水地源熱泵系統
環境污染和能源危機已成為當今社會的兩大難題，如何在享受的同時付出較少的代價逐漸成為人類的共識，在這種背景下以環保和健康為主要特征的綠色建筑應運而生。盡可能少地消耗能源為建筑物創造舒適環境已經成為空調的發展方向，開發利用天然的冷/熱源能夠為空調帶來節能和環保雙重效益，因而越來越受到人們的重視。淺層地熱能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50m以下的淺層地熱能可常年維持在該地區年平均溫度左右，是一種理想的天然冷熱源。水地源熱泵系統正是利用以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源，由水源熱泵機組、地熱能交換系統、建筑物內 系統組成的節能環保供熱空調系統。根據地熱能交換系統形式的不同，地源熱泵系統分為地埋管地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。
水地源熱泵系統概況
一、原理概述
地源熱泵是一種先進的技術，它高效、節能、環保，有利于可持續發展。該技術利用土壤、地下水和江、河、湖、海以及城市污水等作為冷熱源，利用其溫度相對穩定的特性，通過使用少量的電能，使建筑達到供熱或制冷的目的。
為用戶供熱時，地溫熱泵中央空調系統從地溫中提取低品位熱能，通過電能驅動的地溫熱泵中央空調主機（熱泵）“泵” 送到高溫熱源，以滿足用戶供熱需求。為用戶供冷時，地溫熱泵中央空調系統將用戶室內的余熱通過地溫中央空調主機（制冷）轉移到地溫中，以滿足用戶制冷需求。
地源熱泵空調系統的冷熱源來源有如下多種方式：
1、 地埋管式地源熱泵系統
地埋管式熱泵系統為閉式系統，通過中間介質(水或防凍液)作為冷熱載體，使中間介質在埋于土壤內部的封閉環路中循環流動，從而實現與土壤進行熱交換的目的。
2、 地下水式地源熱泵系統
通過建造抽水井群將地下水抽出，通過板式換熱器或直接送至水源熱泵機組，提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。
3、 地表水式地源熱泵系統
通過直接或者間接抽取地表水換熱的方式，利用江水、河水、湖水、水庫水以及海水。
4、 再生水式地源熱泵系統
通過直接或者間接利用再生水源，或者生產工藝的廢水、地熱尾水等的可利用的低品位熱源。
二、克萊門特水源熱泵的發展：
1) 克萊門特公司自1976年推出水源熱泵，并投入運行
2) 具有50多年的水源熱泵中央空調系統的專業機組制造和系統組織的歷史
3) 在世界各地有數千項目的成功經驗，在水地源市場占有量較大
4) 克萊門特為歐洲水地源熱泵應用研究中心的運營者
5) 克萊門特擁有17個測試和開發實驗室，還擁有一所全電腦控制的測試室，是在意大利被政府認可的作為第三方測試的制冷設備測試室。
6) 在中國克萊門特水源熱泵機組有長達20多年的成功的商業應用運行記錄歷史。
7) 中國第一個商用水源熱泵項目-河南大學，1996年啟用
8) 在國內已有數千臺克萊門特水源熱泵正在運行，其技術成熟性和先進性，產品穩定性和可靠性都已得到廣大用戶的認可。
9) 建設部指定的唯一一家外國企業《地源熱泵系統工程技術規范》GB50366-2005參編單位
三、克萊門特水源熱泵特點
? 效率高，節能顯著。
制冷時的能效比達到5.3－6.0，制熱能效比達到4.3－5.0，遠遠超過國家相關標準要求，顯著超過同類機組。
? 一機多用
地源熱泵系統冷暖兼備，同時可提供生活熱水加熱，真正實現“一機多用”
? 較寬水溫運行范圍
較寬水溫運行范圍，可用水源溫度8—40℃。
從嚴寒地區至熱帶地區均適用。 在冬季不結凍地區的江、河、湖、水等均可得到有效利用
? 應用范圍廣
冷熱源不僅可用地熱資源，還可利用市政污水、廢水、湖水、海水等作為熱泵熱源
? 節水功能
大溫差技術，顯著減少了冷卻水的用量，節約了水資源，同時降低了冷卻水泵能耗，有效降低初投資及運行費用。
? 環保冷媒的應用
克萊門特一直致力于環保冷媒的應用，有R22和R134a、 R410A冷媒機組可選
? 熱回收功能
通常冷水機組的工質的冷凝，大都單純地采用冷卻水或者空氣冷卻，不言而喻這部分巨大的熱量就白白地送入大氣而浪費了。并且為了帯走這些巨大的熱量而專門設置的冷卻水系統或風冷系統還要消耗大量的電能，這是人們所不希望的，或者說不情愿的。
克萊門特的設計者們巧妙地將這部分熱量加以利用（比喻加熱生活熱水），克萊門特水地源熱泵機組可選配部分熱回收和全熱回收功能，夏季免費制取生活熱水，其他季節也可高效制取生活熱水。保持較高的冷凝溫度，供暖和衛生熱水溫度可以達到60℃甚至更高。
地埋管系統
土壤源熱泵是利用地下常溫土壤溫度相對穩定的特性，通過深埋于建筑物周圍的管路系統與建筑物內部完成熱交換的裝置。冬季從土壤中取熱，向建筑物供暖；夏季向土壤排熱，為建筑物制冷。它以土壤作為熱源、冷源，通過高效熱泵機組向建筑物供熱或供冷。高效熱泵機組的能效比一般能達到4.0kw/kw以上，與傳統的冷水機組加鍋爐的配置相比，全年能耗可節省40%左右，初投資偏高，機房面積較小，節省常規系統冷卻塔可觀的耗水量，運行費用低，不產生任何有害物質，對環境無污染，實現了環保的功效。
