什么是水源熱泵空調機組?
什么是水源熱泵空調機組?
水源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。水源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能),實現低溫位熱能向高溫位轉移。地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源,即在冬季,把地能中的熱量“取”出來,提高溫度后,供給室內采暖;夏季,把室內的熱量取出來,釋放到地能中去。通常水源熱泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。
根據熱泵的熱源介質來分,熱泵可分為空氣源熱泵和水源熱泵,而水源熱泵又分為水環熱泵和地源熱泵。水環熱泵是充分利用室內余熱的一種熱泵,冬季當室內余熱不足時,可利用鍋爐進行加熱;夏季當室內余熱過多時,可利用冷卻塔進行排熱。地源熱泵在國內的應用剛剛起步,有關地源熱泵的術語很多,也很不規范,為了避免混淆,現統一采用ASHRAE1997年規定的標準術語,即地源熱泵(Ground-Source Heat Pump, GSHP)。地源熱泵是一個廣義的術語,它包括以地下水、地表水和土壤作為熱源和熱匯的熱泵系統。以土壤為熱源和熱匯的熱泵系統稱之為土壤源熱泵(Ground-Coupled Heat Pump, GCHP);以地下水為熱源和熱匯的熱泵系統稱之為地下水源熱泵(Ground-Water Heat Pump, GWHP);以地表水為熱源和熱匯的熱泵系統稱之為地表水源熱泵(Surface Water Heat Pump, SWHP)。
工作原理
作為自然現象,熱量總是從高溫端流向低溫端。但如同水泵把水從低處提升到高處那樣,人們可以用熱泵技術把熱量從低溫端抽吸到高溫端。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置,它本身消耗一部分能量,把環境介質中儲存的能量加以挖掘,提高溫位進行利用,而整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低,這就是熱泵節能的關鍵所在。水源熱泵機組工作原理就是利用地球表面淺層地熱能如土壤、地下水或地表水(江、河、海、湖或淺水池)中吸收的太陽能和地熱能而形成的低位熱能資源,采用熱泵原理,通過少量的高位電能輸入,在夏季利用制冷劑蒸發將空調空間中的熱量取出,放熱給封閉環流中的水,由于水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量;而冬季,利用制冷劑蒸發吸收封閉環流中水的熱量,通過空氣或水作為載冷劑提升溫度后在冷凝器中放熱給空調空間。
水源熱泵供暖空調系統主要分三部分:室外地能換熱系統、水源熱泵機組和室內采暖空調末端系統。其中水源熱泵機主要有兩種形式:水—水式或水—空氣式。三個系統之間靠水或空氣換熱介質進行熱量的傳遞,水源熱泵與地能之間換熱介質為水,與建筑物采暖空調末端換熱介質可以是水或空氣
優缺點
水源熱泵空調系統主要具有以下技術優勢:
(1)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。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地接受太陽輻射能量),而且是一個巨大的動態能量平衡系統,地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。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,水源熱泵一種利用清潔的可再生能源的技術。
2)水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12~22℃,水體溫度比環境空氣溫度高,所以熱泵循環的蒸發溫度提高,能效比也提高。而夏季水體為18~35℃,水體溫度比環境空氣溫度低,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,機組效率提高。據美國環保署(EPA)估計,設計安裝良好的水源熱泵,平均來說可以節約用戶30%~40%的供熱制冷空調的運行費用。
(3)水體的溫度一年四季相對穩定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題
(4)水源熱泵使用的是電能,電能本身為一種清潔的能源,但在發電時,消耗一次能源并導致污染物和CO2溫室氣體的排放。所以節能的設備本身的污染就小。設計良好的水源熱泵機組的電力消耗,與空氣源熱泵相比,相當于減少30%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上。
當然,象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,其應用也會受到制約。
(1)受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,閉式系統一般成本較高。而開式系統,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,水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
(2)受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,確保可以在經濟條件下打井找到合適的水源,同時還應當考慮當地的地質和土壤的條件,保證用后尾水的回灌可以實現。
(3)受投資經濟性的限制。由于受到不同地區、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。但與傳統的空調制冷取暖方式相比,在不同地區不同需求的條件下,水源熱泵的投資經濟性會有所不同。
威海中天嘉能生產水源熱泵機組、土壤熱泵機組、水環路熱泵機組等多種機型。
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