水地源热泵系统
环境污染和能源危机已成为当今社会的两大难题，如何在享受的同时付出较少的代价逐渐成为人类的共识，在这种背景下以环保和健康为主要特征的绿色建筑应运而生。尽可能少地消耗能源为建筑物创造舒适环境已经成为空调的发展方向，开发利用天然的冷/热源能够为空调带来节能和环保双重效益，因而越来越受到人们的重视。浅层地热能是一个巨大的天然资源，其热惰性极大，全年的温度波动很小，一般说来，埋藏于地表50m以下的浅层地热能可常年维持在该地区年平均温度左右，是一种理想的天然冷热源。水地源热泵系统正是利用以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内 系统组成的节能环保供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。
水地源热泵系统概况
一、原理概述
地源热泵是一种先进的技术，它高效、节能、环保，有利于可持续发展。该技术利用土壤、地下水和江、河、湖、海以及城市污水等作为冷热源，利用其温度相对稳定的特性，通过使用少量的电能，使建筑达到供热或制冷的目的。
为用户供热时，地温热泵中央空调系统从地温中提取低品位热能，通过电能驱动的地温热泵中央空调主机（热泵）“泵” 送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，地温热泵中央空调系统将用户室内的余热通过地温中央空调主机（制冷）转移到地温中，以满足用户制冷需求。
地源热泵空调系统的冷热源来源有如下多种方式：
1、 地埋管式地源热泵系统
地埋管式热泵系统为闭式系统，通过中间介质(水或防冻液)作为冷热载体，使中间介质在埋于土壤内部的封闭环路中循环流动，从而实现与土壤进行热交换的目的。
2、 地下水式地源热泵系统
通过建造抽水井群将地下水抽出，通过板式换热器或直接送至水源热泵机组，提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。
3、 地表水式地源热泵系统
通过直接或者间接抽取地表水换热的方式，利用江水、河水、湖水、水库水以及海水。
4、 再生水式地源热泵系统
通过直接或者间接利用再生水源，或者生产工艺的废水、地热尾水等的可利用的低品位热源。
二、克莱门特水源热泵的发展：
1) 克莱门特公司自1976年推出水源热泵，并投入运行
2) 具有50多年的水源热泵中央空调系统的专业机组制造和系统组织的历史
3) 在世界各地有数千项目的成功经验，在水地源市场占有量较大
4) 克莱门特为欧洲水地源热泵应用研究中心的运营者
5) 克莱门特拥有17个测试和开发实验室，还拥有一所全电脑控制的测试室，是在意大利被政府认可的作为第三方测试的制冷设备测试室。
6) 在中国克莱门特水源热泵机组有长达20多年的成功的商业应用运行记录历史。
7) 中国第一个商用水源热泵项目-河南大学，1996年启用
8) 在国内已有数千台克莱门特水源热泵正在运行，其技术成熟性和先进性，产品稳定性和可靠性都已得到广大用户的认可。
9) 建设部指定的唯一一家外国企业《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005参编单位
三、克莱门特水源热泵特点
效率高，节能显著。
制冷时的能效比达到5.3－6.0，制热能效比达到4.3－5.0，远远超过国家相关标准要求，显著超过同类机组。
一机多用
地源热泵系统冷暖兼备，同时可提供生活热水加热，真正实现“一机多用”
较宽水温运行范围
较宽水温运行范围，可用水源温度8—40℃。
从严寒地区至热带地区均适用。 在冬季不结冻地区的江、河、湖、水等均可得到有效利用
应用范围广
冷热源不仅可用地热资源，还可利用市政污水、废水、湖水、海水等作为热泵热源
节水功能
大温差技术，显著减少了冷却水的用量，节约了水资源，同时降低了冷却水泵能耗，有效降低初投资及运行费用。
环保冷媒的应用
克莱门特一直致力于环保冷媒的应用，有R22和R134a、 R410A冷媒机组可选
热回收功能
通常冷水机组的工质的冷凝，大都单纯地采用冷却水或者空气冷却，不言而喻这部分巨大的热量就白白地送入大气而浪费了。并且为了帯走这些巨大的热量而专门设置的冷却水系统或风冷系统还要消耗大量的电能，这是人们所不希望的，或者说不情愿的。
克莱门特的设计者们巧妙地将这部分热量加以利用（比喻加热生活热水），克莱门特水地源热泵机组可选配部分热回收和全热回收功能，夏季免费制取生活热水，其他季节也可高效制取生活热水。保持较高的冷凝温度，供暖和卫生热水温度可以达到60℃甚至更高。
地埋管系统
