泛，使用者易于掌握，其缺点有：

占地面积大，受地面温度影响大，水泵耗电量大。

２）Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水热泵系统。

通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。

归属于水源热泵方式。

其优点有：

在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系统投资要小，水泵能耗较低，高可靠性，低维修要求、低运行费用，在温暖地区，湖水可做热源，其缺点有：

在浅水湖中，盘管容易被破坏，由于水温变化较大，会降低机组的效率。

３）Standingcolumnwellheatpumps,SCW单井换热热井，也就是单管型垂直埋管地源热泵，在国外常称为"

热井"

。

这种方式下，在地下水位以上用钢套作为护套，直径和孔径一致；

地下水位以下为自然孔洞，不加任何固井设施。

热泵机组出水直接在孔洞上部进入，其中一部分在地下水位以下进入周边岩土换热，其余部分在边壁处与岩土换热，换热后的流体在孔洞底部通过埋至底部的回水管被抽取作为热泵机组供水，这一方式主要应用于岩石地层，典型孔径为150mm，孔深450m。

该系统适用于岩石地质地区，该地区岩石钻孔费用高，而与岩石直接换热，大大提高换热效率，节省钻孔、埋管费用，须得注意分析具体地质情况，做好隔热、封闭、过滤、实际

换热量测算等具体工作。

４）（a）Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源热泵系统（b）Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源热泵系统。

（a）和（b）两种方式都归属于Ground-coupleheatpumpsGCHPs（地下耦合热泵系统），也称埋管式土壤源热泵系统。

还有另外一个术语叫Groundheatexchanger地下热交换器地源热泵系统。

这一闭式系统方式，通过中间介质（通常为水或者是加入防冻剂的水）作为热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与大地土壤进行热交换的目的。

5）锅炉/冷却塔与地下埋管相结合的混合型地源热泵系统：

适用于空间小，不能单独采用地下埋管换热系统的建筑或内外分区冬季有大量可利用的排热的建筑物，冷却塔和闭环式系统相结合制冷，节省成本；

事实证明该系统是高效率、低费用的。

它的补充热源有水地源、太阳能、电锅炉、城市热网„„，额外排热由冷却塔或水地源来解决。

其系统的设计需要详细计算各季节的散热与排热及总的中和后的散热或排热量来选择热源和冷却塔。

一、水源热泵技术的概念和工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。

地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。

水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。

水源热泵机组工作的原理示图如下：

水源热泵根据对水源的利用方式的不同，可以分为闭式系统和开式系统两种。

闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。

（其中埋于土壤中的系统又称土壤源热泵，埋于海水中的系统又称海水源热泵）。

开式系统是指从地下抽水或地表抽水后经过换热器直接排放的系统。

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具明显的优势。

锅炉供热只能将90%~98%的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省二分之一以上的能量；

由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10～25℃，其制冷、制热系数可达3.5～4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50～60％。

因此，近十几年来，尤其是近五年来，水源热泵空调系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展，中国的水源热泵市场也日趋活跃，可以预计，该项技术将会成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。

在中国的传统的空调系统概念中，由于国家的经济发展状况和政策的影响，在相当长的时期中，北方一般以燃煤锅炉解决冬季取暖问题，在南方以水冷机组解决夏季制冷问题。

在二十世纪八十年代以后，制冷机组的方式开始多样化，此时，出现了溴化锂机组、风冷机组，机组的容量也从原有的大中型机组过渡为大中小型机组，在二十世纪九十年代以后，对于取暖方式也开始有新的尝试和探讨，特别是随着可持续发展和公众环保意识的提高，世界和中国能源利用的结构都正在转变，从原有的煤、石油取暖过渡到以天然气及电等清洁能源。

北京作为大气污染最为严重的城市之一，其治理大气污染的政策中就包括能源结构的调整，从以煤为主改为天然气和电力替代能源。

但是，替代能源虽然可以部分解决大气污染的问题，可是天然气和石油等都属于不可再生的能源，从可持续发展的角度看，必须提高能源利用效率或者寻找可以再生的能源，而水源热泵机组就是比较理想的一种设备。

