水源热泵与地源热泵优缺点的比较

水源热泵与地源热泵优缺点的比较

一、水源热泵深井技术介绍

1、水源热泵原理

地下水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20M以下的浅表层地下水可常年维持在该地区年平均温度左右，是理想的天然冷热源。水源热泵系统正是利用地下水的特性而工作的一种新型节能空调。在水源热泵的水井系统中，水源热泵一般成井深度为50米到300米，因为此部分地下水主要由地表水补给，且不适宜饮用，故用于水源热泵中央空调是极佳选择水源中央空调系统的是由末端（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）转移到水源中，以满足用户制冷需求。

1.1系统原理图：制热工况为例（制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统），系统原理见下图：

分类：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。

闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热套管，该组套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中，通过与土壤或海水换热来实现能量转移。

开式系统也就是通常所说的深井回灌式水源热泵系统。通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群回地下。

水源热泵原理图：

深井回灌开式环路

地下水平式封闭环路

2.水源热泵优点

2.1高效节能

水源热泵是目前空调系统中能效比(COP值)最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7，实际运行为4~6。

水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12~22℃，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。而夏季水体温度为18~35℃，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，从而提高机组运行效率。水源热泵消耗1kW.h的电量，用户可以得到4.3~5.0kW.h的热量或5.4~6.2kW.h的冷量。与空气源热泵相比，其运行效率要高出20~ 60%，运行费用仅为普通中央空调的40~60%。

2.2属可再生能源利用技术

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，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。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的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

2.3节水省地

以地表水为冷热源，向其放出热量或吸收热量，不消耗水资源，不会对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施，机房面积大大小于常规空调系统，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。

2.4环保效益显著

水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，不会产生城市热岛效应，对环境非常友好，是理想的绿色环保产品。

2.5一机多用，应用范围广

水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，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。特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。其总投资额仅为传统空调系统的60%，并且安装容易，安装工作量比传统空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。

水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅、住宅小区的采暖、供冷。

2.6运行稳定可靠，维护方便

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，水体温度较恒定的特性，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；采用全电脑控制，自动程度高。由于系统简单、机组部件少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。

2.7符合国家政策，获得政策性支持

国家十分重视可再生能源开发利用工作，《中华人民共和国可再生能

源法》已于2006年1月1日起实施；同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的发展应用予以强力推动。

日前,国家财政部、建设部发文《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见》以及《可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法》，明确指出"十一五"期间，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为25%以上，到2020年，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为5 0%以上，这为我国水源热泵的发展提供了良好的环境和强劲的动力。

3.水源热泵的应用限制：

3.1可利用的水源条件限制

水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

3.2水层的地理结构的限制

对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质

和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

3.3投资的经济性

由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

二、地源热泵深井技术介绍

1. 地源热泵系统原理

地源热泵系统是利用热泵机组在土壤中提取或蓄存热量，制取冷热水为空调服务的系统，

又称土壤源热泵。其原理图如图所示。

图1 地源热泵原理图

地表浅层土壤温度呈三层分布，地表冻土层附近土壤温度受室外大气影响，温度全年波动大；冻土层以下有一恒温层，温度全年基本不变；恒温层下到地壳深处有一定的正温度梯度，土壤温度随深度缓慢上升。地热井，指的是深升3500米左右的地热能或水温大于30℃的温泉水来进行发电的方法和装置，地热分高温、中温和低温三类。高于150℃，以蒸汽形式存在的，属高温地热；90℃～150℃，以水和蒸汽的混合物等形式存在的，属中温地热；高于25℃、低于90℃，以温水、温热水、热水等形式存在的，属低温地热.

地热深井的技术简介是：(1)集成创新：即地核原子炉和发电机+地幔地壳的热岩层+石油钻探式钻地热井+工质优选+蒸汽发电机+发电机=6因素集成。(2)工作循环简单：即工质吸热变工质蒸汽→蒸汽机作功→联动发电机发电。(3)井水闭式循环：即地热井水在井内闭式循环，不必抽到井外。(4)工质闭式循环：即工作介质按工质贮罐→井炉换热→蒸汽机→冷却→回到工质贮罐，是全封闭的循环，不会泄漏。(5)热功转换效率高：即采用相变传热和换热，又低温工作的蒸汽发电机，故一般每孔地热井装机在1500～3000KW。(6)建厂成本低：即一般约0.8亿元/万KW，低于核电的2.2亿元/万KW或秸杆发电的2亿元/万KW。

用于供暖的地热水温度一般在60℃以上，也有采用50～60 ℃的,50℃以下的则很少采用。分直接供暖和间接供暖两种方式：直接供暖是将地热水直接送入供热系统, 其对地热水的水质

要求高，不得对供暖管道系统产生腐蚀和结垢，一般为矿化度比较低的地热水；间接供暖是使地热水通过热交换器将热转换给供热系统进行供暖。开采具有腐蚀性和易产生结垢的地热水供暖，一般采用间接供暖方式。地热水供暖的利用率取决于地热水的温度及其供暖后排放水温度，地热水温度愈高, 供暖后的排水温度愈低, 则其供暖的利用率越高。

2.但是在长期的利用中发现：

2.1①从地层深处提取热水取暖，利用率低，热水不可饮用，不再回流，直接排入废水沟，严重浪费热力资源。②长期抽取深层地下水易使形成地下漏斗，影响地层稳定，国家已出台政策禁止。③地热深井的循环需要一口出水井四口回水井，打井的费用投入较大。

2.2防腐问题地热对金属腐蚀是普遍存在的而且很严重。地热水中最常出现起主要作用的腐蚀成分是氯(CL)和溶解氧(0：)。氯离子半径小，穿透能力强，因此容易穿过金属表面已有的保护层造成对碳钢、不锈钢及其他合金强烈的缝隙腐蚀、孔蚀与应力腐蚀等。

2.3氯离子对金属的腐蚀作用还与温度有关，60cc的地热水CL一含量仅只200rTlg／L时，也会使不锈钢产生局部腐蚀，温度越高腐蚀作用越强。在地下深层地热水自然状态下通常不含氧气，流出地面后空气中的氧会溶入地热水，溶解氧也是地热水中最常见最重要的腐蚀性物质。