地源热泵和水源热泵.docx
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地源热泵和水源热泵
地源热泵和水源热泵
地源热泵2
定义2
概述2
冷热源2
形式2
高效节能3
优点4
工作原理5
组成6
系统类型7
水源热泵8
定义：
8
工作原理：
8
优点：
9
应用10
地源热泵
定义
把地面做低温热源的热泵，即从地面土壤中吸热来取暖的循环设备。
概述
地源热泵是一种利用浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。
地源热泵通过输入少量的高品位能源（如电能），实现由低温位热能向高温位热能转移。
地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的热量取出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。
通常地源热泵消耗1kWh的能量，用户可以得到4kWh以上的热量或冷量。
冷热源
目前，地源热泵已成功利用地下水、江河湖水、水库水、海水、城市中水、工业尾水、坑道水等各类水资源以及土壤源作为水源热泵的冷热源。
形式
开式系统：
是直接利用水源进行热量传递的热泵系统。
该系统需配备防砂堵，防结垢、水质净化等装置。
闭式系统：
是在深埋于地下的封闭塑料管内，注入防冻液，通过换热器与水或土壤交换能量的封闭系统。
闭式系统不受地下水位、水质等因素影响。
1、垂直埋管--深层土壤
垂直埋管可获取地下深层土壤的热量。
垂直埋管通常安装在地下50-150米深处，一组或多组管与热泵机组相连，封闭的塑料管内的防冻液将热能传送给热泵，然后由热泵转化为建筑物所需的暖气和热水。
垂直埋管是地源热泵系统的主要方式，得到各个国家的政府部门大力支持。
2、水平埋管--大地表层
在地下2米深处水平放置塑料管，塑料管内注满防冻的液体，并与热泵相连。
水平埋管占地面积大，土方开挖量大，而且地下换热器受地表气候变化的影响。
3、地表水
江、河、湖、海的水以及深井水统称地表水。
地源热泵可以从地表水中提取热量或冷量，达到制热或制冷的目的。
利用地表水的热泵系统造价低，运行效率高，但受地理位置（如江河湖海）和国家政策（如取深井水）的限制。
高效节能
地源热泵机组利用土壤或水体温度冬季为12-22℃，温度比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；土壤或水体温度夏季为18-32℃，温度比环境空气温度低，制冷系统冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率大大提高，可以节约30--40%的供热制冷空调的运行费用，1KW的电能可以得到4KW以上的热量或5KW以上冷量。
与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将90%以上的电能或70～90%的燃料内能为热量，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，比燃料锅炉节省约二分之一的能量；由于地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，地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，中国的地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。
表一：
地源热泵与其它加热方式相比的能源消耗情况比较：
表一
比较后可得出地源热泵是所有加热方式中最节约能源的。
表二：
地源热泵空调系统与传统的中央空调系统各方面的特点相比：
表二
地源热泵空调系统在各方面都比传统空调系统表现优秀。
表三：
300平米别墅，供暖季供暖和生活热水运行费用与其它供暖方式相比：
注：
表三研究对象为北京的一套高档别墅，面积为300平米，采用1台DL-A120机组，由达隆公司设计并完成施工安装。
各种价格参数取自市政府相关部门发布的《2004年度北京能源利用报告》，以及《2006年度北京能源利用报告》，2个年度的能源价格变动较大。
本表按用户每天运行15小时，一个采暖季计算。
优点
环境和经济效益显著
地源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放燃料废物的场地，环保效益显著。
地源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比也可以减少40%以上；与电供暖相比可以减少70%以上，它的制热系统比燃气锅炉的效率平均提高近50%，比燃气锅炉的效率高出了75%。
一机多用，应用广泛
地源热泵系统可供暖、空调制冷，还可提供生活热水，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。
地源热泵有着明显的优点。
不仅节省了大量的能量，而且用一套设备可以同时满足供热、供冷、供生活用水的要求，减少了设备的初投资，地源热泵可应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。
自动运行
地源热泵机组由于工况稳定，可以设计成简单的系统，部件较少，机组运行可靠，维护费用用低，自动控制程度高，使用寿命长。
无环境污染
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，真正的实现了节能减排节能减排是减少能源浪费和降低废气排放更多。