二、水源热泵的特点

由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：

1.属可再生能源利用技术

水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。

地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。

这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。

所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

2.高效节能

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。

而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。

据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

3.运行稳定可靠

水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。

是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

4.环境效益显著

水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。

所以节能的设备本身的污染就小。

设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。

水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R

134A、R407C和R410A等替代共质。

水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

5.一机多用，应用xx

水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。

不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。

水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。

6.自动运行

水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；

自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

当然，象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。

⑴可利用的水源条件限制

水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。

所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。

目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。

而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。

对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

⑵水层的地理结构的限制

对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

⑶投资的经济性

由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；

一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。

虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。

但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

三、国内外水源热泵的发展及特点

在国外，关于水源热泵的研究分属于两种热泵系统：

一种为地源热泵，一种为海水热泵。

其中地源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史，但发展相当迅速。

如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45，000台，到目前为止已安装了400，000台，而且每年以10％的速度稳步增长。

1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。

美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心（Energy&

EnvironmentalResearchCenter）、美国地下水资源联合会（NationalGroundWaterAssociation）、爱迪生电力研究所（EdisonElectricInstitute）及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会，该协会在近年中将投入一亿美元从事开发、研究和推广工作。

美国计划到2001年达到每年安装40万台地源热泵的目标，其中，水源热泵占15%，届时将降低温室气体排放1百万吨，相当于减少50万辆汽车的污染物排放或种植树1百万英亩，年节约能源费用达4.2亿美元，此后，每年节约能源费用再增加1.7亿美元。

美国水源热泵的制造厂商有著名的公司有AddisonProductsCompany、AdvancedGeothermalTechnology、CarrierCorporation、ClimateMasterInc.、EconarEnergySystemsCorporation、FHPManufacturing、MammothInc.、TheTraneCompany、WaterFurnaceInternational等公司。

美国的水源热泵的研究和应用更偏重用于住宅和商业小型系统（20RT以下），多采用水-空气系统，如大家熟知的TRANE等推出的产品。

在大型建筑方面，美国推行WLHP系统，即水环热泵系统。

与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深<

400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。

据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％。

同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。

中国最早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。

目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。

其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。

国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。

中国的水源热泵的研究和应用才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。

目前，世界特别看好中国的市场。

美国能源部和中国科技部于

1997年11月签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书，其中主要内容之一是“地源热泵”，该项目拟在中国的北京、杭州和广州3个城市各建一座采用地源热泵供暖空调的商业建筑，以推广运用这种“绿色技术”，缓解中国对煤炭和石油的依赖程度，从而达到能源资源多元化的目的。

据称“华亭嘉园”即是此项目的应用。

2000年6月１９至２３日在北京由国家科学技术部高新技术开发与产业化司召开了中美地热泵技术交流会，会议的主题就是“提供运用地热泵技术为住宅小区或公用楼宇采暖制冷，大幅降低运行费用的节能解决方案”的主题。

在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。

一方面，中国的经济要保持较高速度的增长，另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。

所以要求提高能源利用效率，要求能源结构调整。

能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广，能源结构调整的方向就是从以煤为主转为以燃气，直至以电为主。

在中国的能源消耗中，建筑耗能的比例相当高。

为了适应市场要求和参加国际竞争，我们必须加快中国品牌的水源热泵的产业化研究开发。

四、清华同方水源热泵的技术特点

清华同方开发的水源热泵机组是针对大中型的建筑开发的可以实现模块组合的水-水热泵机组。

可以利用地下水和以及江河湖泊的水源以及地热尾水。

对不同的水源，可以通过是否加装中间换热器来构成闭式或开式系统。

机组在工作时的冷热切换，通过对水系统的管路的切换而实现，氟系统保持稳定不变。