地下水是一個巨大的天然資源,具有極為強(qiáng)大的蓄熱功能,其全年的溫度波動很小,溫度一般都會保持在十分穩(wěn)定的狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì),埋藏于地表20M以下的淺表層地下水可常年維持在該地區(qū)年平均溫度左右,是理想的天然冷熱源。在水源熱泵的水井系統(tǒng)中,水源熱泵一般采用由地表水補(bǔ)給的地下水,井深度為50米到300米,且不適宜飲用,這樣的水源是水源熱泵中央空調(diào)的極佳選擇。水源中央空調(diào)系統(tǒng)是由末端(室內(nèi)空氣處理末端等)系統(tǒng),可以利用上下的溫度差異實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)的溫度控制。
與此同時,與其相對應(yīng)的地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源(如電能),實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。夏季也可以提取室內(nèi)熱量,并釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量,用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。
一、水源熱泵優(yōu)點(diǎn)
(一)高效節(jié)能。水源熱泵是目前空調(diào)系統(tǒng)中能效比最高的制冷、制熱方式,水源熱泵僅僅消耗1kW.h的電量,用戶便可以得到4.3——5.0kW.h的熱量,或者5.4——6.2kW.h的冷量。比起地源熱泵,其運(yùn)行效率要高出至少20——60%,同時費(fèi)用卻僅為其40——60%。這樣高的能耗比對于西北一些欠發(fā)達(dá)的地區(qū)還說,在經(jīng)濟(jì)上還是比較合適的。
(二)可再生循環(huán)利用。水源熱泵的冷熱源是充分利用了地球上水體所儲藏的太陽能資源,通過能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行的溫度調(diào)節(jié)。地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋都是可以供其利用的水體。地表土壤和水體收集了47%的太陽輻射能量,作為一個巨大的太陽能集熱器,它存儲的熱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)。作為一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng),地表的土壤和水體還能自然地保持能量接受和發(fā)散的相對的均衡。所以其中儲存的近乎無限的太陽能或地能的充分利用也變成了可能。因此,這樣的技術(shù)充分發(fā)揮了資源的可再生性,綠色環(huán)保,充分的符合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)尤其是西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)和需求。
(三)節(jié)水省地。西北地區(qū)做為 以地表水為冷熱源,向其放出熱量或吸收熱量,不消耗水資源,不會對其造成污染;省去了鍋爐房及附屬煤場、儲油房、冷卻塔等設(shè)施,機(jī)房面積大大小于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng),節(jié)省建筑空間,也有利于建筑的美觀。
(四)環(huán)保效益顯著。水源熱泵機(jī)組供熱時省去了傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中的燃煤、燃?xì)狻⑷挥偷儒仩t房系統(tǒng),全部程序無燃燒過程,從根本上避免了排煙、排污等污染;同時供冷時也省去了冷卻水塔,也避免了冷卻塔帶來的的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源熱泵機(jī)組運(yùn)行不會產(chǎn)生城市熱島效應(yīng),對環(huán)境非常友好,是理想的綠色環(huán)保產(chǎn)品。
(五)應(yīng)用范圍非常廣。水源熱泵系統(tǒng)不僅可供暖、空調(diào),還可供應(yīng)居民生活用熱水,一套系統(tǒng)可以替換原來的制冷、制熱兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于那些對供冷供熱都有一定要求的建筑物,水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量能源,而且減少了在設(shè)備上的大量投資。據(jù)統(tǒng)計(jì),其總投資額僅為傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的60%。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑,小型的水源熱泵更適合于別墅、住宅小區(qū)的采暖、供冷。 經(jīng)濟(jì)實(shí)用,不僅可以滿足用戶經(jīng)濟(jì)上的需求,更能為群眾的生活提供不少的方便。
(六)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,維護(hù)方便 水體的溫度一年四季相對穩(wěn)定,其波動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性;采用全電腦控制,自動程度高。由于系統(tǒng)簡單、機(jī)組部件少,運(yùn)行穩(wěn)定,因此維護(hù)費(fèi)用低,使用壽命長。
但是水源熱泵的應(yīng)用也受到一定的限制:
