土源熱泵、水源熱泵和空氣源熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用場(chǎng)合

    地(水)源熱泵機組的工作原理

 

    是利用水與地能(地下水、土壤或地表水)進(jìn)行冷熱交換來(lái)作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來(lái)，供給室內采暖，此時(shí)地能為“熱源”；夏季把室內熱量取出來(lái)，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時(shí)地能為“冷源”。具有高效節能、經(jīng)濟環(huán)保、安全可靠、可自動(dòng)運行等優(yōu)點(diǎn)。

 

    地源熱泵同空氣源熱泵相比，有什么優(yōu)點(diǎn)

 

    地源熱泵同空氣源熱泵相比，有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)全年溫度波動(dòng)小。冬季溫度比空氣溫度高，夏季比空氣溫度低，因此地源熱泵的制熱、制冷系數要高于空氣源熱泵，一般可高于40%，因此可節能和節省費用40%左右。(2)冬季運行不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失。(3)地源有較好的蓄能作用。

 

    地源熱泵系統的分類(lèi)及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)

 

    1)Groundwaterheatpumps,GWHPs地下水熱泵系統，也就是通常所說(shuō)的深井回灌式水源熱泵系統。通過(guò)建造抽水井群將地下水抽出，通過(guò)二次換熱或直接送至水源熱泵機組，經(jīng)提取熱量或釋放熱量后，由回灌井群灌回地下。

 

    其最大優(yōu)點(diǎn)是非常經(jīng)濟，占地面積小，但要注意必須符合下列條件：水質(zhì)良好；水量豐富；回灌可靠；符合標準。

 

    2)(a)Horizontalground-coupledheatpump水平埋管地源熱泵系統 (b)Verticalboreholeground-coupledheatpump垂直埋管地源熱泵系統。(a)和(b)兩種方式都歸屬于Ground-coupleheatpumpsGCHPs(地下耦合熱泵系統)，也稱(chēng)埋管式土壤源熱泵系統。還有另外一個(gè)術(shù)語(yǔ)叫Groundheatexchanger地下熱交換器地源熱泵系統。這一閉式系統方式，通過(guò)中間介質(zhì)(通常為水或者是加入防凍劑的水)作為熱載體，使中間介質(zhì)在埋于土壤內部的封閉環(huán)路中循環(huán)流動(dòng)，從而實(shí)現與大地土壤進(jìn)行熱交換的目的。

 

    對于垂直式埋管系統，其優(yōu)點(diǎn)有：較小的土地占用，管路及水泵用電少，其缺點(diǎn)是鉆井費用較高；對于水平式埋管系統，其優(yōu)點(diǎn)有：安裝費用比垂直式埋管系統低，應用廣泛，使用者易于掌握，其缺點(diǎn)有：占地面積大，受地面溫度影響大，水泵耗電量大。

 

    3)Surface-waterheatpumps,SWHPs地表水熱泵系統。通過(guò)直接抽取或者間接換熱的方式，利用包括江水、河水、湖水、水庫水以及海水作為熱泵冷熱源。歸屬于水源熱泵方式。

 

    其優(yōu)點(diǎn)有：在10米或更深的湖中，可提供10℃的直接制冷，比地下埋管系統投資要小，水泵能耗較低，高可靠性，低維修要求、低運行費用，在溫暖地區，湖水可做熱源，其缺點(diǎn)有：在淺水湖中，盤(pán)管容易被破壞，由于水溫變化較大，會(huì )降低機組的效率。

 

    4)Standingcolumnwellheatpumps,SCW單井換熱熱井，也就是單管型垂直埋管地源熱泵，在國外常稱(chēng)為"熱井"。這種方式下，在地下水位以上用鋼套作為護套，直徑和孔徑一致；地下水位以下為自然孔洞，不加任何固井設施。

 

