水地源熱泵

水（地）源熱泵系統是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可製冷的高效節能的空調系統。系統通過輸入少量的電能實現低温位熱能向高温位轉移，地能分別在冬季作為熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，機組消耗1kW的能量，獲得4~5kW以上的冷/熱量，能量來源於地下能源，系統不向外界排放任何廢氣、廢水、廢渣、是一種理想的“綠色空調”，可廣泛應用在辦公樓、賓館、學校、宿舍、醫院、飯店、商場、別墅、住宅等領域。

水（地）源熱泵技術是空調系統中能效比最高的製冷、制熱方式之一，成為最熱門的空調系統，中國政府大力倡導，根據政策規定，凡採用水（地）源熱泵技術的建築物，通過向當地政府申報，可獲得政府的政策性支持，減免建築配套費用140~200/㎡。

按照汲取能源的媒介的不同，水（地）源熱泵系統可分為三類：

1、地下水系統（開式循環“井水”系統）

2、土壤埋管系統（地熱源閉式循環系統）

3、地表水系統(地表水或湖水循環系統)。

通過從地下水中吸收或放出熱量，以達到建築物中採暖或製冷的目的。這種方案最大的優勢是：地下水温度恆定，一般為10~16℃，可以降低初投資，同時降低運行費用。開式循環系統通常應用於沿海地區，該地區的土壤允許通過回灌井將水重新回灌到土壤中的含水層。

圖1 地熱源閉式循環系統(1張)

在土壤中敷設換熱器（管），與土壤直接進行熱交換。在冬季供給機組熱量，在夏季吸收機組排出的熱量。垂直環路（如圖1所示）的安裝為：先在土壤中鑽垂直的孔，然後在孔中裝入聚乙烯塑料管。水平環路為在地面以下1.5m的土壤中敷設換熱器（管）。垂直環路和水平環路均為從土壤中吸取或放出熱量。

利用江河湖海等地表水資源，通過敷設水中的換熱裝置進行熱量交換。通過在建築物附近的湖水或其他水體中安裝閉式換熱裝置，為建築物提供或放出熱量。換熱裝置既要美觀，而且要排水方便。湖的大小和深度是尤為關鍵的，需要通過精密計算，以確定湖水能滿足建築物的製冷和制熱需求。

夏季製冷流程圖(1張)

夏季機組製冷時，井水進入EKSC水地源機組的冷凝器中，作為吸熱源。通過製冷劑在蒸發器中蒸發，吸收製冷系統水的熱量，為建築物提供7℃的冷凍水。製冷劑經過壓縮機壓縮之後，進入機組的冷凝器，由井水帶走熱量，並回灌入地下。

冬季機組制熱時，井水進入EKSC水地源機組的蒸發器中，作為放熱源。通過製冷劑在蒸發器中蒸發，吸收井水中的熱量，井水回灌於地下。製冷劑經過壓縮機壓縮之後，成為高温高壓的過熱氣體，進入冷凝器，加熱循環水，獲得45℃到55℃的熱水。

土壤源熱泵特點:

1、高效：地下土壤温度一年四季基本恆定在16℃左右，略高於該地區平均温度1到2度，使得熱泵無論在製冷或制熱工況中均處於高效率點。

2、節能、省費用：冬季運行時，COP約為4.2，即投入1KW電能，可得到4KW的熱能，夏季運行時，COP可達5.3，投入1KW電能，可得到5KW的冷量，能源利用效率為電採暖方式的3-4倍；並且熱交換器不需要除霜，減少了結霜和除霜的用電能耗。地源熱泵空調系統的高效節能特點，決定了它的低運行費用。同比傳統中央空調節能50%-75%以上，讓您永無能源漲價危機與隱憂。

3、零維護費用： 地埋管部分一旦運行使用，基本不需要任何維修費用的投入。既減少了人力資源，又節約了大量的資金。

4、綠色環保：地熱資源垂手可得，地源熱泵系統通過密閉水循環與土壤進行能源交換，不破壞地層結構，不利用地下水資源、低噪音，又不排放廢氣和廢棄物，對空氣不造成熱污染，具備零污染的良好環保品質。（供熱時沒有燃燒過程，避免了排煙污染，供冷時省了冷卻塔，避免了噪音及黴菌污染。）