特點和優勢：
1、資源可再生利用
土壤源熱泵技術利用地球表面淺層地熱資源作為冷熱源進行能量轉換，而地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能，相當于人類每年利用能量的500多倍，且不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這是儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，也是清潔能源。與地面上環境空氣相比，地面5m以下土壤溫度全年基本穩定且略低于年平均氣溫，可以分別在夏冬季提供相對較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度。所以從熱力學原理上講，土壤是一種比環境空氣更好的熱泵系統的冷熱源。而且土壤源熱泵系統不會把熱量、水蒸氣及細菌等排人大氣環境，符合當前可持續發展的戰略要求。通常土壤源熱泵消耗lKW的能量，用戶可以得到4KW以上的熱量或冷量，這多出來的能量就是來自土壤的能源。另外，地能溫度較恒定的特性，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。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的土壤源熱泵，平均來說可以節約用戶30%～40%的供熱制冷空調的運行費用。高效的土壤源熱泵機組，平均產生1冷噸的冷量僅需0.88kW的電力消耗，其耗電量僅為普通冷水機組加鍋爐系統的30%～60%；
與傳統空調系統相比，每年運行費用可節約40%左右。采用土壤源熱泵系統，由于土壤的溫度理，土壤源熱泵可以比風冷熱泵具有更高的效率和更好的可靠性，其熱源溫度全年較為穩定，一般為l0-25℃。而且土壤源熱泵系統可用于供暖、空調，還可提供生活熱水，一套系統可以替換原來的鍋爐、空調制冷裝置或系統，一機多用；不僅適用于賓館、商場、辦公樓、學校等建筑，更適合于別墅住宅的供熱和空調。此外，機組使用壽命長，均在20年左右；機組緊湊、節省空間：維護費用低；自動化控制程度高，可無人值守。土壤源熱泵中的熱源不是指地熱田中的熱氣或熱水，而是指一般的常溫土壤，所以對地下熱源沒有非凡要求，可在中國絕大部分地區應用。
土壤源熱泵系統的COP值一般在3~6左右，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中心空50%~60%。
機房占地面積小，節省空間，可設在地下；
土壤源熱泵系統利用地球表面淺層地熱資源，沒有燃燒，沒有排煙及廢棄物，情節環保，無任何污染，土壤源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當于減少40%以上，與電供暖相比，相當于減少70%以上，假如結合其它節能措施節能會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規空調裝置減少25%的充灌量；土壤源熱泵系統屬自含式系統，即該裝置能在工廠車間內事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機率大為減少。該裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區內，安裝在綠地、停車場下，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。土壤源熱泵系統沒有冷卻塔和其它室外設備，沒有中心空調集中占地問題，節省了空間和地皮，為開發商帶來額外利潤，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象；
機組內部及機組與系統均可實現自動化控制，可根據室外溫度變化及室內溫度要求控制機組啟停，達到最佳節能效果，同時節省了人力物力；
可自主調節機組，能夠任意調機，投資者可按需要調整供給時間及溫度，完全自主；
5、一機多用
即可供暖，又可制冷，在制冷時產生的余熱還可提供生活生產熱水或為游泳池加熱，較大限度的利用了能源。
典型應用：
污水源熱泵系統
污水源熱泵系統，是水地源熱泵的一種。
利用生活廢水、工業廢水、礦井水、河湖海水、工業設備冷卻水、生產工藝排放的廢水,通過換熱器與中介水進行換熱，中介水進入熱泵主機，主機消耗少量的電能，在冬天將水資源中的低品質能量“汲取”出來，經管網供給室內采暖系統、生活熱水系統；夏天，將室內的熱量帶走，并釋放到污水中，給室內制冷并制取生活熱水。
