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水源熱泵技術簡介

2019-11-09 17:45   评论:22 点击:462

摘要:水源熱泵是以水為介質來提取能量實現製熱和製冷的一個或一組係統。本文先容水源熱泵的工作道理與優點。 關鍵詞:水源熱泵 道理 優點

1.水源熱泵定義

  水源熱泵是以水為介質來提取能量實現製熱和製冷的一個或一組係統。針對水源熱泵機組,就是通過消耗少量高品位能量 ,將地表水中不可直接利用的低品位熱量提取出來,變成可以直接利用的高品位能源的裝配 。 水源熱泵是利用太陽能和地熱能來製冷、供熱,應當說其屬熱泵中“地源熱泵”的一種。 經過嚴格測試及不同地區熱泵的利用實例測算,水源熱泵製熱的性能係數在3.3—4.4之間,製冷的性能係數在4.1—5.8之間。

2.水源熱泵工作道理

  地球表麵淺層水源(如深度在1000米以內的地下水、地表的河流、湖泊和海洋)吸收了太陽進進地球的輻射能量,這些水源的溫度一般都十分穩定。水源熱泵機組工作道理就是在夏季將建築物中的熱量轉移到水源中,由於水源溫度低,所以可以高效地帶走熱量,而冬季,則從水源中提取能量,由熱泵道理通過空氣或水作為製冷劑提升溫度後送到建築物中。通常水源熱泵水泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。 水源熱泵根據對水源的利用方式的不同,可以分為閉式係統和開式係統兩種。閉式係統是指在水側為一組閉式循環的換熱盤管,該組盤管一般水平或垂直埋於湖水或海水中,通過與湖水或海水換熱來實現能量轉移(該組盤管直接埋於土壤中的係統稱為土壤源熱泵,也是地源熱泵的一種);開式係統是指從地下或地表中抽水後經過換熱器直接排放的係統。 水源熱泵無論是在製熱還是製冷過程中均以水為熱源和冷卻介質,即用切換工質回路來實現製熱和製冷的運行。然而,更為方便的是由水回路中的三通閥來完成。固然在水源熱泵係統圖中表示了水源直接進進蒸發器(製冷時為冷凝器) ,在某些場合,為避免汙染封閉的冷水係統(通常是處理過的),需間接地用一個換熱器來供水;另一種方法是利用封閉回路的冷凝器水係統。 水作為熱泵製熱 、製冷過程的介質,滿足以下兩個條件即可利用:一是水的溫度在7℃~30℃之間,二是水量要充足 。水源水可所以各種產業用廢水、生活用水、海水、江、河水等,甚至是各種產業餘熱 。提取水中的熱(冷)量比較簡單易行的方式是打井,利用井泵提取地下水作為循環介質。

  由於水源熱泵技術利用地表水作為空調機組的冷熱源,所以其具有以下優點:

   環保效益明顯 水源熱泵是利用了地表水作為冷熱源,進行能量轉換的供熱空調係統。供熱時省往了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房係統,沒有燃燒過程,避免了排煙、排汙等汙染;供冷時省往了冷卻水塔,避免了冷卻塔的噪音、黴菌汙染及水耗。所以說,水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術。

   高效 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進步,能效比也進步。而夏季水體為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,機組效率進步。據美國環保署EPA估計,設計安裝良好的水源熱泵,均勻來說可以節約用戶30~40%的供熱製冷空調的運行用度。

  節能 水源熱泵使用的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汙染物和二氧化碳溫室氣體的排放。設計良好的水源熱泵機組,與空氣源熱泵相比,相當於減少30%以上的電力消耗,與電供熱相比 ,相當於減少70%以上的電力消耗。所以 ,水源熱泵在節能的同時還減少和降低了發電時一次能源消耗過程中產生的汙染排放和溫室效應。

  利用範圍廣 可廣泛的利用於賓館 、辦公樓、學校、商場 、別墅區、室第小區的集中供熱製冷,和其它貿易和產業建築空調,並可用於泅水池 、乳製器加工、啤酒釀造、冷軋鑄造、冷庫及室內蒔植和恒溫養殖等行業上。

  一機多用 利用一套設備即可供冷,又可供熱 ,還可提供生活熱水 。對空調係統來說,一台熱泵提供兩種熱源,可節省一次性投資,其總投資額僅為傳統空調係統的60%,並且安裝輕易,安裝工作量比其他空調係統少,安裝工期短,更改安裝也輕易。

