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水源热泵工作原理

发布时间:2021-05-31 10:39

水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流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人,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地下水源热泵系统的低位热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热,提高品位后,对建筑物供暖,把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方,取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季,则生产井与回灌井交换,而将室内余热转移到低位热源中,达到降温或制冷的目的,通常水源热泵消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。

由于较深的地层不会受到大气温度变化的干扰,故能常年保持恒定的温度,远高于冬季的室外空气温度,也低于夏季的室外空气温度,且具有较大的热容量,因此地下水源热泵系统的效率比空气源热泵高,COP值一般在3和4.5之间,并且不存在结霜等问题。此外,冬季通过热泵吸收大地中的热量提高空气温度后对建筑物供热,同时使大地中的温度降低,即蓄存了冷量,可供夏季使用;夏季通过热泵把建筑物的热量传输给大地,对建筑物降温,同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样,在地下水源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用,进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。与锅炉(电、燃料)和空气源热泵的供热系统相比,水源热泵具明显的优势。锅炉供热只能将90%-98%的电能或70-90%的燃料内能转化为热量,供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省二分之一以上的能量;由于水源热泵的热源温度全年较为稳定,一般为10 – 25 9C,其制冷、制热系数可达3.5~4.4,与传统的空气源热泵相比,要高出40%左右,其运行费用为普通中央空调的5060% 。

水源热泵根据对水源的利用方式的不同,可以分为闭式系统和开式系统两种。如果是水质良好的地下水,可以直接进人热泵进行换热,这样的系统我们称为开式环路。实际工程中更多采用闭式环路形式的热泵循环水系统,即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开,以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵机组的影响。
地下水源热泵系统还可以产出生活热水,其水路连接方式大致有四种。最简单的方式有空调水系统与生活热水水系统完全分开和相关联且井水系统串级连接这两种,但是前者冷凝温差太小,后者也不能解决生活热水用的水源热泵机组停机时空调系统容量减小的问题。所以有了在后者基础上增加电动三通阀的方式,这样不仅减小了装机容量、降低了初投资,而且机组的配置也更加合理,提高了系统总能效比。此外,目前还有一种生活热水采用热回收型水源热泵机组的连接方式。后两种方式充分利用了井水的能量,且通过回收空调系统的冷凝热来制备生活热水,使整个系统的能效比得到了提高,比较合理、节能。

国内的地下水回灌基本上采用原先的人工回灌方式,主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于高水位和低渗透性的含水层,也适用于低水位和渗透性好的地下含水层;而真空回灌则仅适用于低水位和渗透性好的含水层。现在国内的大多数系统都采用的是真空回灌的地下水回灌方式。另外,国内通常采用回扬和清洗的方式来维持地下水的回灌。回扬次数和回扬的时间视含水层的透水性大小而定,其次要考虑井的特征、水质、回灌量和回灌技术方法。这些都是非常专业化的工作,大大增加了用户的维护工作量,而且这种操作对井的损害也很大,会造成系统寿命的降低。

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