地表水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用難點(diǎn)及解決方式

地表水源熱泵是將江河水、湖泊水作為熱泵系統(tǒng)的低溫?zé)嵩?，冬天從地表水中取熱向建筑物供暖，夏季以地表水源作為冷卻水向建筑物供冷的能源系統(tǒng)。如果建筑物附近有可利用的海、河流、湖泊或水池等水體，地表水源熱泵系統(tǒng)有可能是具有節(jié)能優(yōu)點(diǎn)而又經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，這也是地表水源熱泵系統(tǒng)會(huì)獲得很多青睞的原因。

與傳統(tǒng)供暖空調(diào)方式比較，地表水源熱泵系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

1、和空氣相比, 水的熱容量大, 是比較理想的傳熱介質(zhì)。如果可以比較容易地取得大量溫度穩(wěn)定的水, 水作為熱源是非常理想的。

2、地表水源熱泵技術(shù)是一種清潔的可再生能源技術(shù)。地表水的溫度是來(lái)自于地球表面所吸收的太陽(yáng)能, 理論上地表水體中的熱量是取之不竭的。

3、地表水體的溫度比空氣穩(wěn)定, 可以提高機(jī)組的效率。因?yàn)樗臒崛荽? 所以地表水體的溫度變化一般比氣溫變化慢, 夏季溫度比空氣低, 冬季溫度比空氣高。據(jù)估算, 夏季空調(diào)工況下每降低冷卻水進(jìn)水1℃大約能提高機(jī)組 3%的效率。據(jù)美國(guó)環(huán)保署( EPA)估計(jì), 設(shè)計(jì)安裝良好的水源熱泵, 平均來(lái)說(shuō)可以節(jié)約用戶 30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

4、冬季供暖時(shí), 沒(méi)有污染排放。

5、冬季應(yīng)用地表水源熱泵不存在結(jié)霜危險(xiǎn)。避免了空氣源熱泵冬季運(yùn)行時(shí)結(jié)霜的問(wèn)題。

6、可以實(shí)現(xiàn)供熱、供冷、供熱水同時(shí)進(jìn)行,大限度地利用了能量, 提高了能源的利用率。

但同時(shí)地表水源熱泵在實(shí)現(xiàn)時(shí)也存在著一些問(wèn)題，主要難點(diǎn)在于地表水的水質(zhì)。依照我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次劃分為五類(lèi)：Ⅰ類(lèi)，主要適用于源頭水、國(guó)家自然保護(hù)區(qū)；Ⅱ類(lèi)，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、水生生物棲息地、魚(yú)蝦類(lèi)產(chǎn)場(chǎng)、仔稚幼魚(yú)的索餌場(chǎng)等；Ⅲ類(lèi)，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、魚(yú)蝦類(lèi)越冬場(chǎng)、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；Ⅳ類(lèi)，主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的用水區(qū)；Ⅴ類(lèi)，主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。據(jù)我國(guó)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)我國(guó)Ⅲ類(lèi)及劣于Ⅲ類(lèi)水質(zhì)的斷面比例為77%，即便是Ⅰ、Ⅱ類(lèi)水體中也含有一定量雜質(zhì)，影響水源熱泵系統(tǒng)的使用。

通過(guò)對(duì)地表水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行認(rèn)真分析，從不同地表水源應(yīng)用方式中找出成熟可靠的系統(tǒng)解決方案，對(duì)于地表水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用推廣、節(jié)能環(huán)保有著重要的意義。