  主動化程度高 水源熱泵機組由於工況穩定,所以可以設計簡單的係統;部件較少,主動控製程度高 。

  沒有任何汙染 水源熱泵技術采用的製冷劑,可所以R22或R134A、R407和R410A等替換物質。水源熱泵機組的運行沒有任何汙染,沒有燃燒,沒有排煙,不產生任何廢渣,廢水、廢氣和煙塵,使環境更美好。可以建造在居民區內,不需要堆放燃料廢物的場地,且不用遠間隔輸送熱量。

   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,是很好的熱泵熱源和空調冷源。水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、更穩定,也保證了係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題目。由於係統簡單,機組部件較少 ,運行簡單、穩定 ,相對來說維護用度要低得多,使用壽命可長過20年以上。

  特別提醒

  公道利用地下水資本進行熱泵空調,在設計和使用上有兩個題目應予以關注。

  (1)地下水源的選擇 采用地下水源熱泵時,選擇水源的原則應為:水量充足,水溫適當,水質良好,供水穩定。就某項工程來說,應根據當地實際情況 ,判定是否具備可資利用的地下水源,一項工程所需水量 ,首要取決於該項工程的冷熱負荷和地下水溫度,適用的地下水源條件是 ,水文地質特征為砂、卵石、礫石地層和裂隙地帶;含水層厚度大於5m,冬季地下水溫度不低於10℃。 此外,還要重視水質情況,包括含砂量與渾濁度,和水的化學性質 。含砂量與渾濁度高造成機組和管閥磨損,回灌時會造成含水層堵塞,是以,地下水源含砂量應小於20萬分之一,向地下含水層回注水的渾濁度應小於20毫克/升;總礦化度小於3克/升,希看水中Cl小於100毫克/升 ,SO4 2-小於200毫克/升,Fe2-小於1毫克/升,H2S小於0.5毫克/升,地下水腐蝕性條件達不到要求時 ,水源熱泵係統應考慮防腐措施。 </P>

  (2)人工回灌 我國水資本非常缺乏,主管部分對開采地下水有嚴格治理,並且規定,除非有較大需水用戶進行二資利用,否則必須進行回灌。當然,為了保證地下水源熱泵空調係統長期正常運行,以補充地下水源,調節水位,維持儲量平衡。為了避免在熱泵裝配中冷卻或加熱後回灌到地下的水 ,因短路而又被抽回 ,回灌井與取水井之間的間隔應盡可能遠一些。目前,固然還沒有回注水質的國家標準,但回注水質最少應即是原地下水水質 ,以保證回灌後不會引發區域性地下水水質汙染。

  是以,應遵循以下條款: 

  (1)地下水應在封閉係統中輸送;

  (2)熱泵空調係統中與地下水接觸的部件應采用耐腐蝕材料製造;

  (3)取水管路上和回注水管路上應裝有水表和采集水樣用的旋塞閥;

  (4)定期對地下水進行化驗,並將化驗結果報送有關部分備案;

  (5)如發現地下井水異常,特別是水中出現化學物質或其它無關物質時,應及時與有關部分聯係 ,並采取措施。地下水回灌的方法有三種,即:真空回灌 、重力(自流)回灌和壓力回灌。 真空回灌:真空回灌是利用存頗低的靜水位(低於地麵10m)形成真空進行回灌 。含水層滲透性要良好。由於回灌時,對井的濾水層衝擊力不強,所以很適用於老井。采用真空回灌,對於細顆粒含水層,回灌量一般為取水量的1/3-1/2;對於粗顆粒含水層,回灌量可達取水量的1/2-2/3。 重力回灌 :依托自然重力進行回灌也適用於低水位和滲透性良好的含水層,此法的優點是係統簡單 。對於砂卵石含水層,其回灌量一般為取水量的50%;對於滲透性好的礫卵石層來說,回灌量可達取水量的75-90℃。 壓力回灌:壓力回灌用於高水位和低滲透性的含水層 ,其缺點是回灌時,對井的濾水層和含水砂層的衝擊力強。上海曾廣泛采用此法進行回灌。 為了預防井管堵管,及時清除堵塞含水層和井管的雜質,在進行回灌今後,經常開泵,排除回灌井水中的過堵塞物,即進行回場。回灌井的回揚次數和回揚持續時間,首要取決於含水層顆粒大小和滲透性。在岩溶裂隙含水層中的回灌井,長期不回揚,回灌能力仍能維持不變,在疏鬆粗大顆粒含水層中的回灌井,每周回揚1-2次,在中、細顆粒含水層中的回灌井,回揚間隔應進一步縮短 ,而對於細顆粒含水層中的回灌井來說,經常回場尤其首要。

  是以,係統調試完成並正常運行以後 ,為了預防井管堵管,及時清除堵塞含水層和井管的雜質,保證係統的可靠運行,需每年對回灌井和抽水井進行清理一次,用度為每眼井5000元擺布。

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