建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)熱泵節(jié)能技術(shù)

建筑設(shè)備節(jié)能技術(shù)熱泵節(jié)能技術(shù)第1頁(yè)/共251頁(yè)熱泵的定義124熱泵的工作原理3熱泵的起源及發(fā)展歷程熱泵的評(píng)價(jià)5.1熱泵的基本工作原理與評(píng)價(jià)第2頁(yè)/共251頁(yè)水泵！把水由低處提升到高處。把熱量從低溫處抽到高溫處。熱泵？5.1.1熱泵的定義第3頁(yè)/共251頁(yè)高位能與低位能能源因其所處的狀態(tài)不同，其價(jià)值也不同，能量按其質(zhì)量可劃分為高位能和低位能兩種。通常以作功的本領(lǐng)來(lái)描述能量?jī)r(jià)值的大小。例：室溫下的4.1868kJ的熱量和100℃下的4.1868kJ的熱量相比，數(shù)量相等，但其質(zhì)量卻不同。5.1.1熱泵的定義第4頁(yè)/共251頁(yè)合理地使用高位能的問(wèn)題是十分重要的。因?yàn)閷?shí)際的能量利用過(guò)程有兩個(gè)特性：量的守恒性和質(zhì)的貶值性。任何用能過(guò)程實(shí)質(zhì)上也可以說(shuō)成能的量與質(zhì)的利用過(guò)程。要使熱能得到合理利用，必須合理使用高位能，必須做到按質(zhì)用能。5.1.1熱泵的定義節(jié)約能量的途徑，過(guò)去認(rèn)為不用能即節(jié)能，實(shí)際上應(yīng)該提高能量的利用率，“建筑節(jié)能”應(yīng)更準(zhǔn)確地表述為“建筑合理用能”。第5頁(yè)/共251頁(yè)5.1.1熱泵的定義目前,標(biāo)準(zhǔn)、論文、書(shū)籍中有關(guān)“熱泵”的定義與內(nèi)涵卻各不相同，常給人們一種模糊不清的熱泵概念。GB50155-99<暖通空調(diào)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)>“熱泵”的解釋是“能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機(jī)”。<新國(guó)際制冷詞典>(NewInternationalDictionaryofRefrigeration)“熱泵”的定義是“以冷凝器放出的熱量來(lái)供熱的制冷系統(tǒng)”。第6頁(yè)/共251頁(yè)<熱泵>徐邦裕、馬最良等編“熱泵”定義為“靠高位能拖動(dòng)，迫使熱量從低位熱源流向高位熱源的裝置。《熱泵的原理與應(yīng)用》（郁永章編）“熱泵”是把處于低位的熱能輸送至高位的機(jī)械”?！吨评涔こ碳夹g(shù)詞典》（尉遲斌編）熱泵解釋為“可連續(xù)將熱量從溫度較低的物體（或環(huán)境）傳遞給溫度較高物體的機(jī)械”。5.1.1熱泵的定義第7頁(yè)/共251頁(yè)把“熱泵”理解為制冷機(jī)、制冷系統(tǒng)、裝置與機(jī)械，各不相同。顯然熱泵不是制冷機(jī)，也不是制冷系統(tǒng)，而應(yīng)該是一種裝置或稱(chēng)為機(jī)械。熱泵概念的引出應(yīng)從合理的使用高位能的角度引出。制冷機(jī)可以作為熱泵的工作機(jī)。因?yàn)橹评溲h(huán)既制造了低于環(huán)境溫度的物質(zhì)，并從環(huán)境溫度下的物體中吸取熱量，又制造了高于環(huán)境溫度的熱量，而獲得供熱效果，形成了所謂的熱泵作用。把“熱泵”理解為一種裝置或機(jī)械還不夠，而應(yīng)明確是一種節(jié)能裝置或節(jié)能機(jī)械。5.1.1熱泵的定義第8頁(yè)/共251頁(yè)5.1.1熱泵的定義高位能低位能動(dòng)力機(jī)環(huán)境溫度工作機(jī)高于環(huán)境溫度的熱源供給熱用戶(hù)熱泵可以把不能直接利用的低品位熱能（如空氣、土壤、水、太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱等）轉(zhuǎn)換為可利用的高品位能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能（煤、石油、天然氣、電能等）的目的。熱泵：一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置。第9頁(yè)/共251頁(yè)熱泵定義內(nèi)涵的理解：1）熱泵是一種節(jié)能裝置：雖然消耗一定的高位能，但供給用戶(hù)的熱量是消耗的高位熱能與吸取的低溫?zé)崮艿木C合。用戶(hù)獲得的熱量永遠(yuǎn)大于消耗的高位能。5.1.1熱泵的定義第10頁(yè)/共251頁(yè)2）由動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)組成熱泵機(jī)組熱泵可設(shè)想如右圖所示的節(jié)能裝置（或稱(chēng)節(jié)能機(jī)械），由動(dòng)力機(jī)和工作機(jī)組成熱泵機(jī)組。利用高位能來(lái)推動(dòng)動(dòng)力機(jī)(如汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)、燃油機(jī)、電機(jī)等)，然后由動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)工作機(jī)(如制冷機(jī)、噴射器)運(yùn)轉(zhuǎn)，工作機(jī)像泵一樣，把低位熱能送至高品位，以向用戶(hù)供熱。5.1.1熱泵的定義高位能低位能動(dòng)力機(jī)環(huán)境溫度工作機(jī)高于環(huán)境溫度的熱源供給熱用戶(hù)第11頁(yè)/共251頁(yè)3）熱泵既遵循熱力學(xué)第一定律（“量”），熱量在傳遞和轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量守恒；也遵循第二定律（“質(zhì)”），熱量不可自發(fā)的、不付代價(jià)的、自動(dòng)的從低溫物體轉(zhuǎn)移至高溫物體。熱泵是依靠高位能的拖動(dòng)，迫使熱量有低溫物體傳遞給高溫物體。5.1.1熱泵的定義第12頁(yè)/共251頁(yè)5.1.2熱泵的起源及發(fā)展“熱泵”這個(gè)名詞最早在歐洲使用約在十九世紀(jì)初。當(dāng)時(shí)，人們對(duì)能否可用“泵”將熱量從溫度較低的介質(zhì)送到溫度較高的介質(zhì)中這一問(wèn)題發(fā)生了濃厚的興趣。但就壓縮式熱泵的理論來(lái)說(shuō)，可追溯到1824年法國(guó)物理學(xué)家卡諾發(fā)表的著名論文?？ㄖZSadiCarnot第13頁(yè)/共251頁(yè)論證“通過(guò)改變可壓縮流體的壓力就能夠使其溫度發(fā)生變化”詹姆斯·普雷斯科特·焦耳5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第14頁(yè)/共251頁(yè)1852年，英國(guó)威廉湯姆遜（后改名開(kāi)爾文）發(fā)表論文，提出了熱量倍增器（HeatMultiplier）的概念，首次描述了熱泵的設(shè)想。開(kāi)爾文LordKelvin5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第15頁(yè)/共251頁(yè)室外空氣吸入氣缸中進(jìn)行膨脹，降溫冷卻的空氣通過(guò)室外換熱器吸收環(huán)境空氣中的熱，再進(jìn)入排出氣缸被壓縮到大氣壓力，使其溫度升到高于環(huán)境溫度，送往用戶(hù)，以供采暖之用。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展TsT2T03412布雷頓（Bragton）循環(huán)第16頁(yè)/共251頁(yè)與制冷機(jī)的發(fā)展相比，由于取暖的方式多樣化，簡(jiǎn)單而價(jià)廉，因此當(dāng)時(shí)在技術(shù)上對(duì)熱泵的迫需性就不大。這就是熱泵的發(fā)展明顯地滯后于制冷機(jī)的原因。直至20世紀(jì)20~30年代，熱泵有了較快的發(fā)展。原因：一方面，在這之前工業(yè)技術(shù)特別是制冷機(jī)的發(fā)展為熱泵的制造奠定了良好的基礎(chǔ)；另一方面社會(huì)上出現(xiàn)了對(duì)熱泵的需要。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第17頁(yè)/共251頁(yè)英國(guó)的第一臺(tái)熱泵英國(guó)霍爾丹（Haldane）于1930年在他的著作中報(bào)導(dǎo)了1927年在蘇格蘭安裝試驗(yàn)的一臺(tái)家用熱泵的安裝及試驗(yàn)情況。這臺(tái)熱泵是以空氣為熱源作熱水供應(yīng)和采暖用的。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第18頁(yè)/共251頁(yè)最早的大容量熱泵應(yīng)用在1930~1931年間，美國(guó)南加利福尼亞愛(ài)迪生公司的洛杉磯辦事處（LosAngeles）利用制冷設(shè)備供熱。供熱量達(dá)1050kw，制熱系數(shù)達(dá)2.5。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第19頁(yè)/共251頁(yè)歐洲第一臺(tái)較大熱泵1938~1939年間，安裝于瑞士蘇黎世。以河水作低溫?zé)嵩?，采用離心式壓縮機(jī)，R12作工質(zhì)。向市政廳供熱175kw，制熱系數(shù)為2，輸出水溫60℃。有蓄熱系統(tǒng)，高峰負(fù)荷時(shí)采用電加熱作為輔助加熱。