土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。高效热泵机组的能效比一般能达到4.0kw/kw以上，与传统的冷水机组加锅炉的配置相比，全年能耗可节省40%左右，初投资偏高，机房面积较小，节省常规系统冷却塔可观的耗水量，运行费用低，不产生任何有害物质，对环境无污染，实现了环保的功效。
特点和优势：
1、资源可再生利用
土壤源热泵技术利用地球表面浅层地热资源作为冷热源进行能量转换，而地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，相当于人类每年利用能量的500多倍，且不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这是储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。与地面上环境空气相比，地面5m以下土壤温度全年基本稳定且略低于年平均气温，可以分别在夏冬季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。所以从热力学原理上讲，土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。而且土壤源热泵系统不会把热量、水蒸气及细菌等排人大气环境，符合当前可持续发展的战略要求。通常土壤源热泵消耗lKW的能量，用户可以得到4KW以上的热量或冷量，这多出来的能量就是来自土壤的能源。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的土壤源热泵，平均来说可以节约用户30%～40%的供热制冷空调的运行费用。高效的土壤源热泵机组，平均产生1冷吨的冷量仅需0.88kW的电力消耗，其耗电量仅为普通冷水机组加锅炉系统的30%～60%；
与传统空调系统相比，每年运行费用可节约40%左右。采用土壤源热泵系统，由于土壤的温度理，土壤源热泵可以比风冷热泵具有更高的效率和更好的可靠性，其热源温度全年较为稳定，一般为l0-25℃。而且土壤源热泵系统可用于供暖、空调，还可提供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉、空调制冷装置或系统，一机多用；不仅适用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的供热和空调。此外，机组使用寿命长，均在20年左右；机组紧凑、节省空间：维护费用低；自动化控制程度高，可无人值守。土壤源热泵中的热源不是指地热田中的热气或热水，而是指一般的常温土壤，所以对地下热源没有非凡要求，可在中国绝大部分地区应用。
土壤源热泵系统的COP值一般在3~6左右，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心空50%~60%。
机房占地面积小，节省空间，可设在地下；
土壤源热泵系统利用地球表面浅层地热资源，没有燃烧，没有排烟及废弃物，情节环保，无任何污染，土壤源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，假如结合其它节能措施节能会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；土壤源热泵系统属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，安装在绿地、停车场下，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。土壤源热泵系统没有冷却塔和其它室外设备，没有中心空调集中占地问题，节省了空间和地皮，为开发商带来额外利润，产生附加经济效益，并改善了建筑物的外部形象；
机组内部及机组与系统均可实现自动化控制，可根据室外温度变化及室内温度要求控制机组启停，达到最佳节能效果，同时节省了人力物力；
可自主调节机组，能够任意调机，投资者可按需要调整供给时间及温度，完全自主；
5、一机多用
即可供暖，又可制冷，在制冷时产生的余热还可提供生活生产热水或为游泳池加热，较大限度的利用了能源。
典型应用：
污水源热泵系统
污水源热泵系统，是水地源热泵的一种。
利用生活废水、工业废水、矿井水、河湖海水、工业设备冷却水、生产工艺排放的废水,通过换热器与中介水进行换热，中介水进入热泵主机，主机消耗少量的电能，在冬天将水资源中的低品质能量“汲取”出来，经管网供给室内采暖系统、生活热水系统；夏天，将室内的热量带走，并释放到污水中，给室内制冷并制取生活热水。