污水源熱泵系統形式繁多，根據熱泵是否直接從污水中取熱量，可分為直接式和間接式兩種。所謂的間接式污水源熱泵是指熱泵低位熱源環路與污水熱量抽取環路之間設有中間換熱器或熱泵低位熱源環路通過水/污水浸沒式換熱器在污水池中直接吸取污水中的熱量。而直接式污水源是城市污水等可以通過熱泵或熱泵的蒸發器直接設置在污水池中，通過制冷劑氣化吸取污水中的熱量。目前，主要以間接式系統的為主。
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系統特點:
環保效益顯著
污水源熱泵系統是利用了各種污水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統，污水經過污水換熱器后留下冷量或熱量返回污水渠道，污水與其他設備或系統不接觸，污水密閉循環，不污染環境與其他設備或水系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及霉菌污染。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，環境效益顯著。
高效節能
冬季，污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，機組效率提高。供暖制冷所投入的電能在1KW時可得到5KW左右的熱能或冷能。能源利用效率遠高于其他形式的中央空調系統。
運行穩定可靠
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，是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恒定的特性，使得污水源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。
一機多用，應用范圍廣
污水源熱泵系統可供暖、制冷、制取生活熱水，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。城市污水熱泵空調系統利用城市污水，冬季取熱供暖，夏季排熱制冷，全年取熱供應生活熱水，夏季空調季節可實施部分免費生活熱水供應。一套系統冬夏兩用，實現三聯供。
典型應用
1、????? 大慶采油六廠地質大隊
項目和空調系統描述：
建筑功能：辦公樓；
建筑面積:8000平方米；
項目采用克萊門特2臺PSRHH1702-Y水源熱泵機組，采用油田回注水做為水源水； 冬季供熱，夏季供冷。
2、黑龍江齊齊哈爾富拉爾基污水處理廠
項目和空調系統描述：該項目位于黑龍江省齊齊哈爾市，為富拉爾基區污水處理廠，采用污水源熱泵系統。
項目采用克萊門特水源熱泵機組PSRHH0802兩臺
總制冷量：630KW
總制熱量：687KW
3、遼寧省大連市益嘉廣場-紅星美凱龍
項目和空調系統描述：大連益嘉廣場-紅星美凱龍，商場建筑面積約10萬平方米，利用居民排放的原生污水，每小時約800t的流量，進出污水溫度10/5℃，冬天供暖、夏季供冷。
項目采用克萊門特水地源熱泵機組PSRHH4803五臺
總制冷量：9573KW
總制熱量：10193KW
當時東北最大的原生污水源熱泵
4、遼寧省盤錦市第二污水處理廠
項目和空調系統描述：盤錦第二污水處理廠：建筑面積13000平方米，處理盤錦市雙臺子區的生產及生活污水。該項目的建成標志著盤錦市城區生活污水將實現100%集中利用、達標排放。
采用克萊門特機組1臺?? PSRHH2702??
總制冷量：1109KW
總制熱量：1170KW
5、天津咸陽路再生水廠
天津市咸陽路水廠利用污水處理廠內的二級出水再深度處理，日處理污水量50000噸，由于其處理的二級污水中有足夠的熱量可使用，因此采用水源熱泵機組為500㎡的辦公樓和4000㎡的廠房提供空調制冷和采暖。水源側系統包括全自動清洗過濾器、循環泵、污水換熱器，及作為備用熱源使用的板式換熱器。
空調形式：利用經過處理過的中水作為熱泵機組的水源，為污水廠制冷、供暖。冬季水源進出水溫度9℃/5℃，機組供回水溫度55℃/50℃；夏季水源進出水溫24℃/30℃，機組供回水溫度7℃/12℃
克萊門特機組應用：FOCSWH0951?? 3臺
運行時間：2006年
6、天津泰達污水廠
泰達污水廠位于天津市開發區，改造及擴建工程包括污水廠構筑物、新水源1廠構筑物、海水淡化構筑物、電鍍車間構筑物等。冬/夏季均需要供冷/供暖的建筑面積約3600㎡，只需冬季采暖的面積6350㎡。利用經過處理過的中水直接進入機組作為熱泵機組的水源，為污水廠制冷、供暖。項目運行時間：2007年。
⑴夏季運行模式
設計水溫：中水20/30℃，冷凍水12/7℃。
⑵冬季運行模式
設計水溫：中水11/6℃，熱水50/55℃。
采用克萊門特機組： PSRHHY1702 ? 2臺
總制冷量：960KW；總制熱量：980KW
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地下水地源源熱泵系統