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第20頁(yè)/共251頁(yè)日本的熱泵試驗(yàn)及應(yīng)用1930年第一次報(bào)導(dǎo)熱泵試驗(yàn)1937年在大型建筑物內(nèi)裝備熱泵空調(diào)系統(tǒng)，采用透平式壓縮機(jī)，以泉水為低溫?zé)嵩础?.1.2熱泵的起源及發(fā)展第21頁(yè)/共251頁(yè)熱泵工業(yè)在20世紀(jì)40年代到50年代早期獲得迅速發(fā)展。40年代后期出現(xiàn)許多更加具有代表性的熱泵裝置。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第22頁(yè)/共251頁(yè)1948年小型熱泵有了很大的進(jìn)展，家用熱泵和工業(yè)建筑用的熱泵大批投放市場(chǎng)。在英國(guó)50年代也產(chǎn)生了許多小型民用熱泵。熱泵工業(yè)在20世紀(jì)50年代到60年代初得到了迅速的成長(zhǎng)，而60年代和70初期的美國(guó)熱泵工業(yè)又因可靠性低及設(shè)備費(fèi)用高的問(wèn)題一度受到抑制。60年代因電價(jià)的持續(xù)下降，人們更青睞使用電加熱器。1973年“能源危機(jī)”的出現(xiàn)，熱泵又以其回收低溫廢熱，節(jié)約能源的特點(diǎn)，在產(chǎn)品經(jīng)改進(jìn)后，重新登上歷史舞臺(tái)。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展第23頁(yè)/共251頁(yè)5.1.2熱泵的起源及發(fā)展我國(guó)熱泵空調(diào)發(fā)展熱泵空調(diào)在我國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展始終很緩慢。20世紀(jì)70年代末期，世界范圍的能源危機(jī)，為熱泵空調(diào)的發(fā)展與應(yīng)用提供了機(jī)遇。20世紀(jì)80-90年代末，我國(guó)暖通空調(diào)領(lǐng)域掀起一股“熱泵熱”。第24頁(yè)/共251頁(yè)1980年上海工業(yè)局設(shè)計(jì)室與上海冷氣機(jī)廠為上海某商場(chǎng)設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)第一套空氣—水熱泵空調(diào)系統(tǒng)，運(yùn)行效果良好。90年代開(kāi)始，熱泵空調(diào)器開(kāi)始步入百姓家庭。在北京、上海、廣州、深圳四城市普及率達(dá)42.8%。90年代，水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1997年工程共52項(xiàng)。5.1.2熱泵的起源及發(fā)展我國(guó)熱泵空調(diào)發(fā)展第25頁(yè)/共251頁(yè)5.1.3熱泵的工作原理與制冷機(jī)工作原理比較：1）相同：熱力學(xué)原理-熱機(jī)的逆循環(huán)；2）不同：使用的目的；工作溫度范圍。制冷機(jī)利用吸收熱量而使對(duì)象變冷，達(dá)到制冷的目的；而熱泵則是利用排放熱量，向?qū)ο蠊?，達(dá)到制熱的目的。第26頁(yè)/共251頁(yè)5.1.3熱泵的工作原理制冷機(jī)與熱泵的基本能量轉(zhuǎn)換關(guān)系熱泵裝置：從環(huán)境中吸取熱量，傳遞給高溫物體，實(shí)現(xiàn)供熱目的；制冷機(jī)：從低溫物體吸取熱量傳遞給環(huán)境中去，實(shí)現(xiàn)制冷目的；聯(lián)合循環(huán)機(jī)：從低溫物體吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷，同時(shí)又把熱量傳遞給被加熱的對(duì)象，實(shí)現(xiàn)供熱目的。第27頁(yè)/共251頁(yè)1-壓縮機(jī)；2-冷凝器；3-節(jié)流機(jī)構(gòu)；4-蒸發(fā)器；5-地板輻射供熱；6-熱網(wǎng)的循環(huán)水泵；7-熱網(wǎng)；8-低溫?zé)嵩此难h(huán)泵；9-河水熱泵供熱系統(tǒng)原理圖5.1.3熱泵的工作原理第28頁(yè)/共251頁(yè)5.1.3熱泵的工作原理熱泵系統(tǒng)組成高位能輸配系統(tǒng)低位能采集系統(tǒng)熱泵機(jī)組熱分配系統(tǒng)第29頁(yè)/共251頁(yè)問(wèn)題復(fù)雜，影響因素很多。包括：負(fù)荷特性、系統(tǒng)特性、地區(qū)氣候特性、低位熱源特性、設(shè)備價(jià)格、設(shè)備使用壽命、燃料價(jià)格和電力價(jià)格等?！肮?jié)能效果”與“經(jīng)濟(jì)效益”5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)（1）熱泵的制熱性能系數(shù)εh（2）熱泵的能源利用系數(shù)E（3）熱泵的?效率ηex（4）熱泵的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)第30頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)（1）熱泵的制熱性能系數(shù)εhεh>1第31頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)逆卡諾(Carnot)循環(huán)洛倫茲(Lorenz)循環(huán)第32頁(yè)/共251頁(yè)Ts123455.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第33頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第34頁(yè)/共251頁(yè)例如：若向室內(nèi)供熱10kw，采用兩種用供熱方案（1）采用電阻式加熱器，直接加熱室內(nèi)空氣，則需要供給的電能為10kw（2）用電能拖動(dòng)熱泵供熱。5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)εh=TH/（TH-TL）=7.07W=Q/εh=1.414kw假設(shè)供熱溫度為45℃低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，熱泵采用逆卡諾循環(huán)，則:第35頁(yè)/共251頁(yè)熱泵的供熱季節(jié)性能系數(shù)HSPF(HeatingSeasonalPerformanceFactor)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)熱泵用于某一地區(qū)在整個(gè)供暖季節(jié)運(yùn)行時(shí)的熱力經(jīng)濟(jì)性第36頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)（2）熱泵的能源利用系數(shù)E能源利用系數(shù)(E)：即一次能源的利用率，表示供熱量與一次能耗的比值。例：對(duì)于以電能驅(qū)動(dòng)的熱泵，若熱泵制熱性能系數(shù)為εh，發(fā)電效率為η1，輸配電效率為η1，則這種熱泵的能源利用系數(shù)E為：第37頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)（3）熱泵的?效率ηex?損失：熱力過(guò)程中不可逆損失第38頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)（4）熱泵的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)--投資回收年限法Β：投資回收期（年）；I：熱泵系統(tǒng)所需的投資（年）；A：燃料價(jià)格（元/J）；QE：熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，年節(jié)約能量（J/年）。一般回收年限應(yīng)在3～5年內(nèi)為宜第39頁(yè)/共251頁(yè)一機(jī)多用。一座建筑物要實(shí)現(xiàn)冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活熱水三項(xiàng)功能，如果采用傳統(tǒng)方式，一般需要安裝各自獨(dú)立的供暖系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)，有的還需再獨(dú)立安裝供熱水系統(tǒng)。而如果采用熱泵系統(tǒng)，安裝一套就可以了。投資項(xiàng)目少。安裝熱泵系統(tǒng)，不必再建燃料儲(chǔ)存場(chǎng)地和運(yùn)輸燃料的通道，不必配備特殊的消防裝置，不必對(duì)配電系統(tǒng)做大規(guī)模的增容。綜合上述因素，熱泵系統(tǒng)具備了優(yōu)異的性能價(jià)格比，使用戶(hù)用較少的初始投資，得到較多的實(shí)惠。初始投資少5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第40頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第41頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第42頁(yè)/共251頁(yè)5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值分析將參與比較方案的系統(tǒng)造價(jià)按資金的時(shí)間價(jià)值折算為每年的費(fèi)用，并與年運(yùn)行費(fèi)用相加得出費(fèi)用年值，從若干方案中選取費(fèi)用年值最小的作為最佳方案。f—費(fèi)用年值，元/年；i—利率或標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部收益率，取0.08；m—經(jīng)濟(jì)壽命，取15年；Csys—造價(jià)（初投資），元；c—年運(yùn)行成本，元/年。