污水源热泵系统形式繁多，根据热泵是否直接从污水中取热量，可分为直接式和间接式两种。所谓的间接式污水源热泵是指热泵低位热源环路与污水热量抽取环路之间设有中间换热器或热泵低位热源环路通过水/污水浸没式换热器在污水池中直接吸取污水中的热量。而直接式污水源是城市污水等可以通过热泵或热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂气化吸取污水中的热量。目前，主要以间接式系统的为主。
系统特点:
环保效益显著
污水源热泵系统是利用了各种污水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统，污水经过污水换热器后留下冷量或热量返回污水渠道，污水与其他设备或系统不接触，污水密闭循环，不污染环境与其他设备或水系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，环境效益显著。
高效节能
冬季，污水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。供暖制冷所投入的电能在1KW时可得到5KW左右的热能或冷能。能源利用效率远高于其他形式的中央空调系统。
运行稳定可靠
水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得污水源热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
一机多用，应用范围广
污水源热泵系统可供暖、制冷、制取生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。城市污水热泵空调系统利用城市污水，冬季取热供暖，夏季排热制冷，全年取热供应生活热水，夏季空调季节可实施部分免费生活热水供应。一套系统冬夏两用，实现三联供。
典型应用
1、 大庆采油六厂地质大队
项目和空调系统描述：
建筑功能：办公楼；
建筑面积:8000平方米；
项目采用克莱门特2台PSRHH1702-Y水源热泵机组，采用油田回注水做为水源水； 冬季供热，夏季供冷。
2、黑龙江齐齐哈尔富拉尔基污水处理厂
项目和空调系统描述：该项目位于黑龙江省齐齐哈尔市，为富拉尔基区污水处理厂，采用污水源热泵系统。
项目采用克莱门特水源热泵机组PSRHH0802两台
总制冷量：630KW
总制热量：687KW
3、辽宁省大连市益嘉广场-红星美凯龙
项目和空调系统描述：大连益嘉广场-红星美凯龙，商场建筑面积约10万平方米，利用居民排放的原生污水，每小时约800t的流量，进出污水温度10/5℃，冬天供暖、夏季供冷。
项目采用克莱门特水地源热泵机组PSRHH4803五台
总制冷量：9573KW
总制热量：10193KW
当时东北最大的原生污水源热泵
4、辽宁省盘锦市第二污水处理厂
项目和空调系统描述：盘锦第二污水处理厂：建筑面积13000平方米，处理盘锦市双台子区的生产及生活污水。该项目的建成标志着盘锦市城区生活污水将实现100%集中利用、达标排放。
采用克莱门特机组1台 PSRHH2702
总制冷量：1109KW
总制热量：1170KW
5、天津咸阳路再生水厂
天津市咸阳路水厂利用污水处理厂内的二级出水再深度处理，日处理污水量50000吨，由于其处理的二级污水中有足够的热量可使用，因此采用水源热泵机组为500㎡的办公楼和4000㎡的厂房提供空调制冷和采暖。水源侧系统包括全自动清洗过滤器、循环泵、污水换热器，及作为备用热源使用的板式换热器。
空调形式：利用经过处理过的中水作为热泵机组的水源，为污水厂制冷、供暖。冬季水源进出水温度9℃/5℃，机组供回水温度55℃/50℃；夏季水源进出水温24℃/30℃，机组供回水温度7℃/12℃
克莱门特机组应用：FOCSWH0951 3台
运行时间：2006年
6、天津泰达污水厂
泰达污水厂位于天津市开发区，改造及扩建工程包括污水厂构筑物、新水源1厂构筑物、海水淡化构筑物、电镀车间构筑物等。冬/夏季均需要供冷/供暖的建筑面积约3600㎡，只需冬季采暖的面积6350㎡。利用经过处理过的中水直接进入机组作为热泵机组的水源，为污水厂制冷、供暖。项目运行时间：2007年。
⑴夏季运行模式
设计水温：中水20/30℃，冷冻水12/7℃。
⑵冬季运行模式
设计水温：中水11/6℃，热水50/55℃。
采用克莱门特机组： PSRHHY1702 2台
总制冷量：960KW；总制热量：980KW
地下水地源源热泵系统