?? 地下水地源源熱泵中央空調系統是一種從地下水資源中提取熱量的高效、節能、環保、再生的供熱（冷）系統。該系統是成熟的熱泵技術、暖通空調技術配套地質勘察成井技術于一體，在相對穩定的水體溫度下高效、穩定、經濟的運行。水源中央空調系統是由末端（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，水源中央空調系統將用戶室內的余熱通過水源中央空調主機（制冷）轉移到水源水中，以滿足用戶制冷需求。 用戶（室內末端等）系統由用戶側水管系統、循環水泵、水過濾器、靜電水處理儀、各種末端空氣處理設備、膨脹定壓設備及相關閥門配件等組成。
???? 水源中央空調主機系統由壓縮機、蒸發器、冷凝器、膨脹閥、各種制冷管道配件和電器控制系統等組成。
???? 水源水系統由取水裝置、取水泵、各種水處理設備、水源水管系統和閥門配件等組成。
??? 制冷工況的實現只需通過合理地設計用戶系統和水源水系統管道和閥門，切換閥門來實現進蒸發器的水源水改進冷凝器，進冷凝器的用戶系統循環水改進入蒸發器，以達到制冷的目的（反之則為供熱工況）。 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，進行能量轉換的冷暖空調系統。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相對的均衡。這使得利用儲存于其中的似乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵是利用可再生能源的一種有效途徑。
1、水源熱泵中央空調系統的工作原理圖
?? 在上圖中，供水井的地下水通過潛水泵進入機組并進行能量提取后回灌入回水井，構成井水循環系統。機組提取地下水中的低位能量并將其聚變為高位能量，然后輸送給冷暖水循環系統(用戶末端)。整個系統僅消耗電能，無任何污染。由于地下水循環使用．因此也不會造成地層沉降。主機占地面積比傳統方式大大減少，可放置在地下室等空間。
2、水源熱泵特點
環保潔凈
沒有燃燒過程，避免了排放任何煙塵及有害物質，社會效益顯著。
利用城市已有的地熱資源的棄水，既解決了熱污染問題，又進一步提高能效比
節水省地
以地表水為源體，向其吸收或放出能量，即不消耗水資源，也不會對其造成污染。
省去了鍋爐房，冷卻塔及附屬的煤場、渣場所占用的寶貴面積。
節能經濟
能源利潤率為傳統方式的3—4倍，投入1KW的電能可得到4—5KW以上的制冷或供熱的能量。
靈活安全
真正做到“一機兩用”。利用地下水熱泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了設備的利用率。
?機組可靈活地安置在任何地方，節約空間。系統末端亦可作多種選擇。
無儲煤、儲油罐等衛生及安全隱患。
自動化程度高，無需專業人員操控。
用途廣泛
從嚴寒地區至熱帶地區均適用。 在冬季不結凍地區的江、河、湖、水等均可得到有效利用
可為辦公樓、賓館、醫院、飯店、超市、幼兒園、別墅、居民小區等提供中央空調系統，并可同時提供生活熱水。
可為紡織、化工、食品、電子等行業提供工藝冷凍水
運行可靠
機組的運行工況穩定，幾乎不受環境溫度變化的影響，即使在寒冷的冬季制熱量也不會衰減，更無結霜除霜之慮了。
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3、典型應用：
地熱梯級利用系統
中低溫地熱資源的利用一直存在尾水溫度過高、造成環境熱污染的問題。這是由于普通換熱器從地熱水中提取熱量時，可利用的溫差是有限的： 而經過換熱后的地熱尾水溫度在40 ～ 50℃ 左右，很難再用來直接供熱。溫度在40～ 50℃ 左右的地熱尾水排放到環境中，不僅造成了資源的浪費． 也造成了環境熱污染。熱泵是先進的熱能利用設備， 能有效地利用空氣、水體和土嚷中蘊藏的低溫熱能。利用熱泵，可以從低溫地熱尾水中提取熱量， 從而降低地熱尾水的排放溫度，增大地熱利用溫差， 尾水最低排放溫度達到10℃，利用溫差達50-80℃ ， 極大地利用了地熱資源。
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具體實施方法如下：
(1 ）開采出來的地熱水，經過換熱器，提取熱能供管網系統供熱，為第一梯次直接利用；
(2）第二梯次是將經過一級換熱的地熱水進行再次換熱，提取能量供地面輻射式采暖系統供熱；
(3 ）由第二梯次系統排出的地熱水，進入熱泵機組進行溫度的提升后單獨供采暖，也可以機組將溫度提升后，將熱送回第二梯次熱網中，供熱負荷并入第二梯次熱網中，即為第三梯次利用；
(4 ）熱泵機組排出的地熱水由另一眼地熱井回滾到地下。
至此完成了一個循環過程。由此解決地熱資源利用中存在的諸多問題，充分利用地熱資源。
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滬公網安備 31012002004994號
