水源热泵系统介绍

水源热泵系统介绍水源热泵系统介绍陈晓红建环1班摘要：本文首先介绍了水源热泵技术的概念和工作原理，并与锅炉和空气源热泵在能源利用角度作了对比，得出水源热泵技术是利用可再生能源的一种技术。随后，介绍了水源热泵的特点、应用中存在的问题及水源热泵的几种形式，最后，介绍了国内外关于地源应用的基本情况和中国目前水源热泵开发应用的前景关键词：水源热泵；可再生能源；推广应用WatersourceheatpumpsystemisintroducedChenxiaohongJianhuanyibanAbstract:thispaperintroducestheconceptofthewatersource&heatpumptechnologyandworkingprinciple,andwiththeboilerandairsourceheatpumpinenergyusecontrastAngle,andconcludesthatthewatersourceheatpumptechnologyistheuseofrenewableenergyofakindoftechnology.Then,thispaperintroducesthecharacteristicsofwaterresourceheatpump,theapplicationofexistingproblemsandseveraltypesofwatersourceheatpumps,finally,athomeandabroadareintroducedtothesourceabouttheapplicationandthebasicsituationofChinawatersource&heatpumpdevelopmentapplicationprospectKeywords:watersourceheatpump;Renewableenergy;application1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米热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。2.2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30～2.3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。2.4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R134A、R407C和R410A等替代制冷剂。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。2.5一机多用，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。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。2.6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。3水源热泵技术在应用中存在的问题3.1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。3.2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。3.3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。4水源热泵的几种形式4.1污水热源热泵污水厂达标排放的水（现通称再生水）一般水质清洁、硬度小、PH值适中、无特殊污染物，水温在11～29℃之间，最不利的冬季，水温一般也能保持在11℃污水源热泵最早于1980年挪威奥斯陆开始建设，1983年投入运行，相继在瑞典、日本、美国、德国都建造了一批以污水为低温热源的大型热泵站，并相继投入运行。国内污水源水源热泵是近年来才提出的，在北京高碑店污水处理厂、北小河污水处理厂、卢沟桥污水处理厂都进行了小实验，并取得了良好的效果。哈尔滨望江宾馆、沈阳污水处理厂建造的污水源热泵站都已投入运行，另外，北京奥运村也设计了污水源水源热泵的生活采暖、空调和热水供应项目，现正在建设之中。目前，国内污水源水源热泵技术的运用已发展到区域型规模化。4.2低质天然水水源/地源热泵作为制取生活热水的热泵水源水对水质、水温、水量的要求远比中央空调低，一般的河水、湖水、小区景观水只要满足取热平衡均可利用。冬季北方地区极端工程时，可考虑辅助加热。国际上运用湖（河）水源热泵实施冷、热、暖三联供的项目非常普遍，近年来国内在此方面也有了长足进步，一般小区集中生活热水系统均利用了水源热泵从小区的景观水、河水等低质水源中取能，效果非常明显，结合低谷电的使用，热水的制水能源成本不足7元/㎡,比传统电加热节能70%以上，运行非常稳定。4.3消防水池、清水池水热源热泵从居民用水量分析，生活热水的用量不到自来总水量的1/3，在长江以南地区，全年自来水平均水温高于25℃，若利用水源热泵，从自来水中取能制取生活热水，只需将自来水每吨降温154.4海水热源热泵海水一般水质清洁，水温在9～25℃之间，最不利的冬季，水温一般也能保持在9℃国际上运用海水源热泵实施冷、热、暖三联供的项目非常普遍，近年来国内在此方面也有了长足进步，特别是青岛市、大连市等沿海城市已取得了巨大的成功。5国内外水源热泵的发展在国外，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、国家地下水资源联合会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％。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公司召开了中美地源热泵技术交流会，会议的主题就是"提供运用地源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。6目前中国水源热泵推广应用中存在的问题水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在一些问题：6.1水源的使用政策我国目前为了保护有限的水资源，制订了《中华人民共和国水法》，各个城市也纷纷制订了自己的《城市用水管理条例》。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次收费，收费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变差。所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。6.2水源的探测开采技术和费用在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是