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目前,水源热泵系统因其高效、节能、环保等优势正逐渐受到社会各界的关注及日益广泛的应用,而由此带来的水资源论证工作也呈日益增长趋势。什么是水源热泵?其用水原理又是怎样的?
水源热泵系统是利用地球表面潜层水源如地下水、河水和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的空调系统。由此形成的冷热源,不仅可以满足各类建筑冬季供暖、夏季供冷的需求,还可同时解决生活热水的供应问题。按照低温热源的类型不同,水源热泵系统分为地下水源热泵系统、地表水源热泵系统和地下埋管式热泵系统。现简单介绍一下地下水源热泵系统的用水原理:地下水源热泵系统是由地下同一含水岩组的开采井和回灌井组成的循环系统,
根据卡诺循环原理,借助压缩机系统,通过少量的高品位电能的输入,不断将水源水中大量但又不易利用的低品位热能置换出来,使其变成可利用的高品位热能,实现低位能向高位能的转移。
以某小区地下水源热泵系统为例,其用水原理为:冬季供热模式下,热泵机组遵循逆“卡诺”循环原理。高压高温的制冷剂气体
(R22、
R134a等
)从压缩机排出后进入水/制冷剂的冷凝器,同时排放热量而冷却成高压液体,然后到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体,再进入蒸发器蒸发成低压蒸汽,蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体,如此循环不已,使用户端水循环系统的水温不断升高,最高温度可达
75℃。在水源水系统中,地下水
(水温在
17℃)被吸收了
12℃的热量,降至
5℃左右再回灌地下,水在渗流过程中吸收地下土壤热量,温度又升至
17℃,然后再被抽取上来循环使用。夏季制冷模式下,热泵机组遵循“卡诺”循环原理。高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后,进入水/制冷剂的冷凝器,向水中排放热量而冷却成高压液体,并使水温升高,然后到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽,同时吸收空气
(水
)的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体,如此循环不已,使用户端循环水系统的水温降低到
20~
24℃,达到空调制冷的目的。在水源水系统中,地下水
(水温
18℃左右
)吸收了
15℃左右的热量,温度升高
33℃后回灌到地下,水在渗流过程中又降至
18℃,然后再被抽取上来循环使用。
水源热泵系统的主要优点为:
一、高效节能、环保安全。由于吸收水体中的热能,大大减少了电能消耗,热泵的能效比无论在制冷或制热工况下都高于传统制热、制冷方式,投入
1KW的电能,可获得
4KW左右的热能或冷量。以水为介质,系统运行无燃烧过程,无污染排放,水源水循环封闭利用,不会造成水源污染。地温空调控制冷、热水温度,是通过安装在冷冻
/冷却出水管上的温度传感器的信号,控制机组增减负荷,调节制冷
/制热的出水温度,根据周围空间温度,借助于先进的电脑传感控制设备,循环水量可实时控制,有可能带来循环水量的减少,具有一定的节水能力。二、一机多用。一套设备即可实现冬季供热、夏季制冷,作为制冷机使用时可以回收余热。三、运行费用低、节约投资
。
节能特点决定其运行费用低于燃煤锅炉,仅占传统中央空调的
30%
~50%;因其多功能的特性,其总投资额仅为传统空调系统的
60%,且系统运行寿命长,安装容易,安装工期短,更改安装方便。四、节省占地、应用广泛。机组体积小,且省去冷却塔和锅炉房,甚至可不设机房,通常只有燃煤锅炉占地的
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~
1/15
;该技术可广泛应用于工农业生产、商业楼宇、医院、学校以及体育场馆
(如游泳馆、滑冰场
)、别墅区、住宅小区、公用场所等民用建筑。五、效果良好。主机的运行不受外界环境温度的影响,无论是严寒的冬季还是酷热的夏季,主机始终处于经济工作状态,从而保护了压缩机,使用寿命可达
25年以上。
审稿:梁凤欣
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