地表水源熱泵根據(jù)利用地表水方式的不同，地表水源熱泵系統(tǒng)可以分為閉式系統(tǒng)與開(kāi)式系統(tǒng)：

1、閉式系統(tǒng)是通過(guò)地表水與沉入水體中的多組盤(pán)管換熱器之間發(fā)生熱量交換來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)介質(zhì)(通常為水或以水為主要成分的防凍劑)與地表水體的熱量傳遞。閉式系統(tǒng)需要將多組盤(pán)管換熱器下到地表水體中，成本投入大，對(duì)換熱器在水中放置深度也有嚴(yán)格要求，同時(shí)針對(duì)航道影響受?chē)?guó)家法規(guī)限制。閉式系統(tǒng)大的優(yōu)勢(shì)在于將地表水與管路內(nèi)的循環(huán)水相隔離，保證了管路系統(tǒng)不受地表水水質(zhì)的影響，防止了管路的阻塞。但是由于地表水體存在雜質(zhì)，水中的換熱器換熱效率仍要受水質(zhì)影響，并且當(dāng)水體中含有雜質(zhì)較多時(shí)，位于水底的換熱器外部可能結(jié)垢，進(jìn)一步影響傳熱效果。同時(shí)，當(dāng)水體較淺時(shí)，水溫受室外大氣溫度的影響比較大，這將引起機(jī)組效率與輸出功率的變化，當(dāng)冬季氣候,換熱器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的溫度會(huì)明顯降低,如沒(méi)有防凍措施或輔助熱源，會(huì)直接影響空調(diào)系統(tǒng)正常工作。另外，換熱器處于公共水體中易受腐蝕和破壞，維護(hù)維修困難且成本*。

2、開(kāi)式系統(tǒng)是指用水泵直接抽取地表水，在熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器（冷凝器）或中間換熱器中換熱后再排入水體的系統(tǒng)，開(kāi)式系統(tǒng)又依據(jù)與水源水換熱時(shí)是否加入中間換熱器分為直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)；目前在國(guó)內(nèi)外，地表水源熱泵系統(tǒng)為實(shí)用成熟的技術(shù)是間接式系統(tǒng)技術(shù)。

直接式系統(tǒng)不使用中間換熱裝置，地表水直接進(jìn)熱泵機(jī)組換熱，但是直接式系統(tǒng)應(yīng)用存在著很多難于克服的難題。直接式系統(tǒng)即便是使用水質(zhì)較好地表水，在進(jìn)入熱泵機(jī)組換熱起前仍需要經(jīng)過(guò)除沙等一系列簡(jiǎn)單水處理，這些水處理設(shè)備本身也存在著堵塞和故障問(wèn)題，從而影響系統(tǒng)整體安全性，同時(shí)水處理設(shè)備的造價(jià)與換熱器造價(jià)相差不多，沒(méi)有任何成本優(yōu)勢(shì)，甚至于付出了更大的成本。經(jīng)過(guò)前置簡(jiǎn)單水處理的地表水不同于純凈水，其中仍然存在著雜質(zhì)，因其污垢系數(shù)的影響在機(jī)組內(nèi)的換熱效率遠(yuǎn)低于純凈水換熱效率，如果使用水量較大時(shí)，仍然存在著熱泵機(jī)組換熱部分的掛垢問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成堵塞和熱泵機(jī)組損壞，造成系統(tǒng)機(jī)組效率逐漸降低、運(yùn)行費(fèi)用逐漸攀升，更使系統(tǒng)面臨安全性與穩(wěn)定性考驗(yàn)。

客戶在供暖、空調(diào)選型過(guò)程中應(yīng)重視穩(wěn)定性與系統(tǒng)效率的結(jié)合，單純追求效率而不關(guān)注系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能，只會(huì)帶來(lái)更大的損失，造成投資項(xiàng)目失敗。由于目前直接式系統(tǒng)的前置過(guò)濾水處理可能會(huì)對(duì)地表水造成一定程度的破壞和污染，受到國(guó)家政策限制。

間接式系統(tǒng)同樣具備閉式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，避免了直接式系統(tǒng)的問(wèn)題，通過(guò)中間換熱器，使地表水不與熱泵機(jī)組直接接觸，從而解決了地表水水質(zhì)對(duì)熱泵機(jī)組的影響，保證了地表水源熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。同時(shí)，間接式系統(tǒng)也規(guī)避了閉式系統(tǒng)水體中放置換熱器的一系列弊端。間接式系統(tǒng)的技術(shù)難題主要集中于地表水質(zhì)對(duì)中間換熱器的影響上。傳統(tǒng)采用前置水處理設(shè)備加板式換熱器或殼管式換熱器的方式，一方面因增加了前置水處理裝置而增加了系統(tǒng)成本，前置水處理裝置的堵塞和故障，也都會(huì)影響到系統(tǒng)安全性；另一方面處理后的地表水中仍含有懸浮物等大量雜質(zhì)，會(huì)使換熱器掛垢堵塞，從而影響系統(tǒng)的安全性。

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