维护费用低
地源热泵系统运动部件要比常规系统少，因而减少维护，系统安装在室内，不暴露在风雨中，也可免遭损坏，更加可靠，延长寿命。
使用寿命长
地源热泵的地下埋管选用聚乙烯和聚丙烯塑料管，寿命可达50年,要比普通空调高35年使用寿命。
节省空间
没有冷却塔、锅炉房和其它设备，省去了锅炉房，冷却塔占用的宝贵面积，产生附加经济效益，并改善了环境外部形象。
地源热泵系统的能量来源于自然能源。
它不向外界排放任何废气、废水、废渣、是一种理想的“绿色空调”。
被认为是目前可使用的对环境最友好和最有效的供热、供冷系统。
该系统无论严寒地区或热带地区均可应用。
可广阔应用在办公楼、宾馆、学校、宿舍、医院、饭店、商场、别墅、住宅等领域。
工作原理
在自然界中，水总是由高处流向低处，热量也总是从高温传向低温。
人们可以用水泵把水从低处抽到高处，实现水由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温传递到高温。
所以热泵实质上是一种热量提升装置，工作时它本身消耗很少一部分电能，却能从环境介质（水、空气、土壤等）中提取4-7倍于电能的装置，提升温度进行利用，这也是热泵节能的原因。
地源热泵是热泵的一种，是以大地或水为冷热源对建筑物进行冬暖夏凉的空调技术，地源热泵只是在大地和室内之间“转移”能量。
利用极小的电力来维持室内所需要的温度。
在冬天，1千瓦的电力，将土壤或水源中4-5千瓦的热量送入室内。
在夏天，过程相反，室内的热量被热泵转移到土壤或水中，使室内得到凉爽的空气。
而地下获得的能量将在冬季得到利用。
如此周而复始，将建筑空间和大自然联成一体。
以最小的低价获取了最舒适的生活环境。
开式地源热泵供暖原理图
冬季地源热泵供暖原理图。
组成
地源热泵供暖空调系统主要分三部分：
室外地能换热系统、地源热泵机组和室内采暖空调末端系统。
其中地源热泵机主要有两种形式：
水—水式或水—空气式。
三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，地源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。
系统类型
1.水平式地源热泵
水平式地源热泵
通过水平埋置于地表面2～4以下的闭合换热系统，它与土壤进行冷热交换。
此种系统适合于制冷供暖面积较小的建筑物，如别墅和小型单体楼。
该系统初投资和施工难度相对较小，但占地面积较大。
地源热泵
2.垂直式地源热泵
垂直式地源热泵
通过垂直钻孔将闭合换热系统埋置在50M～400M深的岩土体与土壤进行冷热交换。
此种系统适合于制冷供暖面积较大的建筑物，周围有一定的空地，如别墅和写字楼等。
该系统初投资较高，施工难度相对较大，但占地面积较小。
地源热泵
3.地表水式地源热泵
地表水式地源热泵
地源热泵机组通过布置在水底的闭合换热系统与江河、湖泊、海水等进行冷热交换。
此种系统适合于中小制冷供暖面积，临近水边的建筑物。
它利用池水或湖水下稳定的温度和显著的散热性，不需钻井挖沟，初投资最小。
但需要建筑物周围有较深、较大的河流或水域。
4.地下水式地源热泵
地下水式地源热泵
地源热泵机组通过机组内闭式循环系统经过换热器与由水泵抽取的深层地下水进行冷热交换。
地下水排回或通过加压式泵注入地下水层中。
此系统适合建筑面积大，周围空地面积有限的大型单体建筑和小型建筑群落。
水源热泵
定义：
水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换的空调技术。
水源热泵可分为地源热泵和水环热泵。
地源热泵包括地下水热泵、地表水（江、河、湖、海）热泵、土壤源热泵；利用自来水的水源热泵习惯上被称为水环热泵。
工作原理：
地球表面浅层水源（一般在1000米以内），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，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。
水源热泵技术的工作原理就是：
通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。
水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。
优点：
1、高效节能
水源热泵是目前空调系统中能效比（COP值）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4～6。
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。
而夏季水体温度为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，从而提高机组运行效率。
水源热泵消耗1kW.h的电量，用户可以得到4.3～5.0kW.h的热量或5.4～6.2kW.h的冷量。
与空气源热泵相比，其运行效率要高出20～60%，运行费用仅为普通中央空调的40～60%。
2、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。
3、节水省地
以地表水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。
4、环保效益显著
水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。
