基本介紹
- 中文名：水源熱泵空調系統
- 類別：系統
- 功耗：1kW
- 別名：地能
概述,分類,工作原理,系統組成,優缺點,
概述
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，提高溫度後，供給室內採暖；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。
分類
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源熱泵和地源熱泵。水源熱泵是充分利用室內餘熱的一種熱泵，冬季當室內餘熱不足時，可利用鍋爐進行加熱；夏季當室內餘熱過多時，可利用冷卻塔進行排熱。地源熱泵在國內的套用剛剛起步，有關地源熱泵的術語很多，也很不規範，為了避免混淆，現統一採用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，採用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，在夏季利用製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，由於水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量；而冬季，利用製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後在冷凝器中放熱給空調空間。
系統組成
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採暖空調末端系統。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，與建築物採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，水源熱泵是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，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%的供熱製冷空調的運行費用。
（3）水體的溫度一年四季相對穩定，其波動的範圍遠遠小於空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源，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。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，消耗一次能源並導致污染物和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，相當於減少30%以上，與電供暖相比，相當於減少70%以上。
當然，像任何事物一樣，水源熱泵也不是十全十美的，其套用也會受到制約。
（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）受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）受投資經濟性的限制。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。