(一)實(shí)際應(yīng)用中,對所利用的水源要求較高。 雖然水源熱泵在理論上可以利用一切的水資源,但其實(shí)在實(shí)際工程中,不同的水資源利用的成本差異還是比較大的。所以是否有合適的水源,是能否將水源熱泵的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮到最大化的一個關(guān)鍵。能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。同時,對于不同的系統(tǒng),水源的要求標(biāo)準(zhǔn)也較高,如開式系統(tǒng)就要求水源必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。
(二)地理結(jié)構(gòu)的限制 。對于從地下抽水回灌的使用,因此在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮該地區(qū)的地質(zhì)的結(jié)構(gòu),確保可以經(jīng)濟(jì)、安全的打井并找到合適的水源,同時還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件,保證用后尾水的回灌可以實(shí)現(xiàn)。
(三)投資的經(jīng)濟(jì)性
由于受到不同地區(qū)、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(yùn)行費(fèi)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(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比,在不同地區(qū)不同需求的條件下,水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會有所不同。
二、地源熱泵優(yōu)點(diǎn)
(一)屬可再生能源利用技術(shù)。地源熱泵利用地球表面淺層地?zé)豳Y源作為冷熱源,進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,包括地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。作為一個巨大的太陽能集熱器,地表熱源儲存了47%的太陽能量,超過人類每年利用能量的500倍。并且不受地域、資源等限制,無處不在。尤其是對于地?zé)豳Y源較為豐富的西北地區(qū)來說,這種技術(shù)適用范圍更為廣泛。
(二)經(jīng)濟(jì)有效。由于地?zé)豳Y源的溫度常年相對穩(wěn)定,冬季地?zé)釡囟缺瓤諝鉁囟雀撸募疽惨瓤諝鉁囟鹊停虼说卦词呛芎玫臒岜脽嵩春涂照{(diào)冷源。這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%,同時在費(fèi)用上也會節(jié)省40%左右。另外,地能溫度較恒定的特性,使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定,也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。
(三)環(huán)境效益顯著。地源熱泵的污染物排放,比其他系統(tǒng)減少40%以上,與電供暖相比,甚至于減少70%以上,如果結(jié)合其它措施節(jié)能效果會更明顯。雖然也采用制冷劑,但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量;屬自含式系統(tǒng),即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好,因此,制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染,可以建造在居民區(qū)內(nèi),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(yuǎn)距離輸送熱量。
(四)系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用低。在同等條件下,采用地源熱泵系統(tǒng)的建筑物能夠減少維護(hù)費(fèi)用。由于它的機(jī)械運(yùn)動部件比較少,而且所有的部件都埋在地下或者安裝在室內(nèi),因此避免了與室外惡劣氣候的接觸,因此地源熱泵是免維護(hù)空調(diào),節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。此外,機(jī)組使用壽命可長至15年以上;而且機(jī)組自動控制程度高,可無人值守。
和前者一樣,地源熱泵應(yīng)用也受到一系列的限制。
(一)由于地源熱泵從地層深處提取熱水取暖,其利用率較低,而且熱水不可飲用,直接被排入廢水溝不能再回流,造成較為嚴(yán)重浪費(fèi)熱力資源。同時長期抽取深層地下水易使形成地下漏斗,影響地層穩(wěn)定,國家已出臺政策禁止。
(二)地?zé)釋饘俑g是普遍存在的而且很嚴(yán)重。因此,在地源熱泵中,防腐問題是一個比較嚴(yán)重的問題。地?zé)崴凶畛3霈F(xiàn)起主要作用的腐蝕成分是氯(CL)和溶解氧。氯離子半徑小,穿透能力強(qiáng),因此容易穿過金屬表面已有的保護(hù)層造成對碳鋼、不銹鋼及其他合金強(qiáng)烈的縫隙腐蝕、孔蝕與應(yīng)力腐蝕等。
(三)氯離子對金屬的腐蝕作用與溫度還有密切的關(guān)系。600cc的地?zé)崴瓹L含量僅只200rTlg/L時,接觸到的不銹鋼部件也會產(chǎn)生局部腐蝕,而且溫度越高對部件的腐蝕作用越強(qiáng)。在地下深層地?zé)崴匀粻顟B(tài)下通常不含氧氣,流出地面后空氣中的氧會溶入地?zé)崴芙庋跻彩堑責(zé)崴凶畛R娮钪匾母g性物質(zhì)。
對于西北地區(qū)來說,水源熱泵和地源熱泵各有其適合其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn),不能一概而論,而是應(yīng)該根據(jù)不同的地域和環(huán)境情況進(jìn)行不同的選擇。
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