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水源熱泵原理

地下水是一個巨大的天然資源，其熱惰性極大，全年的溫度波動很小，一般說來，埋藏于地表20M以下的淺表層地下水可常年維持在該地區年平均溫度左右，是理想的天然冷熱源。水源熱泵系統正是利用地下水的特性而工作的一種新型節能空調。在水源熱泵的水井系統中，水源熱泵一般成井深度為50米到300米，因為此部分地下水主要由地表水補給，且不適宜飲用，故用于水源熱泵*空調是選擇水源*空調系統的是由末端（室內空氣處理末端等）系統，水源*空調主機（又稱為水源熱泵）系統和水源水系統三部分組成。為用戶供熱時，水源*空調系統從水源中中提取低品位熱能，通過電能驅動的水源*空調主機（熱泵）“泵”送到高溫熱源，以滿足用戶供熱需求。 為用戶供冷時，水源*空調將用戶室內的余熱通過水源*空調主機（制冷）轉移到水源中，以滿足用戶制冷需求。

系統原理圖：制熱工況為例（制冷工況可通過閥門切換來實現，即使水源水進冷凝器，蒸發器的冷凍循環水接用戶系統），系統原理見下圖：

分類： 水源熱泵根據對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統和開式系統兩種。

閉式系統是指在水側為一組閉式循環的換熱套管，該組套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通過與土壤或海水換熱來實現能量轉移。

開式系統也就是通常所說的深井回灌式水源熱泵系統。通過建造抽水井群將地下水抽出，通過二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群回地下。

水源熱泵原理圖：

深井回灌開式環路

地下水平式封閉環路

水源熱泵優點

節能

水源熱泵是目前空調系統中能效比(COP值)zui高的制冷、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，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*空調的40~60%。

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，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

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，機房面積大大小于常規空調系統，節省建筑空間，也有利于建筑的美觀。

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、霉菌污染及水耗。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。

一機多用，應用范圍廣

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。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，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%，并且安裝容易，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。

水源熱泵可應用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅、

運行穩定可靠，維護方便

水體的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的性和經濟性；采用全電腦控制，自動程度高。由于系統簡單、機組部件少，運行穩定，因此維護費用低，使用壽命長。

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》已于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應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應用予以強力推動。

日前,國家*、建設部發文《關于推進可再生能源在建筑中應用的實施意見》以及《可再生能源建筑應用專項資金管理暫行辦法》，明確指出"十一五"期間，可再生能源應用面積占新建建筑面積比例為25%以上，到2020年，可再生能源應用面積占新建建筑面積比例為50%以上，這為我國水源熱泵的發展提供了良好的環境和強勁的動力。

水源熱泵的應用限制：

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。

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。

投資的經濟性

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。

地源熱泵深井技術介紹

1. 地源熱泵系統原理

地源熱泵系統是利用熱泵機組在土壤中提取或蓄存熱量，制取冷熱水為空調服務的系統，

地源熱泵原理圖

地表淺層土壤溫度呈三層分布，地表凍土層附近土壤溫度受室外大氣影響，溫度全年波動大；凍土層以下有一恒溫層，溫度全年基本不變；恒溫層下到地殼深處有一定的正溫度梯度，土壤溫度隨深度緩慢上升。地熱井，指的是深升3500米左右的地熱能或水溫大于30℃的溫泉水來進行發電的方法和裝置，地熱分高溫、中溫和低溫三類。高于150℃，以蒸汽形式存在的，屬高溫地熱；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，屬中溫地熱；高于 25℃、低于90℃，以溫水、溫熱水、熱水等形式存在的，屬低溫地熱.

地熱深井的技術簡介是：(1)集成創新：即地核原子爐和發電機+地幔地殼的熱巖層+石油鉆探式鉆地熱井+工質優選+蒸汽發電機+發電機=6因素集成。(2)工作循環簡單：即工質吸熱變工質蒸汽→蒸汽機作功→聯動發電機發電。(3)井水閉式循環：即地熱井水在井內閉式循環，不必抽到井外。(4)工質閉式循環：即工作介質按工質貯罐→井爐換熱→蒸汽機→冷卻→回到工質貯罐，是全封閉的循環，不會泄漏。(5)熱功轉換效率高：即采用相變傳熱和換熱，又低溫工作的蒸汽發電機，故一般每孔地熱井裝機在1500～3000KW。(6)建廠成本低：即一般約0.8億元/萬KW，低于核電的2.2億元/萬KW或秸桿發電的2億元/萬KW。

用于供暖的地熱水溫度一般在60℃以上，也有采用50～60 ℃的,50℃ 以下的則很少采用。分直接供暖和間接供暖兩種方式：直接供暖是將地熱水直接送入供熱系統, 其對地熱水的水質要求高，不得對供暖管道系統產生腐蝕和結垢，一般為礦化度比較低的地熱水；間接供暖是使地熱水通過熱交換器將熱轉換給供熱系統進行供暖。開采具有腐蝕性和易產生結垢的地熱水供暖，一般采用間接供暖方式。地熱水供暖的利用率取決于地熱水的溫度及其供暖后排放水溫度，地熱水溫度愈高, 供暖后的排水溫度愈低, 則其供暖的利用率越高。

但是在長期的利用中發現：

①從地層深處提取熱水取暖，利用率低，熱水不可飲用，不再回流，直接排入廢水溝，嚴重浪費熱力資源。②長期抽取深層地下水易使形成地下漏斗，影響地層穩定，國家已出臺政策禁止。③地熱深井的循環需要一口出水井四口回水井，打井的費用投入較大。

防腐問題地熱對金屬腐蝕是普遍存在的而且很嚴重。地熱水中zui常出現起主要作用的腐蝕成分是氯(CL)和溶解氧(0：)。氯離子半徑小，穿透能力強，因此容易穿過金屬表面已有的保護層造成對碳鋼、不銹鋼及其他合金強烈的縫隙腐蝕、孔蝕與應力腐蝕等。

氯離子對金屬的腐蝕作用還與溫度有關，60cc的地熱水CL一含量僅只200rTlg／L時，也會使不銹鋼產生局部腐蝕，溫度越高腐蝕作用越強。在地下深層地熱水自然狀態下通常不含氧氣，流出地面后空氣中的氧會溶入地熱水，溶解氧也是地熱水中zui常見zui重要的腐蝕性物質。