第43頁(yè)/共251頁(yè)熱泵技術(shù)就是一種有效節(jié)省能源、減少CO2排放和大氣污染的環(huán)保技術(shù)。把熱泵作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，可以把自然界中的低溫廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)榕照{(diào)系統(tǒng)可利用的再生熱能，節(jié)約了礦物燃料，進(jìn)而減少溫室氣體排放。熱泵的環(huán)境效益5.1.4熱泵的評(píng)價(jià)第44頁(yè)/共251頁(yè)1、按工作原理：蒸汽壓縮式氣體壓縮式蒸汽噴射式吸收式熱電式化學(xué)式5.2熱泵的分類(lèi)第45頁(yè)/共251頁(yè)5.2熱泵的分類(lèi)第46頁(yè)/共251頁(yè)2、按熱泵的低位熱源（HeatSource）可分為：空氣源熱泵水源熱泵（地表水、地下水、生活廢水、工業(yè)廢水）土壤源熱泵太陽(yáng)能熱泵5.2熱泵的分類(lèi)第47頁(yè)/共251頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：空氣隨時(shí)隨地可以利用，其裝置和使用比較方便，對(duì)換熱設(shè)備無(wú)害。缺點(diǎn)：空氣參數(shù)(溫、濕度)隨地域和季節(jié)、晝夜均有很大變化?？諝獾谋葻崛菪?，為獲得足夠的熱量以及滿足熱泵溫差的限制，其室外側(cè)蒸發(fā)器所需的風(fēng)量較大，使熱泵的體積增大，也造成一定的噪聲。（1）空氣5.2熱泵的分類(lèi)第48頁(yè)/共251頁(yè)5.2熱泵的分類(lèi)空氣參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)于空氣熱源熱泵有重要影響，主要表現(xiàn)在：1）隨著空氣溫度的降低，蒸發(fā)溫度下降，熱泵溫差增大，熱泵的效率降低。單級(jí)蒸氣壓縮式熱泵雖然在空氣溫度低到-15至-20C時(shí)仍可運(yùn)行，但此時(shí)制熱系數(shù)將有很大的降低，其供熱量可能僅為正常運(yùn)行時(shí)的50％以下。2）隨著環(huán)境空氣溫度的變化，熱泵的供熱量往往與建筑物的供熱負(fù)荷相矛盾，即大多數(shù)時(shí)間內(nèi)均存在供需的不平衡現(xiàn)象。第49頁(yè)/共251頁(yè)5.2熱泵的分類(lèi)第50頁(yè)/共251頁(yè)5.2熱泵的分類(lèi)３）空氣具有一定的濕度，空氣流經(jīng)蒸發(fā)器被冷卻時(shí)，在蒸發(fā)器表面會(huì)凝露甚至結(jié)霜。蒸發(fā)器表面微量凝露時(shí)，可增強(qiáng)傳熱50％-60％，但阻力有所增加．當(dāng)蒸發(fā)器表面結(jié)霜時(shí)，不僅流動(dòng)阻力增大，而且隨霜層的增加而熱阻提高。熱泵除霜過(guò)程中,不僅不供熱,還會(huì)產(chǎn)生除霜損失。第51頁(yè)/共251頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：水的比熱容大，傳熱性能好，所以使換熱設(shè)備較為緊湊。水溫一般也較穩(wěn)定，從而可使熱泵運(yùn)行性能良好。缺點(diǎn)：必須靠近水源，或設(shè)有一定的蓄水裝置。對(duì)水質(zhì)有一定的要求，輸送管路和換熱器的選擇必先經(jīng)過(guò)水質(zhì)分析。防止可能出現(xiàn)的腐蝕。（2）水5.2熱泵的分類(lèi)可供熱泵作為低位熱源用的水有地表水(河川水、湖水、海水等)和地下水(深井水、泉水、地下熱水等)。第52頁(yè)/共251頁(yè)1）地表水水溫隨季度、水深度而變。5.2熱泵的分類(lèi)2）地下水地下水位于較深的地層中，因隔熱和蓄熱作用，其水溫隨季節(jié)氣溫的變化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對(duì)熱泵運(yùn)行十分有利。大量使用深井水導(dǎo)致地面下沉，且逐步造成水源枯竭。因此，如以深井為熱源可采用“深井回灌”的方法，并采用“夏灌冬用”和“冬灌夏用”的措施。第53頁(yè)/共251頁(yè)3）生活廢水生活廢水是指洗衣房、浴池、旅館等的廢水，溫度較高，是可利用的低位熱源。存在問(wèn)題：如何貯存足夠的水量以應(yīng)付熱負(fù)荷的波動(dòng)，以及如何保持換熱器表面的清潔和防止水對(duì)設(shè)備的腐蝕。4）工業(yè)廢水工業(yè)廢水形式頗多，數(shù)量大、溫度高，有的可直接再利用。5.2熱泵的分類(lèi)第54頁(yè)/共251頁(yè)地表淺層土壤相當(dāng)于一個(gè)巨大的集熱器，土壤熱源是人類(lèi)可利用的可再生能源，是熱泵的一種良好的低位熱源。優(yōu)點(diǎn)：蓄熱性能好、溫度穩(wěn)定，無(wú)除霜要求，無(wú)熱、噪音污染。缺點(diǎn)：熱導(dǎo)率小，地下盤(pán)管換熱器的傳熱系數(shù)小，需要較大的傳熱面積，因此地下盤(pán)管換熱器比較大導(dǎo)致占地面積大；（3）土壤5.2熱泵的分類(lèi)第55頁(yè)/共251頁(yè)地下盤(pán)管換熱器在土壤中埋得較深，土壤中埋設(shè)管道成本較高，運(yùn)行中發(fā)生故障不易檢修；用鹽水或乙二醇水溶液作中間載熱介質(zhì)時(shí)，增大了熱泵工質(zhì)與土壤之間的傳熱溫差和管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)阻力，影響熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。5.2熱泵的分類(lèi)第56頁(yè)/共251頁(yè)不同深度土壤溫度曲線第57頁(yè)/共251頁(yè)太陽(yáng)輻射穿過(guò)地球外圍的大氣層到達(dá)地表，地表接受到的輻射能量已大為減少，且受日、地距離和太陽(yáng)方位角和高度角的影響，使早、晚和不同季節(jié)有很大差別。太陽(yáng)能的集熱和利用比其它幾種熱源來(lái)得復(fù)雜，設(shè)備投資也較高。太陽(yáng)能作為熱泵熱源的應(yīng)用實(shí)際上是指熱泵與太陽(yáng)能供熱的聯(lián)合運(yùn)行。5.2熱泵的分類(lèi)（3）太陽(yáng)能第58頁(yè)/共251頁(yè)空氣源熱泵系統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)第59頁(yè)/共251頁(yè)土壤源熱泵系統(tǒng)5.2熱泵的分類(lèi)第60頁(yè)/共251頁(yè)太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)5.2熱泵的分類(lèi)第61頁(yè)/共251頁(yè)3、按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式可分為：空氣—空氣熱泵空氣—水熱泵水—水熱泵水—空氣熱泵土壤—空氣熱泵土壤—水熱泵5.2熱泵的分類(lèi)第62頁(yè)/共251頁(yè)空氣—空氣熱泵5.2熱泵的分類(lèi)分體式熱泵空調(diào)器VRV熱泵系統(tǒng)空氣—水熱泵空氣源熱泵冷熱水機(jī)組第63頁(yè)/共251頁(yè)水—空氣熱泵5.2熱泵的分類(lèi)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的小型室內(nèi)熱泵機(jī)組水—水熱泵井水源熱泵冷熱水機(jī)組污水源熱泵土壤源熱泵第64頁(yè)/共251頁(yè)土壤—水熱泵土壤—空氣熱泵5.2熱泵的分類(lèi)第65頁(yè)/共251頁(yè)4、按熱泵的功能分：?jiǎn)渭冎茻?，僅為供暖、熱水供應(yīng)；全年空調(diào)，冬夏季交替制冷與制熱；同時(shí)制冷與制熱；熱回收熱泵空調(diào)。5.2熱泵的分類(lèi)第66頁(yè)/共251頁(yè)5、按熱泵循環(huán)的驅(qū)動(dòng)方式分：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)熱驅(qū)動(dòng)，如吸收式、蒸汽噴射式熱泵發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，如內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)5.2熱泵的分類(lèi)6、按供熱溫度分：低溫?zé)岜?，供熱溫?lt;100℃高溫?zé)岜茫釡囟?gt;100℃第67頁(yè)/共251頁(yè)空氣源熱泵12土壤源熱泵3水源熱泵5.3常見(jiàn)的熱泵系統(tǒng)介紹第68頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵1、空氣源熱泵機(jī)組特點(diǎn)2、空氣源熱泵機(jī)組變工況特性3、空氣源熱泵空調(diào)機(jī)組冬季除霜控制4、空氣源熱泵系統(tǒng)的平衡點(diǎn)5、空氣源熱泵的適用性第69頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵定義：以室外空氣為熱源，空氣源熱泵機(jī)組也稱(chēng)為風(fēng)冷熱泵機(jī)組，是空氣/空氣熱泵和空氣/水熱泵的總稱(chēng)。Air-sourceHeatPump（ASHP）（1）優(yōu)點(diǎn)：用空氣作為低位熱源，取之不盡，用之不竭，可無(wú)償?shù)孬@??；一機(jī)兩用，具有夏季供冷和冬季供熱的雙重功能；不需要冷卻水系統(tǒng)，省去了冷卻塔、水泵及其連接管道；