所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。
5、一机多用，应用范围广
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。
其总投资额仅为传统空调系统的60%，并且安装容易，安装工作量比传统空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。
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、住宅小区的采暖、供冷。
6、运行稳定可靠，维护方便
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，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；采用全电脑控制，自动程度高。
由于系统简单、机组部件少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。
7、符合国家政策，获得政策性支持
国家十分重视可再生能源开发利用工作，《中华人民共和国可再生能源法》已于2006年1月1日起实施；同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。
从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的发展应用予以强力推动。
根据国家建设部政策规定，凡采用水源热泵空调技术的建筑物，通过向当地建委申报，可获得政府的政策性支持，减免建筑配套费用140～200元/m2。
与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比的优势体现在：
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，水源热泵空调系统在北美及中、北欧等国家取得了较快的发展，尤其是近五年来，中国的水源热泵市场也日趋活跃，使该项技术得到了相当广泛的应用，成为一种有效的供热和供冷空调技术。
应用
从水源热泵的市场应用看,我国南方的深圳,广州到过渡地区的上海,南京直到北方采暖地区的北京,大连等城市的公共建筑（办公楼,商住楼,商场等）,而且住宅建筑上得到了广泛的应用.
北京奥运村利用再生水水源热泵空调系统,不需要冷却塔,锅炉房,其能源消耗量是传统电锅炉的1/4,更重要的是,它不会排放任何污染物.
作为建设部第一批（2006年）可再生能源建筑应用示范项目,全国最大规模的水源热泵住宅区,海信地产开发的麦岛金岸投资4亿元人民币,采用了国际先进的海水/污水源热泵,节约了能源,减少了污染.建成后采暖每年可减少燃煤20206余吨,每年减少向大气排放二氧化碳54050余吨.运用海水中央空调,比传统空调系统运行效率高出40%,节省运行费用40%左右.
有业内人士分析,水源热泵技术目前除了被广泛应用于各类民用建筑,公用建筑,军事建筑等所有需要供冷供暖供应洗浴热水的中央空调系统,还涉及到工业领域中冷冻,冷藏,冷却的工艺系统,成为节能减排的重要技术之应用限制
水源热泵的应用限制
象任何事物一样，水源热泵也不是十全十美的，更不是万能的。
其应用也会受到制约。
1、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。
2、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。
3、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。
水源热泵目前的市场状况：
水源热泵目前主要应用在北方冬季寒冷的地区，而在广阔的南方很少见到身影。
主要原因：
南方主要以空气源热泵为主，冬天对空调制热的依赖不如北方明显，主要用来洗澡，所以空气源热泵基本能满足需要，并且工程相对简单，造价成本要低。
所以这类产品有较大的局限性所以必须要走产品的差异化道路，来做好产品的推广！
目前品牌
各大知名空调器厂家都有相应的水地源热泵产品。
比如法国的西亚特水地源热泵、比如老四大家：
特灵、约克、开利、麦克维尔。
也有比较专的厂家，比如：
绿特、美意、克莱门特等等。
加上国内的一些品牌，现在可以说在品牌的选择上已经非常丰富。
编辑本段水源热泵对水源系统的要求
水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。
应用水源热泵时，对水源系统的原则要求是：
水量充足，水温适度，水质适宜，供水稳定。
具体说，水源的水量，应当充足够用，能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。
如水量不足，机组的制热量和制冷量将随之减少，达不到用户要求。
水源的水温应适度，适合机组运行工况要求。
例如，清华同方GHP型水源中央空调系统在制热运行工况时，水源水温应为12—22℃；在制冷运行工况时，水源水温应为18—30℃。
水源的水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。
水源系统供水保证率要高，供水功能具有长期可靠性，能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。
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