水源熱泵與地源熱泵優缺點

一、水源熱泵深井技術介紹

1、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，故用于水源熱泵中央空調是極佳選擇水源中央空調系統的是由末端（室內空氣處理末端等）系統，水源中央空調主機（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，水源中央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中央空調主機（熱泵）“泵”送到高溫熱源，以滿足用戶供熱需求。為用戶供冷時，水源中央空調將用戶室內的余熱通過水源中央空調主機（制冷）轉移到水源中，以滿足用戶制冷需求。


1.1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）。

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。


水源熱泵優點

2.1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%，運行費用僅為普通中央空調的40~60%。

2.2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。

2.3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，機房面積大大小于常規空調系統，節省建筑空間，也有利于建筑的美觀。

2.4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、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。

2.5一機多用，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、住宅小區的采暖、供冷。

2.6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，也保證了系統的高效性和經濟性；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。

2.7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?；瘧眯履茉春涂稍偕茉醋鳛槟茉搭I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，國家財政部、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。


3.水源熱泵的應用限制：

3.1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。

3.2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?？梢栽诮洕鷹l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。

3.3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。



二、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，又稱土壤源熱泵。

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25C、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+地慢地殼的熱巖層+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一回到工質貯罐，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~

60C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。


2.但是在長期的利用中發現：

2.1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。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。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。

2.2防腐問題地熱對金屬腐蝕是普遍存在的而且很嚴重。地熱水中最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。

2.3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200rT1g/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最常見最重要的腐蝕性物質。