地下水地源源热泵中央空调系统是一种从地下水资源中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热（冷）系统。该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地质勘察成井技术于一体，在相对稳定的水体温度下高效、稳定、经济的运行。水源中央空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统、水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）“泵” 送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源水中，以满足用户制冷需求。 用户（室内末端等）系统由用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、静电水处理仪、各种末端空气处理设备、膨胀定压设备及相关阀门配件等组成。
水源中央空调主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。
水源水系统由取水装置、取水泵、各种水处理设备、水源水管系统和阀门配件等组成。
制冷工况的实现只需通过合理地设计用户系统和水源水系统管道和阀门，切换阀门来实现进蒸发器的水源水改进冷凝器，进冷凝器的用户系统循环水改进入蒸发器，以达到制冷的目的（反之则为供热工况）。 水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的冷暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。
1、水源热泵中央空调系统的工作原理图
在上图中，供水井的地下水通过潜水泵进入机组并进行能量提取后回灌入回水井，构成井水循环系统。机组提取地下水中的低位能量并将其聚变为高位能量，然后输送给冷暖水循环系统(用户末端)。整个系统仅消耗电能，无任何污染。由于地下水循环使用．因此也不会造成地层沉降。主机占地面积比传统方式大大减少，可放置在地下室等空间。
2、水源热泵特点
环保洁净
没有燃烧过程，避免了排放任何烟尘及有害物质，社会效益显著。
利用城市已有的地热资源的弃水，既解决了热污染问题，又进一步提高能效比
节水省地
以地表水为源体，向其吸收或放出能量，即不消耗水资源，也不会对其造成污染。
省去了锅炉房，冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的宝贵面积。
节能经济
能源利润率为传统方式的3—4倍，投入1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。
灵活安全
真正做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，提高了设备的利用率。
机组可灵活地安置在任何地方，节约空间。系统末端亦可作多种选择。
无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。
自动化程度高，无需专业人员操控。
用途广泛
从严寒地区至热带地区均适用。 在冬季不结冻地区的江、河、湖、水等均可得到有效利用
可为办公楼、宾馆、医院、饭店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等提供中央空调系统，并可同时提供生活热水。
可为纺织、化工、食品、电子等行业提供工艺冷冻水
运行可靠
机组的运行工况稳定，几乎不受环境温度变化的影响，即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减，更无结霜除霜之虑了。
3、典型应用：
地热梯级利用系统
中低温地热资源的利用一直存在尾水温度过高、造成环境热污染的问题。这是由于普通换热器从地热水中提取热量时，可利用的温差是有限的： 而经过换热后的地热尾水温度在40 ～ 50℃ 左右，很难再用来直接供热。温度在40～ 50℃ 左右的地热尾水排放到环境中，不仅造成了资源的浪费． 也造成了环境热污染。热泵是先进的热能利用设备， 能有效地利用空气、水体和土嚷中蕴藏的低温热能。利用热泵，可以从低温地热尾水中提取热量， 从而降低地热尾水的排放温度，增大地热利用温差， 尾水最低排放温度达到10℃，利用温差达50-80℃ ， 极大地利用了地热资源。
具体实施方法如下：
(1 ）开采出来的地热水，经过换热器，提取热能供管网系统供热，为第一梯次直接利用；
(2）第二梯次是将经过一级换热的地热水进行再次换热，提取能量供地面辐射式采暖系统供热；
(3 ）由第二梯次系统排出的地热水，进入热泵机组进行温度的提升后单独供采暖，也可以机组将温度提升后，将热送回第二梯次热网中，供热负荷并入第二梯次热网中，即为第三梯次利用；
(4 ）热泵机组排出的地热水由另一眼地热井回滚到地下。
至此完成了一个循环过程。由此解决地热资源利用中存在的诸多问题，充分利用地热资源。
沪公网安备 31012002004994号