    熱泵機組出水直接在孔洞上部進(jìn)入，其中一部分在地下水位以下進(jìn)入周邊巖土換熱，其余部分在邊壁處與巖土換熱。換熱后的流體在孔洞底部通過(guò)埋至底部的回水管被抽取作為熱泵機組供水。這一方式主要應用于巖石地層，典型孔徑為150mm，孔深450m。    該系統適用于巖石地質(zhì)地區，該地區巖石鉆孔費用高，而與巖石直接換熱，大大提高換熱效率，節省鉆孔、埋管費用。須得注意分析具體地質(zhì)情況，做好隔熱、封閉、過(guò)濾、實(shí)際換熱量測算等具體工作。

 

    5)鍋爐/冷卻塔與地下埋管相結合的混合型地源熱泵系統：適用于空間小，不能單獨采用地下埋管換熱系統的建筑或內外分區冬季有大量可利用的排熱的建筑物，冷卻塔和閉環(huán)式系統相結合制冷，節省成本；事實(shí)證明該系統是高效率、低費用的。

 

    它的補充熱源有水地源、太陽(yáng)能、電鍋爐、城市熱網(wǎng)……，額外排熱由冷卻塔或水地源來(lái)解決。其系統的設計需要詳細計算各季節的散熱與排熱及總的中和后的散熱或排熱量來(lái)選擇熱源和冷卻塔。

 

    地源熱泵和水源熱泵的冷熱源區別：

 

    水源熱泵和地源熱泵都是從地位熱源的選取來(lái)定義的，水源熱泵通常指地位熱源來(lái)源于地表水、地下水、海水、污水；地源熱泵有時(shí)也被稱(chēng)為土壤源熱泵，但是地下水作為低位熱源的也可稱(chēng)為地源熱泵。此外，水環(huán)熱泵也可稱(chēng)為水源熱泵。定義的角度不一樣，叫法也就不一樣。采用冷卻塔散熱的系統不能稱(chēng)為水源熱泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水應該成為水源熱泵，否則為土壤源熱泵。

 

    地源熱泵和水源熱泵的叫法區別：

 

    水源熱泵和地源熱泵以前確實(shí)叫法很亂，已經(jīng)出臺的地源熱泵相關(guān)規范，其中對叫法范圍作了明確說(shuō)明：

 

    地源熱泵指所有使用大地作為冷熱源的熱泵全部稱(chēng)為地源熱泵，包括土壤熱泵(即地耦合熱泵)，地下水熱泵，地表水熱泵(包括江河湖海的水)等，這是為區別水環(huán)熱泵而說(shuō)的。

 

    水源熱泵則是總稱(chēng)，包括所有以水作為冷熱源的熱泵，當然也包括土壤熱泵和水環(huán)熱泵了，這是為區別空氣源熱泵(風(fēng)冷熱泵)而說(shuō)的。

 

    所以以大分類(lèi)來(lái)說(shuō)，水源熱泵包括地源熱泵和水環(huán)熱泵還有一些特殊的利用低位熱水能量的熱泵(比如利用工業(yè)廢水或發(fā)電廠(chǎng)冷卻循環(huán)水梯級利用等)。

 

    總之，簡(jiǎn)單的說(shuō)地源熱泵是泛指土壤源熱泵、地表水、地下水、海水、污水源熱泵。但現在人們習慣上把土壤源熱泵叫地源熱泵，把地表水、地下水、海水、污水源熱泵叫水源熱泵。  地源熱泵包含了抽地下水方式、埋管方式、抽取湖水或江河水方式等，抽取湖水或江河水方式造價(jià)最低，埋管方式最貴，但最好。

 

    只要有足夠的場(chǎng)可地埋設管道（地下冷熱交換裝置）或政府允許抽取地下水的就應該優(yōu)先考慮選擇地源熱泵中央空調。地源熱泵中央空調如此節能是應為地源熱泵技術(shù)借助了地下的能量，地下的能量還是來(lái)至于太陽(yáng)能，“我們的腳下就有石油”這句話(huà)說(shuō)的太好了，也很形象。