安裝方便，機(jī)組可放在建筑物頂層或室外平臺(tái)上，省去了專(zhuān)用的機(jī)房。1、空氣源熱泵機(jī)組特點(diǎn)第70頁(yè)/共251頁(yè)（2）缺點(diǎn)：由于空氣的傳熱性能差，所以空氣側(cè)換熱器的傳熱系數(shù)小，換熱器的體積較為龐大，增加了整機(jī)的制造成本。由于空氣的比熱容小，為了交換足夠多的熱量，空氣側(cè)換熱器所需的風(fēng)量較大，風(fēng)機(jī)功率也就大，造成了一定的噪音污染。5.3.1.空氣源熱泵第71頁(yè)/共251頁(yè)當(dāng)空氣側(cè)換熱器表面溫度低于0℃時(shí)，空氣中的水蒸氣會(huì)在換熱器表面結(jié)霜，換熱器的傳熱阻力增加使得制熱量減小，所以風(fēng)冷熱泵機(jī)組在制熱工況下工作時(shí)要定期除霜。除霜時(shí)熱泵停止供熱，影響空調(diào)系統(tǒng)的供暖效果。冬季隨著室外氣溫的降低，機(jī)組的供熱量逐漸下降，此時(shí)必須依靠輔助熱源來(lái)補(bǔ)足所需的熱量，這就降低了空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。5.3.1.空氣源熱泵第72頁(yè)/共251頁(yè)窗式熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理圖5.3.1.空氣源熱泵第73頁(yè)/共251頁(yè)分體式熱泵空調(diào)機(jī)組5.3.1.空氣源熱泵第74頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵空氣源熱泵冷熱水熱泵機(jī)組第75頁(yè)/共251頁(yè)空氣源熱泵熱水器5.3.1.空氣源熱泵第76頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵2、空氣源熱泵機(jī)組變工況特性熱源溫度變化對(duì)機(jī)組供熱能力的影響（1）制熱量隨室內(nèi)溫度的增高而減少（2）輸入功率隨室內(nèi)溫度的增高而增加（3）制熱量隨環(huán)境溫度的降低而減少（4）輸入功率隨環(huán)境溫度的降低而下降第77頁(yè)/共251頁(yè)lnph12345lnph12345蒸發(fā)溫度的影響冷凝溫度的影響2’2’5.3.1.空氣源熱泵第78頁(yè)/共251頁(yè)（1）制熱量隨室內(nèi)溫度的增高而減少5.3.1.空氣源熱泵主要是由于室內(nèi)溫度的增高相應(yīng)提高了冷凝溫度，當(dāng)冷凝溫度提高后的工質(zhì)液體節(jié)流以后其干度增加，液體量的減少必然導(dǎo)致系統(tǒng)從環(huán)境中吸收的汽化潛熱減少，制熱量也就相應(yīng)減少。（2）輸入功率隨室內(nèi)溫度的增高而增加由于冷凝壓力相應(yīng)提高后壓縮機(jī)的壓力比增加，壓縮機(jī)對(duì)每千克工質(zhì)的耗功增加，導(dǎo)致壓縮機(jī)的輸入功率增加。第79頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵這主要是由于環(huán)境溫度的降低相應(yīng)降低了蒸發(fā)溫度，當(dāng)蒸發(fā)溫度降低后的壓縮機(jī)吸氣溫度也會(huì)下降，吸氣比容增加使得系統(tǒng)的工質(zhì)流量下降，制熱量也就相應(yīng)減少。當(dāng)環(huán)境溫度降低到0℃左右時(shí)，空氣側(cè)換熱器表面結(jié)霜加快，此時(shí)蒸發(fā)溫度下降速率增加，機(jī)組制熱量下降加劇。（4）輸入功率隨環(huán)境溫度的降低而下降當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度降低，使壓縮機(jī)的制冷劑流量減小，壓縮機(jī)的輸入功率也就下降。（3）制熱量隨環(huán)境溫度的降低而減少第80頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵3、空氣源熱泵空調(diào)機(jī)組冬季除霜控制（1）結(jié)霜過(guò)程及其影響因素霜層的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的熱質(zhì)傳遞過(guò)程，與所經(jīng)歷的時(shí)間、霜層形成時(shí)的初始狀態(tài)和霜層的各個(gè)階段密切相關(guān)。根據(jù)霜層結(jié)構(gòu)不同將霜層形成過(guò)程分為霜層晶體形成過(guò)程、霜層生長(zhǎng)過(guò)程和霜層的充分發(fā)展過(guò)程三個(gè)不同階段換熱器結(jié)霜過(guò)程研究表明，影響換熱器上霜層形成速度的因素主要有換熱器結(jié)構(gòu)、結(jié)霜位置、空氣流速、壁面溫度和空氣參數(shù)。第81頁(yè)/共251頁(yè)在結(jié)霜工況下熱泵系統(tǒng)性能系數(shù)在惡性循環(huán)中迅速衰減：霜層厚度不斷增加使得霜層熱阻增加，使蒸發(fā)器的換熱量大大減少導(dǎo)致蒸發(fā)溫度下降，蒸發(fā)溫度下降使得結(jié)霜加劇，結(jié)霜加劇又導(dǎo)致霜層熱阻進(jìn)一步加劇。5.3.1.空氣源熱泵第82頁(yè)/共251頁(yè)（2）除霜過(guò)程及其控制方法5.3.1.空氣源熱泵除霜方法：空氣除霜：室外空氣溫度高于2—3℃采用；電熱除霜：將電加熱器放置在蒸發(fā)器上；熱氣除霜：可把一部分高壓制冷劑旁通到蒸發(fā)器進(jìn)行除霜，也將供熱工況轉(zhuǎn)變?yōu)橹评涔r進(jìn)行除霜。第83頁(yè)/共251頁(yè)（2）除霜過(guò)程及其控制方法5.3.1.空氣源熱泵目前，空氣源熱泵機(jī)組都采用熱氣沖霜，即通過(guò)四通閥切換改變工質(zhì)的流向進(jìn)入制冷工況，讓壓縮機(jī)排出的熱蒸氣直接進(jìn)入翅片管換熱器以除去翅片表面的霜層。從實(shí)際效果來(lái)看，往往導(dǎo)致室內(nèi)溫度波動(dòng)過(guò)大，用戶(hù)有明顯的吹冷風(fēng)感覺(jué)。另外，當(dāng)機(jī)組除霜結(jié)束恢復(fù)制熱時(shí)，有可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難甚至發(fā)生壓縮機(jī)電機(jī)燒毀的現(xiàn)象。第84頁(yè)/共251頁(yè)空氣源熱泵的除霜控制方法：1）定時(shí)除霜法2）時(shí)間—溫度法3）模糊智能控制除霜法5.3.1.空氣源熱泵第85頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵1）定時(shí)除霜法長(zhǎng)江流域40分鐘一次，黃河流域30分鐘一次，最長(zhǎng)除霜時(shí)間50分鐘一次。第86頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵2）時(shí)間—溫度法用換熱器盤(pán)管溫度(或蒸發(fā)壓力)、除霜時(shí)間以及除霜周期，來(lái)控制除霜的開(kāi)始和結(jié)束。a）當(dāng)室外側(cè)換熱器表面開(kāi)始結(jié)霜時(shí)，盤(pán)管溫度就會(huì)不斷下降，壓縮機(jī)吸氣溫度以及吸氣壓力也會(huì)不斷下降。當(dāng)盤(pán)管溫度(或吸氣壓力)下降到設(shè)定值t1時(shí)，綁在盤(pán)管上的溫度傳感器將信號(hào)輸入時(shí)間繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)，同時(shí)四通換向閥動(dòng)作，機(jī)組進(jìn)入除霜模式(制冷工況)。室外風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮機(jī)的高溫排氣進(jìn)入室外翅片管換熱器，使盤(pán)管表面霜層融化，盤(pán)管溫度也隨之上升。第87頁(yè)/共251頁(yè)b）當(dāng)盤(pán)管溫度(或排氣壓力)上升到設(shè)定值t2時(shí)或除霜執(zhí)行時(shí)間達(dá)到設(shè)定的最長(zhǎng)除霜時(shí)間b(min)時(shí)除霜結(jié)束，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，四通換向閥動(dòng)作，機(jī)組恢復(fù)制熱工況。室外換熱器表面又開(kāi)始結(jié)霜使得盤(pán)管的溫度又會(huì)不斷下降，當(dāng)盤(pán)管溫度第二次下降到設(shè)定值t1且超過(guò)設(shè)定的除霜周期a(min)時(shí)進(jìn)入第二次除霜模式。5.3.1.空氣源熱泵第88頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵3）模糊智能控制法模糊智能控制除霜系統(tǒng)一般是由數(shù)據(jù)采集與AID轉(zhuǎn)換、輸入量?；⒛：评?、除霜控制、除霜監(jiān)控及控制規(guī)則調(diào)整五個(gè)功能模塊組成。通過(guò)對(duì)除霜過(guò)程的相應(yīng)分析，修正除霜的控制規(guī)則，可以使除霜控制自動(dòng)適應(yīng)空氣源熱泵機(jī)組工作環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)智能除霜的目標(biāo)。第89頁(yè)/共251頁(yè)4、空氣源熱泵系統(tǒng)的平衡點(diǎn)5.3.1.空氣源熱泵（1）熱泵供熱量與建筑物耗熱量的供需矛盾空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題，就是機(jī)組供熱量與建筑物耗熱量的供需矛盾。應(yīng)從三方面著手：經(jīng)濟(jì)合理地選擇平衡點(diǎn)溫度，合理選取輔助熱源及其容量，熱泵的能量調(diào)節(jié)方式。