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(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。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。利用地球表面淺層水源,來對太陽能和地熱能進行吸收,從而就形成了低溫低位熱能資源,采用熱泵的原理,通過少量的高位電能輸入,從而使得低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移得以實現(xiàn),這種技術(shù)就是水源熱泵技術(shù)。
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(huán)境空氣溫度高,所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高,能效比也提高。而夏季水體為18~35℃,水體溫度比環(huán)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,機組效率提高。
水源熱泵工作過程及原理
在自然環(huán)境中,水由高處往低處流,熱由高溫處向低溫處傳遞;正象水泵可以把水由低處泵送到高處一樣,熱泵可以把低溫位熱能泵送到高溫位加以利用。
熱泵需要輸入一定量的高位能(電能)來驅(qū)動,但其輸出的熱量是可利用的高位熱能,在數(shù)量上是消耗的高位能和吸收的低位熱能的總和,從而節(jié)約了高位能。
即在冬季把高于環(huán)境溫度的地能中的熱能取出來供給室內(nèi)采暖,夏季把室內(nèi)的熱能取出來釋放到低于環(huán)境溫度的地能中。通常水源熱泵消耗1KW的能量,用戶可以得到4KW左右的熱量或冷量。
一、在制熱模式的情況下
在這種情況下的時候,同樣高溫高壓的制冷劑氣體會從壓縮機出來進入冷凝器,高壓液體會在制冷劑向供熱水(建筑供暖用水)中放出熱量的時候而形成,供熱水水溫也會隨著升高,然后,制冷劑會經(jīng)過膨脹閥,膨脹成低溫低壓液體,進入蒸發(fā)器,吸收低溫熱源水(地下水)中的熱量,蒸發(fā)成低壓蒸汽,低溫熱源水水溫就會降低。低壓制冷劑蒸汽又進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體,如此循環(huán)在冷凝器中獲得供熱水。冬季,熱泵機組從地源(淺層水體或巖土體)中吸收熱量,向建筑物供暖;
二、在制冷模式的情況下
在這種情況下的時候,高溫高壓的制冷劑氣體會從壓縮機出來進入到冷凝器中,高溫高壓液體會在制冷劑向冷卻水(地下水)中放出熱量的時候而形成,冷卻水水溫也會隨之而升高,然后,低壓制冷劑蒸汽又進入到壓縮機中,壓縮成了高溫高壓氣體,就這樣不斷循環(huán),在蒸發(fā)器中獲得冷凍水。夏季,熱泵機組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中,實現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷。根據(jù)水熱交換系統(tǒng)形式的不同,水源熱泵系統(tǒng)分為地下水水源熱泵系統(tǒng)和地表水水源熱泵系統(tǒng)和地埋管水源熱泵系統(tǒng)。
水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
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(fā)電時,消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和CO2溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。當然,像任何事物一樣,水源熱泵也不是十全十美的,其應(yīng)用也會受到制約。
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。對于從地下抽水回灌的使用,必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu),確保可以在經(jīng)濟條件下打井找到合適的水源,同時還應(yīng)當考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件,保證用后尾水的回灌可以實現(xiàn)。