 

    地源熱泵優(yōu)點(diǎn):

 

    1． 高效：一般空調對著(zhù)空氣換熱稱(chēng)為風(fēng)冷熱泵，缺點(diǎn)在于天氣炎熱或者寒冷最需要冷量或熱量時(shí)效率反而下降。地溫一年四季基本恒定在16℃左右，略高于該地區平均溫度1到2度，使得熱泵無(wú)論在制冷或制熱工況中均處于高效率點(diǎn)。

 

    2． 節能省費用：冬季運行時(shí)，COP約為4.2，即投入1KW電能，可得到4KW的熱能，夏季運行時(shí)，COP可達5.3，投入1KW電能，可得到5KW的冷量，能源利用效率為電采暖方式的3-4倍；并且熱交換器不需要除霜，減少了結霜和除霜的用電能耗。

 

    3． 環(huán)保：供熱時(shí)沒(méi)有燃燒過(guò)程，避免了排煙污染，供冷時(shí)省了冷卻塔，避免了噪音及霉菌污染。

 

    4． 舒適：因為地源熱泵機組供冷暖時(shí)都是通過(guò)冷熱水經(jīng)風(fēng)機旁管（或地板管、墻埋管）交換完成的，所產(chǎn)生的冷氣和暖氣（或輻射熱）比常規空調的要更柔和的多，熱不易感冒。

 

    5． 節省占地面積：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場(chǎng)，節省了土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟效益，并改善了建筑物的外部形象。

 

    6． 安全：無(wú)燃燒設備，從而不存在爆炸、失火和中毒的隱患。

 

    7． 機組壽命長(cháng)：熱泵主機一般放在室內或室外密閉的箱體內，并且熱泵機組是長(cháng)期在良好的低溫井水（16℃）下進(jìn)行熱交換工作，可大大延長(cháng)機組壽命，故障率低減少了維護量。

 

    8． 一機多用：地源熱泵系統可供暖，空調，還可供生活熱水，一機多用，一套系統可以替換原來(lái)的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。

 

    9． 可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過(guò)熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建筑供暖，同時(shí)蓄存冷量，以備夏用；夏季通過(guò)熱泵將建筑物內的熱量轉移到地下對建筑進(jìn)行降溫，同時(shí)蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。

 

    10．可分區控制：中央空調享受的檔次，又可達到單體空調局部控制的效果，不存在“大馬拉小車(chē)”。

 

    市場(chǎng)上現有傳統空調存在如下一系列問(wèn)題：

 

    1． 存在熱島效應: 使得外界局部空間環(huán)境條件惡化。

 

    2． 當空氣溫度低于零度時(shí)，機組效率下降，并且當環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，機組效率極低，甚至無(wú)法開(kāi)機，需加輔助熱源（家用普通3P機僅電輔加熱就達2000W），輔助加熱時(shí)的能效比COP要小于1。

 

    3． 冬季室外機組需要頻繁停機除霜，其結果是除霜損失約占熱泵總能耗的10.2%，如普通3P機就要增加300瓦電能浪費。武漢地區因為空氣濕度大，一般當環(huán)境溫度5℃時(shí)外機就開(kāi)始結霜。

 

    4． 夏天當空氣溫度高于35℃時(shí)，常規空調機組效率開(kāi)始下降，空氣溫度越高，機組制冷效率越低，能耗增加。在空氣溫度為30℃時(shí)，常規空調機組能效比COP也僅有2.2左右。

 

    5． 室外機或冷卻塔有噪音及霉菌污染。

 

    6． 室外機（壓縮機等關(guān)鍵設備）長(cháng)年暴露在露天，直接與空氣接觸，灰塵集在散熱器上，起到保溫作用，機組在高溫下運行，增加能耗的同時(shí)機組壽命大大減少。

 

    7． 常規中央空調不能分區分部控制，即存在“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題。