第90頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵（2）最佳平衡點(diǎn)溫度以空氣源熱泵系統(tǒng)冬季運(yùn)行耗能最少為目標(biāo)確定的平衡點(diǎn)溫度，稱(chēng)為最佳能量平衡點(diǎn)溫度。如果按此平衡點(diǎn)選擇熱泵機(jī)組，就能夠使整個(gè)系統(tǒng)獲得最大的供熱季節(jié)性能系數(shù)HSPF，即輸入相應(yīng)的功可獲得最大的季節(jié)供熱量。第91頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵對(duì)于某一具體的建筑物，平衡點(diǎn)溫度取得低，要求配置的熱泵容量就大，則選用的輔助熱源較小，甚至可以不設(shè)輔助加熱器。雖然輔助熱源的初投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但這樣熱泵容量過(guò)大，機(jī)組的初投資較高且運(yùn)行效率降低，經(jīng)濟(jì)上不一定是合理的。平衡點(diǎn)溫度取得高，所選擇的熱泵機(jī)組較小，初投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，但所必需的輔助熱源較大，輔助熱源的初投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，亦不利于節(jié)能。圖中O點(diǎn)稱(chēng)平衡點(diǎn)，tO為平衡點(diǎn)溫度第92頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵（3）輔助加熱輔助加熱源有三種：電加熱燃燒燃料加熱非峰值電力儲(chǔ)存的熱量加熱第93頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵第94頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵（4）空氣源熱泵機(jī)組的能量調(diào)節(jié)熱泵機(jī)組的制熱量與建筑物的耗熱量匹配運(yùn)行對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行至關(guān)緊要。當(dāng)空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在高于平衡點(diǎn)溫度的條件下運(yùn)行時(shí)，熱泵機(jī)組制熱能力大于建筑物的耗熱量，這就要求調(diào)節(jié)機(jī)組的制熱能力以減少運(yùn)行中的能耗。第95頁(yè)/共251頁(yè)調(diào)節(jié)方式:分級(jí)能量調(diào)節(jié)與變?nèi)萘咳嵝哉{(diào)節(jié)1）分級(jí)能量調(diào)節(jié)空氣源熱泵機(jī)組一般采用多臺(tái)封閉式壓縮機(jī)，當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷減小或機(jī)組出水溫度達(dá)設(shè)定值后，自動(dòng)停止部分壓縮機(jī)運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)節(jié)運(yùn)行。5.3.1.空氣源熱泵第96頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵2）壓縮機(jī)的變?nèi)萘咳嵝哉{(diào)節(jié)目前常用的變?nèi)萘繅嚎s機(jī)有兩種，即變頻壓縮機(jī)和數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)。第97頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵5、空氣源熱泵的適用性先進(jìn)科學(xué)的化霜技術(shù)是空氣源熱泵機(jī)組冬季運(yùn)行的可靠保障。寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙；但在冬季氣候較溫和的地區(qū)，如我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，己得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用；第98頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵室外空調(diào)計(jì)算溫度-10℃以上的城市，建筑物1萬(wàn)～1.5萬(wàn)平方米，冬季相對(duì)濕度不高的地區(qū)宜采用。具體：1）全年累計(jì)除霜時(shí)間大于1900小時(shí)，每kg濕空氣累計(jì)除霜量大于26kg，te＜-8℃的運(yùn)行時(shí)間大于250小時(shí)的地區(qū)不宜盲目推廣使用，如北京、西安、濟(jì)南、蘭州等城市。(低溫結(jié)霜區(qū)）2）全年累計(jì)除霜時(shí)間在1000—1900小時(shí)，每kg濕空氣累計(jì)除霜量大于26kg，te＜-8℃的運(yùn)行時(shí)間為100—150小時(shí)的地區(qū)應(yīng)慎重小心地使用。如成都、長(zhǎng)沙等城市。（重霜區(qū)）第99頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵3）全年累計(jì)除霜時(shí)間為500～1000小時(shí)，每kg濕空氣累計(jì)除霜量為7～20kg，te＜-8℃的運(yùn)行時(shí)間小于110小時(shí)的地區(qū)可大力推廣使用，如上海、杭州、南京等城市。（一般結(jié)霜區(qū)）4）全年累計(jì)除霜時(shí)間小于500小時(shí)，供暖時(shí)間短，導(dǎo)致熱泵投資效益低,可以使用。如桂林、重慶等城市。（輕霜區(qū)）第100頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵6、空氣源熱泵設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）機(jī)組選型1）應(yīng)根據(jù)負(fù)荷，確定平衡點(diǎn)溫度，再確定機(jī)組容量；2）供熱負(fù)荷系數(shù)=供熱設(shè)計(jì)熱負(fù)荷/熱泵提供的供熱量；3）一般按供熱負(fù)荷系數(shù)1.7左右設(shè)計(jì)，是比較可行和經(jīng)濟(jì)的。第101頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵（2）輔助熱源形式1）電加熱器，分檔開(kāi)、關(guān)；2）燃油、燃?xì)鉄崴仩t。（3）防止結(jié)霜與除霜選擇設(shè)備時(shí)，要注意：1）設(shè)備要有良好的除霜措施；2）要考慮除霜的額外能耗，將設(shè)備容量增大5～10%。第102頁(yè)/共251頁(yè)5.3.1.空氣源熱泵（4）冷（熱）水系統(tǒng)（5）設(shè)備安裝在通風(fēng)良好的地方1）必須保證通過(guò)空氣源熱泵冷熱水機(jī)組的水流量恒定。2）采用一機(jī)一泵系統(tǒng)。3）加平衡閥，保證水系統(tǒng)的平衡。1）機(jī)組與四周建筑物的距離。2）機(jī)組之間的距離。第103頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵1、水源熱泵機(jī)組特點(diǎn)和分類(lèi)2、地表水源熱泵3、地下水源熱泵4、污水源熱泵5、水環(huán)熱泵第104頁(yè)/共251頁(yè)水源熱泵機(jī)組是指以水為熱源(匯)的可進(jìn)行制冷/制熱的一種整體式熱泵機(jī)組，通常是水/空氣或水/水兩種水源熱泵機(jī)組。Water-SourceHeatPump5.3.2.水源熱泵（1）優(yōu)點(diǎn)：水的比熱容大，傳熱性能好，所以使換熱設(shè)備較為緊湊；水溫一般也較穩(wěn)定，從而可使熱泵運(yùn)行性能良好。1）屬可再生能源利用技術(shù)：利用的是清潔的可再生能源的一種技術(shù)；1、水源熱泵機(jī)組特點(diǎn)和分類(lèi)第105頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）高效節(jié)能：冬季，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高；夏季，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和水冷卻塔式，機(jī)組效率提高；3）運(yùn)行穩(wěn)定可靠：水體的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性，不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問(wèn)題。第106頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）環(huán)境效益顯著：水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量；3）一機(jī)多用：一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)，特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。第107頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（2）缺點(diǎn)：1）可利用的水源條件限制：水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實(shí)在實(shí)際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當(dāng)大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。而且水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度；2）水層的地理結(jié)構(gòu)的限制：對(duì)于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確?？梢栽诮?jīng)濟(jì)條件下打井找到合適的水源，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件，保證用后尾水的回灌可以實(shí)現(xiàn)；