5、 節約用水：地源熱泵的水系統採用全封閉循環，藉助於地下土壤源的温度場取冷或散熱。因此不蒸發、不補水 、循環往復，是節水型的中央空調。

6、健康舒適：地源熱泵系統，不用冷卻塔，從根本上杜絕了軍團菌的滋生，保障了人們的身心健康。

7、安全實用：地源熱泵系統無易燃易爆隱患，系統自動化程度高，能實現温度、壓力、流量、關鍵部位的多參數自動調節，且安裝性能良好。

8、性能可靠：主機及系統匹配科學、合理，並選用世界名牌產品，高強度、高密度的聚氯乙烯管材均為進口原料生產，地耦運用新型的PE管，安全無毒，無腐蝕，柔韌性好、斷裂伸長率高，採用熱熔和電熔系統密封性能好、不泄漏，提供了安全運行的可靠性。

9、壽命長：地埋管採用北歐化工原料，加工工藝及設備有很高的技術要求，其壽命為50-70年，主機壽命為20-25年，基本上屬於一次性投資終身受益型項目。

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

11、可再生：土壤有較好的蓄熱性能，冬季通過熱泵將大地淺層的低位熱能提高對建築供暖，同時蓄存冷量，以備夏用；夏季通過熱泵將建築物內的熱量轉移到地下對建築進行降温，同時蓄存熱量，以備冬用，保證大地熱量的平衡。

12、靈活控制、便於運行管理：自動化程度高，無需專業人員值守、操控，根據需要靈活控制，開關由己，冷暖自知，可以實現機組獨立計費，分户分房間控制，方便業主對整個系統的管理。

13、整體美觀、節省佔地面積：省去了冷卻塔、鍋爐及與之配套的煤棚和渣場，節省了土地資源，產生附加經濟效益，並改善了建築物的外部形象。地耦管佔用的地表回填後仍可作其它用地。

14、免年檢審批：機組不屬壓力容器，不需消防審批及鍋爐年檢。

埋管所需的空地面積較大。如末端為風機盤管，埋管所需的空地面積為建築面積的1/3；如末端為地板輻射採暖，埋管所需的空地面積為建築面積的1/5

水源熱泵的特點

水源熱泵機組以水為載體，冬季採集來自湖水、河水、地下水及地熱尾水，甚至工業廢水、污水的低品位熱能，藉助熱泵系統，通過消耗部分電能，將所取得的能量供給室內取暖；在夏季把室內的熱量取出，釋放到水中，以達到夏季空調的目的。該機組具有設計標準、選擇優良、操作簡便、安全可靠等優點。由於水源熱泵技術利用地表水作為空調機組的製冷制熱的源，所以其具有以下優點：

水源熱泵是利用了地表水作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統，，沒有燃燒過程，避免了排煙污染；供冷時省去了冷卻水塔，避免了冷卻塔的噪音及黴菌污染。不產生任何廢渣、廢水、廢氣和煙塵，使環境更優美。

水源熱泵機組可利用的水體温度冬季為12-22℃，水體温度比環境空氣温度高，所以熱泵循環的蒸發温度提高，能效比也提高。而夏季水體為18-35℃，水體温度比環境空氣温度低，所以製冷的冷凝温度降低，使得冷卻效果好於風冷式和冷卻塔式，機組效率提高。據美國環保署EPA估計，設計安裝良好的水源熱泵，平均來説可以節約用户30～40%的供熱製冷空調的運行費用。

水體的温度一年四季相對穩定，其波動的範圍遠遠小於空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體温度較恆定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。

水源熱泵系統可供暖、空調，一機多用，一套系統可以替換原來的鍋爐加空調的兩套裝置或系統。

水源熱泵機組由於工況穩定，所以可以設計簡單的系統，部件較少，機組運行簡單可靠，維護費用低；自動控制程度高，使用壽命長。

1、維護費用高，地下水位易受水流量的大小而變化，從而影響建築物的製冷供暖效果。

2、用水量大，長時間運行後，易造成地層結構的破壞而造成塌方 ^[1] 

1912年，水地源熱泵技術在瑞典誕生，並取得發明專利。

20世紀50年代，歐美髮達國家開始研究水地源熱泵技術。

20世紀70年代，因石油危機和環境日益惡化，使水地源熱泵技術的研究取得迅速發展。 ^[2]