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熱泵。
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的輻射能量,並且水源的溫度一般都十分穩定。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,即在夏季將建築物中的熱量“取”出來,釋放到水體中去,由於水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,以達到夏季給建築物室內製冷的目的;而冬季,則是通過水源熱泵機組,從水源中“提取”熱能,送到建築物中採暖。
優點
水源熱泵與常規空調技術相比,有以下優點:
1、高效節能
水源熱泵是目前空調系統中能效比(COP值)最高的製冷、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。而夏季水體溫度為18~35℃,水體溫度比環境空氣溫度低,所以製冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好於風冷式和冷卻塔式,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。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。這使得利用儲存於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,機房面積大大小於常規空調系統,節省建築空間,也有利於建築的美觀。
4、環保效益顯著
水源熱泵機組供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統,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、黴菌污染及水耗。所以,水源熱泵機組運行無任何污染,無燃燒、無排煙,不產生廢渣、廢水、廢氣和煙塵,不會產生城市熱島效應,對環境非常友好,是理想的綠色環保產品。
5、一機多用,套用範圍廣
水源熱泵系統可供暖、空調,還可供生活熱水,一機多用,一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。特別是對於同時有供熱和供冷要求的建築物,水源熱泵有著明顯的優點。不僅節省了大量能源,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空調系統的60%,並且安裝容易,安裝工作量比傳統空調系統少,安裝工期短,更改安裝也容易。
水源熱泵可套用於賓館、商場、辦公樓、學校等建築,小型的水源熱泵更適合於別墅、住宅小區的採暖、供冷。
6、運行穩定可靠,維護方便
水體的溫度一年四季相對穩定,其波動的範圍遠遠小於空氣的變動,水體溫度較恆定的特性,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;採用全電腦控制,自動程度高。由於系統簡單、機組部件少,運行穩定,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利用工作,《中華人民共和國可再生能源法》已於2006年1月1日起實施;同時,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》中,又把大力發展和規模化套用新能源和可再生能源作為能源領域的優先發展主題。從國家立法和發展戰略的高度,對可再生能源的發展套用予以強力推動。
根據國家建設部政策規定,凡採用水源熱泵空調技術的建築物,通過向當地建委申報,可獲得政府的政策性支持,減免建築配套費用140~200元/m2。
套用限制
水源熱泵的套用限制,象任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,更不是萬能的。其套用也會受到制約。
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。所以在不同的地區是否有合適的水源成為水源熱泵套用的一個關鍵。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、水層的地理結構的限制
對於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,保證用後尾水的回灌可以實現。
3、 投資的經濟性
由於受到不同地區、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。但與傳統的空調製冷取暖方式相比,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。
系統要求
水源系統的水量、水溫、水質和供水穩定性是影響水源熱泵系統運行效果的重要因素。套用水源熱泵時,對水源系統的原則要求是:水量充足,水溫適度,水質適宜,供水穩定。具體說,水源的水量,應當充足夠用,能滿足用戶制熱負荷或製冷負荷的需要。如水量不足,機組的制熱量和製冷量將隨之減少,達不到用戶要求。水源的水溫應適度,適合機組運行工況要求。例如,清華同方GHP型水源中央空調系統在制熱運行工況時,水源水溫應為12—22℃;在製冷運行工況時,水源水溫應為18—30℃。水源的水質,應適宜於系統機組、管道和閥門的材質,不至於產生嚴重的腐蝕損壞。水源系統供水保證率要高,供水功能具有長期可靠性,能保證水源熱泵中央空調系統長期和穩定運行。
市場狀況
水源熱泵目前主要套用在北方冬季寒冷的地區,而在廣闊的南方很少見到身影。主要原因:南方主要以空氣源熱泵為主,冬天對空調製熱的依賴不如北方明顯,主要用來洗澡,所以空氣源熱泵基本能滿足需要,並且工程相對簡單,造價成本要低。所以這類產品有較大的局限性所以必須要走產品的差異化道路,來做好產品的推廣!
目前品牌
各大知名空調器廠家都有相應的水地源熱泵產品。比如法國的西亞特水地源熱泵、比如老四大家:特靈、約克、開利、麥克維爾。也有比較專的廠家,比如:綠特、美意、克萊門特等等。加上國內的一些品牌,現在可以說在品牌的選擇上已經非常豐富。
保護資源
近幾年來,人們大力發展節能減排項目,一切從環保節能點出發,設計出高效節能環保產品,利用小部分資源創造出更多有利於民眾的生活能源。其中水源熱泵就是一項節能產品,生活用水是很重要的資源,飲用水、取暖水、農用灌溉水、生態養殖水等等,然而,我們也知道由於農田農藥、化肥等面源污染逐步加劇,以及養殖污染、工業廢水廢渣、生活垃圾等點源污染的不適當處理,地下水污染情況也日益嚴重,所以,利用節能產品,汲取珍惜資源,保護生態環境勢在必得。
說道水源熱泵,它的節能優點主要體現在系統通過輸入少量的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,機組消耗1kW的能量,獲得4~5kW以上的冷/熱量,這個時候,我們就有個疑問,系統所產生的廢棄是怎樣處理的呢?前面我們已經提到,能量來源於地下能源,所以系統不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣。
通過水源熱泵在地下產生的熱能,可以處理廢水、廢料從而發動起熱能量,不僅解決了地下廢水處理問題,還可以提供熱源,既保護了地下水資源又降低了能耗,對生態環境和可持續發展帶來了很大影響。
不得不說,日益匱乏地球資源,就應該依靠像水源熱泵這種“綠色環保空調”的高科技的力量和人為的認知來保護 。