第108頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）投資的經(jīng)濟(jì)性：由于受到不同地區(qū)、不同用戶(hù)及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶(hù)的不同而有所不同，雖然總體來(lái)說(shuō)，水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同。

第109頁(yè)/共251頁(yè)（3）分類(lèi)目前常用的有兩類(lèi)：一是小型的水/空氣熱泵機(jī)組和水/水熱泵機(jī)組(四通換向閥功能轉(zhuǎn)換)；二是可用于集中供熱、供冷的水/水熱泵機(jī)組，它以地下水、地表水、城市污水為熱源。5.3.2.水源熱泵地下水源熱泵地表水源熱泵污水源熱泵水環(huán)熱泵一般可分為：第110頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（4）影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行性能的因素影響水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素：1）水量：滿足用戶(hù)熱負(fù)荷和冷負(fù)荷的要求2）水溫：水溫適度，應(yīng)適合機(jī)組運(yùn)行工況要求，（熱泵工況12℃～22℃，不低于10℃；制冷工況18℃～30℃）3）水質(zhì)：防止腐蝕、磨損、堵塞4）供水穩(wěn)定性水源系統(tǒng)的原則要求第111頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵1）水量水量是影響水源熱泵系統(tǒng)工作效果的關(guān)鍵因素，一項(xiàng)工程所需水量多少由該工程負(fù)荷與機(jī)組性能確定，所選擇的水源水量應(yīng)滿足負(fù)荷要求。如果其他各種條件均具備，但水量略有不足，其缺口可采取一定輔助彌補(bǔ)措施解決。如水量缺口較大，不能滿足負(fù)荷要求，就應(yīng)考慮其他方案。不同工程的場(chǎng)地環(huán)境和水文地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，可利用的水源各不相同，應(yīng)因地制宜地選擇適用水源。當(dāng)有不同水源可供選擇時(shí)，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，擇優(yōu)確定。第112頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）水溫地表水水溫隨季節(jié)、緯度和深度不同而變化。長(zhǎng)江以北和高原地區(qū)，冬季地表水結(jié)冰，無(wú)法利用于制熱供暖。夏季水溫一般低于30℃，可用于制冷空調(diào)。地下水水溫隨自然地理環(huán)境、地質(zhì)條件及循環(huán)深度不同而變化。近地表處為變溫帶，變溫帶之下的一定深度為恒溫帶，地下水溫不受太陽(yáng)輻射影響。不同緯度地區(qū)的恒溫帶深度不同，水溫范圍10—22℃。恒溫帶向下，地下水溫隨深度增加而升高，升高多少取決于不同地域和不同巖性的地?zé)嵩鰷芈?。?13頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵西湖水溫長(zhǎng)江水溫第114頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）水質(zhì)應(yīng)用水源熱泵時(shí)，除應(yīng)關(guān)心水源水量、水溫外，還應(yīng)關(guān)注、化學(xué)成分、渾濁度、硬度、礦化度和腐蝕性等因素。含砂量與渾濁度有些水源含有泥沙、有機(jī)物與膠體懸浮物，使水變得渾濁。水源含砂量高對(duì)機(jī)組和管閥會(huì)造成磨損。含砂量和渾濁度高的水用于地下水回灌會(huì)造成含水層堵塞。第115頁(yè)/共251頁(yè)西湖水含砂量長(zhǎng)江水含砂量5.3.2.水源熱泵第116頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵水的化學(xué)成分及其化學(xué)性質(zhì)自然界水中溶有不同離子、分子、化合物和氣體，使得水具有有酸堿度、硬度、礦化度和腐蝕性等化學(xué)性質(zhì)，對(duì)機(jī)組材質(zhì)有一定影響。酸堿度：水的pH值小于7時(shí)，呈酸性，反之呈堿性。水源熱泵的水源pH值應(yīng)為6.5-8.5。硬度：水中Ca2+、Mg2+總量稱(chēng)為總硬度。硬度大，易生垢。水源熱泵水源水中的CaO含量應(yīng)＜200mg/L。礦化度：?jiǎn)挝蝗莘e水中所含各種離子、分子、化合物的總量稱(chēng)為總礦化度，用于水源熱泵系統(tǒng)的水源水礦化度應(yīng)＜3g/L。腐蝕性：水中Cl-、游離CO2等都具腐蝕性，溶解氧的存在加大了對(duì)金屬管道的腐蝕破壞作用。應(yīng)用水源熱泵系統(tǒng)時(shí)，對(duì)腐蝕性、硬度高的水源，應(yīng)在系統(tǒng)中加裝抗腐蝕的不銹鋼換熱器或鈦板換熱器。第117頁(yè)/共251頁(yè)地表及淺層的水源一般都是生水，這些非標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的水對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)的危害：1）結(jié)垢：水在循環(huán)過(guò)程中由于水分蒸發(fā)，熱分解，二氧化碳?xì)怏w吹失等因素，不穩(wěn)定溶解鹽的平衡遭到破壞，使部分離子在水中呈結(jié)晶析出，附在管壁結(jié)成水垢；2）生物污染：水中的細(xì)菌霉、藻類(lèi)等微生物體與灰塵，泥沙混合在一起，形成泥狀污濁物；3）腐蝕：水中存在的溶解氧及其它腐蝕性離子與管壁金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕。5.3.2.水源熱泵（5）熱源(熱匯)循環(huán)水系統(tǒng)的水處理第118頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵非標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的水對(duì)水循環(huán)系統(tǒng)的危害具體表現(xiàn)以下三個(gè)方面：1）降低了傳熱效率，大量浪費(fèi)能源。2）污垢的積聚導(dǎo)致局部腐蝕，該種腐蝕的速度為正常腐蝕速度的4～5倍，會(huì)使設(shè)備在短期內(nèi)穿孔而損壞。3）污垢在管內(nèi)沉積，降低了水流通的截面積，增大了水流的阻力，增加了設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。所以，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中的水循環(huán)進(jìn)行水處理十分必要第119頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵水處理方法主要有：1）除砂：除砂器與沉淀池，當(dāng)水源水中含砂量較高時(shí)，可在水源水管路系統(tǒng)中加裝旋流除砂器，降低水中含砂量，避免機(jī)組和管閥遭受磨損和堵塞；如果工程場(chǎng)地面積較大，也可修建沉淀池除砂。2）除鐵：進(jìn)入冷卻水，冷水和溫水系統(tǒng)的鐵是造成沉淀、污染或水垢危害的原因，也是二次腐蝕的原因。一般當(dāng)水中含鐵量＞0.3mg/L時(shí)，應(yīng)在水系統(tǒng)中安裝除鐵處理設(shè)備。第120頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）凈水過(guò)濾器：有些水源，渾濁度較大，用于回灌時(shí)容易造成管井濾水管和含水層堵塞，影響供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命。對(duì)渾濁度大的水源，可以安裝凈水器進(jìn)行過(guò)濾。4）電子水處理儀：在水源中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，冷凝器中的循環(huán)水溫度較高，特別是在冬季制熱工況下，水溫常常在50℃以上，水中的鈣、鎂離子容易析出結(jié)垢，影響換熱效果。通常在冷凝器循環(huán)水管路中安裝電子水處理儀，防止管路結(jié)垢。5）化學(xué)方法(俗稱(chēng)加藥)：一般是加入3種不同作用的水處理藥劑：緩蝕劑、阻垢劑及殺菌滅藻劑。第121頁(yè)/共251頁(yè)2、地表水源熱泵Surface-WaterHeatPump5.3.2.水源熱泵地表水地源熱泵是利用江、河、湖、海的水作為熱源或熱匯的熱泵系統(tǒng)。（1）地表水的特點(diǎn)：1）河流水溫的變化：隨季節(jié)、緯度和深度不同而變化2）江河水流量變化大3）河流含沙量大

