地表水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用難點及解決方式

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)點而又經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，這也是地表水源熱泵系統(tǒng)會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。

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)。地表水的溫度是來自于地球表面所吸收的太陽能, 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。因為水的熱容大, 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)美國環(huán)保署( EPA)估計, 設(shè)計安裝良好的水源熱泵, 平均來說可以節(jié)約用戶 30%～40%的供熱制冷空調(diào)的運行費用。

4、冬季供暖時, 沒有污染排放。

5、冬季應(yīng)用地表水源熱泵不存在結(jié)霜危險。避免了空氣源熱泵冬季運行時結(jié)霜的問題。

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

但同時地表水源熱泵在實現(xiàn)時也存在著一些問題，主要難點在于地表水的水質(zhì)。依照我國《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：Ⅰ類，主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；Ⅱ類，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護(hù)區(qū)、水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)場、仔稚幼魚的索餌場等；Ⅲ類，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場、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，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，主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。據(jù)我國機(jī)構(gòu)統(tǒng)計我國Ⅲ類及劣于Ⅲ類水質(zhì)的斷面比例為77%，即便是Ⅰ、Ⅱ類水體中也含有一定量雜質(zhì)，影響水源熱泵系統(tǒng)的使用。

通過對地表水源熱泵系統(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)與開式系統(tǒng)：

1、閉式系統(tǒng)是通過地表水與沉入水體中的多組盤管換熱器之間發(fā)生熱量交換來實現(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)需要將多組盤管換熱器下到地表水體中，成本投入大，對換熱器在水中放置深度也有嚴(yán)格要求，同時針對航道影響受國家法規(guī)限制。閉式系統(tǒng)大的優(yōu)勢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，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，當(dāng)水體較淺時，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)的溫度會明顯降低,如沒有防凍措施或輔助熱源，會直接影響空調(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)，開式系統(tǒng)又依據(jù)與水源水換熱時是否加入中間換熱器分為直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)；目前在國內(nèi)外，地表水源熱泵系統(tǒng)為實用成熟的技術(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)過除沙等一系列簡單水處理，這些水處理設(shè)備本身也存在著堵塞和故障問題，從而影響系統(tǒng)整體安全性，同時水處理設(shè)備的造價與換熱器造價相差不多，沒有任何成本優(yōu)勢，甚至于付出了更大的成本。經(jīng)過前置簡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，仍然存在著熱泵機(jī)組換熱部分的掛垢問題，嚴(yán)重時會造成堵塞和熱泵機(jī)組損壞，造成系統(tǒng)機(jī)組效率逐漸降低、運行費用逐漸攀升，更使系統(tǒng)面臨安全性與穩(wěn)定性考驗。

客戶在供暖、空調(diào)選型過程中應(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)的整體運行性能，只會帶來更大的損失，造成投資項目失敗。由于目前直接式系統(tǒng)的前置過濾水處理可能會對地表水造成一定程度的破壞和污染，受到國家政策限制。

間接式系統(tǒng)同樣具備閉式系統(tǒng)的優(yōu)勢，避免了直接式系統(tǒng)的問題，通過中間換熱器，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，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)，會使換熱器掛垢堵塞，從而影響系統(tǒng)的安全性。

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