4）河流天然水質(zhì)差異明顯第122頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵與空氣源熱泵相似，地表水源熱泵的熱源溫度受氣候的影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度越低時(shí)熱泵的供熱量越小，而且熱泵的性能系數(shù)也會(huì)降低。總的來(lái)說(shuō)，地表水熱泵系統(tǒng)具有相對(duì)造價(jià)低廉、泵耗能低、維修率低以及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。地表水源熱泵系統(tǒng)要求具有足夠體積的地表水源可供使用而且地理位置便利，且換熱對(duì)水體中生態(tài)環(huán)境的影響有時(shí)也需要預(yù)先加以考慮。第123頁(yè)/共251頁(yè)根據(jù)熱泵機(jī)組與地表水的連接式不同，地表水熱泵系統(tǒng)可分為開(kāi)式和閉式兩種系統(tǒng)。5.3.2.水源熱泵開(kāi)式閉式通過(guò)取水口，并經(jīng)簡(jiǎn)單污物過(guò)濾裝置處理，然后在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下，將處理后的地表水直接送入熱泵機(jī)組或通過(guò)中間換熱器進(jìn)行換熱的系統(tǒng)。將封閉的換熱盤(pán)管按照特定的排列方式放入具有一定深度的地表水體中，傳熱介質(zhì)通過(guò)換熱盤(pán)管管壁與地表水進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)。（2）地表水源熱泵的分類(lèi)第124頁(yè)/共251頁(yè)開(kāi)式地表水換熱系統(tǒng)5.3.2.水源熱泵第125頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵閉式地表水換熱系統(tǒng)第126頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵開(kāi)式和閉式系統(tǒng)性能比較：閉式循環(huán)介質(zhì)較清潔，可避免內(nèi)部堵塞，但盤(pán)管外部可能會(huì)結(jié)垢；閉式環(huán)路系統(tǒng)水泵揚(yáng)程只需克服系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力，可減少泵功率；閉式循環(huán)機(jī)組循環(huán)介質(zhì)的溫度一般要比地表水的水溫低2～7℃，閉式循環(huán)熱泵的EER或COP相對(duì)開(kāi)式系統(tǒng)略低。第127頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵地表水源熱泵系統(tǒng)第128頁(yè)/共251頁(yè)（3）地表水換熱系統(tǒng)勘察5.3.2.水源熱泵勘察內(nèi)容：1）地表水水源性質(zhì)、水面用途、深度、面積及其分布；2）不同深度的地表水水溫以及水位動(dòng)態(tài)變化3）地表水流速和流量動(dòng)態(tài)變化4）地表水水質(zhì)及其動(dòng)態(tài)變化5）地表水利用現(xiàn)狀6）地表水取水和回水的適宜地點(diǎn)及路線第129頁(yè)/共251頁(yè)地表水取水設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，冷熱交替問(wèn)題，冷熱平衡問(wèn)題。取水溫差過(guò)大會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境取水、排水口位置不當(dāng)機(jī)組運(yùn)行效率會(huì)降低取水區(qū)域不當(dāng)會(huì)損壞換熱盤(pán)管（4）地表水取水設(shè)計(jì)5.3.2.水源熱泵第130頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（5）海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的一種，其特點(diǎn)：海水溫度差異較大海水含鹽高海洋生物潮汐和波浪泥砂淤積海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中應(yīng)充分注意防止海水的腐蝕、防治和清除海生物、冬季海水溫度過(guò)低（<3℃），采取一些特殊的技術(shù)措施。第131頁(yè)/共251頁(yè)特殊技術(shù)措施：5.3.2.水源熱泵1）防止海水腐蝕的主要措施采用耐腐蝕材料及設(shè)備（銅、鈦合金、非金屬材料等）；表面涂敷防護(hù)（環(huán)氧樹(shù)脂漆、環(huán)氧瀝青涂料、硅酸鋅漆等）；采用陰極保護(hù)（犧牲陽(yáng)極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法）；采用抗硅酸鹽水泥及制品，或采用混凝土表面涂敷防腐技術(shù)。第132頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）防治和清除海生生物的主要方法設(shè)置過(guò)濾裝置（攔污柵、隔柵、篩網(wǎng)等）；投放藥物（氯氣、二氧化氯、臭氧、異氰尿酸酯等）；電解海水法（產(chǎn)生次氯酸鈉可殺死海洋生物幼蟲(chóng)或蟲(chóng)卵）；含毒涂料防護(hù)法；安裝換熱器和管道自動(dòng)清洗裝置。第133頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）海水溫度過(guò)低可采取的措施機(jī)組采用雙級(jí)運(yùn)行；增加海水流量，減小海水的供回水溫差。第134頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3、地下水源熱泵Ground-WaterHeatPump地下水位于較深的地層中，因隔熱和蓄熱作用，其水溫隨季節(jié)氣溫的變化較小，特別是深井水的水溫常年基本不變，對(duì)熱泵運(yùn)行十分有利。與傳統(tǒng)及空氣源熱泵比較，其特點(diǎn)：1）具有較好的節(jié)能性：地下水溫穩(wěn)定，冬暖夏涼，機(jī)組的供熱季節(jié)性能系數(shù)和能效比高；2）顯著的環(huán)保效益：地下水為清潔能源；3）具有良好的經(jīng)濟(jì)性：節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用；4）能夠減少高峰需電量；5）回灌是地下水源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)：生態(tài)問(wèn)題第135頁(yè)/共251頁(yè)5.2熱泵的分類(lèi)1）按回灌井的設(shè)置，地下水源熱泵系統(tǒng)可分為兩種，一種為同井回灌，另一種為異井回灌。（2）地下水源熱泵系統(tǒng)分類(lèi)第136頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵取水和回水在不同的井內(nèi)進(jìn)行，從一口抽取地下水，送至井口換熱器中，與熱泵低溫水換熱，地下水釋放熱量后，再?gòu)钠渌幕毓嗑畠?nèi)回到同一地下含水層中。若地下水水質(zhì)好，地下水可直接進(jìn)入熱泵，然后再由另一口回灌井回灌回去。異井回灌第137頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵取水和回灌水在同一口井內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)隔板把井分成二部分，一部分是低壓（吸水）區(qū)，另一部分是高壓（回水）區(qū)。當(dāng)潛水泵運(yùn)行時(shí)，地下水被抽至井口換熱器中，與熱泵低溫水換熱，地下水釋放熱量后，再由同井返回到回水區(qū)。同井回灌第138頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）地下水地源熱泵系統(tǒng)可分為開(kāi)式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開(kāi)式系統(tǒng)：將地下水直接供應(yīng)到每臺(tái)熱泵機(jī)組，經(jīng)換熱后將井水回灌到地下或直接定點(diǎn)排放。由于可能導(dǎo)致管路阻塞，更重要的是可能導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，通常不建議在地源熱泵系統(tǒng)中直接應(yīng)用地下水。第139頁(yè)/共251頁(yè)閉式系統(tǒng)：通過(guò)一個(gè)板式換熱器將地下水與建筑物內(nèi)的水系統(tǒng)分隔開(kāi)，避免了建筑內(nèi)熱泵系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。5.3.2.水源熱泵第140頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵1）地下水回灌目的：補(bǔ)充地下水源，調(diào)節(jié)水位，維持儲(chǔ)量平衡回灌蓄能，如冬灌夏用，夏灌冬用保持含水層水頭壓力，防止地面下沉（3）人工回灌地下水人工補(bǔ)給即回灌，就是將被水源熱泵機(jī)組交換熱量后排出的水再注入地下含水層中去。第141頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）回灌水的水質(zhì)目前，尚無(wú)回灌水水質(zhì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各地區(qū)和各部門(mén)制定的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。應(yīng)堅(jiān)守一個(gè)準(zhǔn)則：回灌水質(zhì)要好于或等于原地下水水質(zhì)，回灌后不會(huì)引起區(qū)域性地下水水質(zhì)污染。第142頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）回灌類(lèi)型根據(jù)工程場(chǎng)地的實(shí)際情況，可采用地面滲入補(bǔ)給，誘導(dǎo)補(bǔ)給和注入補(bǔ)給。1）地面滲水法：人為地引補(bǔ)給水至入滲池等地面工程，使之滲入地下，補(bǔ)給地下水；2）誘導(dǎo)補(bǔ)給法：在地表水體附近，通過(guò)抽取地下水使其水頭低于地表水水位，達(dá)到地表水入滲補(bǔ)給地下水的目的；3)注入式：一般利用管井進(jìn)行（故也稱(chēng)為井回灌法），常采用無(wú)壓（自流，重力）、負(fù)壓（真空）和加壓（正壓，壓力）回灌等方法。第143頁(yè)/共251頁(yè)a）真空回灌在管路密封裝置下,利用真空虹吸原理產(chǎn)生水頭差進(jìn)行回灌。適于地下水位埋藏深（靜水位埋深在10米以下），含水層滲透性好。對(duì)于細(xì)顆粒含水層，回灌量一般為取水量的1/3—1/2；對(duì)于粗顆粒含水層，回灌量可達(dá)取水量的1/2—2/3。5.3.2.水源熱泵第144頁(yè)/共251頁(yè)b）重力回灌5.3.2.水源熱泵依靠自然重力進(jìn)行回灌，適用于低水位和滲透性良好的含水層。對(duì)于砂卵石含水層，其回灌量一般為取水量的50%；對(duì)于滲透性好的爍卵石層，回灌量可達(dá)取水量的75%—90%。第145頁(yè)/共251頁(yè)c）壓力回灌5.3.2.水源熱泵即用壓力注水的回灌方法。適用于地下水位高、透水性差的含水層。缺點(diǎn)：回灌時(shí)對(duì)井沖擊力強(qiáng)。第146頁(yè)/共251頁(yè)4）回灌量回灌量大小與水文地質(zhì)條件、成井工藝、回灌方法等因素有關(guān)，其中水文地質(zhì)條件是影響回灌量的主要因素。采灌比是確定抽灌井?dāng)?shù)的主要依據(jù)。采灌比Rateofexploitationtoinjection：開(kāi)采水量與回灌水量的比值。5.3.2.水源熱泵要求是等量回灌。但是，由于成井質(zhì)量、回灌技術(shù)等原因，很難保證達(dá)到100%回灌。通過(guò)對(duì)地下水源熱泵的實(shí)例調(diào)查發(fā)現(xiàn)，回灌率最高的可達(dá)到80%，最低的僅有20%，在回灌率較差的地方已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的地面沉降。第147頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵含水層情況灌抽比（%）井的布置單井出水量（t/h）礫石>80一抽一灌200中粗砂50-70一抽二灌100細(xì)砂30-50一抽三灌50不同水文地質(zhì)條件下的地下水系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)目前大多數(shù)國(guó)家的地下水回灌技術(shù)尚不成熟特別在含水層砂粒較細(xì)的情況下,回灌井極易被堵。第148頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵5）回?fù)P回灌井的堵塞是造成系統(tǒng)運(yùn)行灌抽比降低的原因。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為，在回灌過(guò)程中，井的堵塞是不可避免的。造成井堵塞的原因是多種多樣的，大致可以歸納為6種：懸浮物堵塞、微生物的生長(zhǎng)、化學(xué)沉淀、氣泡阻塞、黏粒膨脹和擴(kuò)散、含水層細(xì)顆粒重組。為預(yù)防和處理管井堵塞主要采用回?fù)P的方法。第149頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵回?fù)P：回灌管井堵塞到一定程度后，不再回灌水，而改為抽水，將堵塞過(guò)濾器的堵塞物抽出，將渾水排放。每口回灌井回?fù)P次數(shù)和回?fù)P持續(xù)時(shí)間主要由含水層顆粒大小和滲透性而定。在巖溶裂隙含水層進(jìn)行管井回灌，長(zhǎng)期不回?fù)P，回灌能力仍能維持；在松散粗大顆粒含水層進(jìn)行管井回灌，回?fù)P時(shí)間約一周1～2次；在中、細(xì)顆粒含水層里進(jìn)行管井回灌，回?fù)P間隔時(shí)間應(yīng)進(jìn)一步縮短，每天應(yīng)1～2次。第150頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵在回灌過(guò)程中，掌握適當(dāng)回?fù)P次數(shù)和時(shí)間，才能獲得好的回灌效果，如果怕回?fù)P多占時(shí)間，少回?fù)P甚至不回?fù)P，結(jié)果管井和含水層受堵，反而得不償失?；?fù)P持續(xù)時(shí)間以渾水出完，見(jiàn)到清水為止。第151頁(yè)/共251頁(yè)（4）井水的老化5.3.2.水源熱泵1）定義：隨著時(shí)間的推移，生產(chǎn)井和回灌井的能力都會(huì)下降，甚至不能滿足熱泵運(yùn)行的需要。2）對(duì)于井的預(yù)期壽命，目前還沒(méi)有普遍適用的方法，井的壽命和許多因素有關(guān)，主要有：a.當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)；b.賭住或封死過(guò)濾段的縫隙、砂石的孔隙大??；c.井周?chē)牡叵滤鞯赖亩氯取５?52頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）井水老化的原因a.砂堵：地下水流速過(guò)高，來(lái)自地下水流道的砂和粘土逐漸流向抽水井，導(dǎo)致抽水井砂堵；b.腐蝕：井的構(gòu)件不采用耐腐蝕的材料，很快會(huì)因腐蝕而損壞，從而導(dǎo)致水井失去功能；c.膠結(jié)：形成了碳酸鹽，沉積在砂石和過(guò)濾管縫隙中；d.巖化：呈溶解狀態(tài)的鐵、錳化合物，分解為不溶解的化合物而沉積在井附近或井中；第153頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵化學(xué)巖化：氧氣將二價(jià)可溶解的鐵，氧化成三價(jià)不可溶解的鐵，將二價(jià)可溶解的錳，氧化成四價(jià)不可溶解的錳；生物巖化：含鐵和錳的細(xì)菌，吸取溶解在水中的二價(jià)的鐵和錳，并排出不溶解的鐵和錳化合物。第154頁(yè)/共251頁(yè)4）防止水井快速老化5.3.2.水源熱泵a.鐵要進(jìn)行防腐處理；b.井的過(guò)濾管必須深埋地下，即使水面嚴(yán)重下降，過(guò)濾管上邊緣也要沒(méi)入水面；c.回灌井過(guò)濾管長(zhǎng)度、有效過(guò)濾面積，至少等于抽水管的3～5倍；d.每一口井必須設(shè)有井窩，井窩直徑約為1m，深約1.3m，用以安裝井口裝置。第155頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵地下水熱泵系統(tǒng)受到許多限制。首先，這種系統(tǒng)需要有豐富和穩(wěn)定的地下水資源作為先決條件。因此在決定采用地下水熱泵系統(tǒng)之前，一定要做詳細(xì)的水文地質(zhì)調(diào)查，并先打勘測(cè)井，以獲取地下溫度、地下水深度、水質(zhì)和出水量等數(shù)據(jù)。地下水熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與地下水層的深度有很大的關(guān)系。如果地下水位較低，不僅鉆井的費(fèi)用增加，運(yùn)行中水泵的耗電將大大降低系統(tǒng)的效率。第156頁(yè)/共251頁(yè)國(guó)外由于對(duì)環(huán)保和使用地下水的規(guī)定和立法越來(lái)越嚴(yán)格，地下水源熱泵的應(yīng)用己逐漸控制。對(duì)于我國(guó)地下水源并不豐富，且回灌技術(shù)不成熟，很容易造成水源流失及污染，而水資源是當(dāng)前最緊缺、最寶貴的資源，任何對(duì)水資源的浪費(fèi)或污染都是絕對(duì)不可允許的，因此，推廣這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)當(dāng)非常慎重。5.3.2.水源熱泵第157頁(yè)/共251頁(yè)包括建筑物內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和水井系統(tǒng)（地下水換熱系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)兩大部分。地下水換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：①工程場(chǎng)區(qū)調(diào)查與地下水水文地質(zhì)勘察（編寫(xiě)勘察報(bào)告）②地下水間接供水和直接供水系統(tǒng)系統(tǒng)形式的選擇（水質(zhì)要求）③工程項(xiàng)目所需的地下水總水量的確定④熱源井（抽水井和回灌井的總稱(chēng)，主要有管井、大口井、輻射井等）5、地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：5.3.2.水源熱泵第158頁(yè)/共251頁(yè)1）地下水水文地質(zhì)勘察勘察內(nèi)容：地下水類(lèi)型；含水層巖性、分布、埋深及厚度；含水層的富水性和滲透性；地下水徑流方向、速度和水力坡度；地下水水溫及其分布。在確定有足夠、適宜的地下水水源的情況下，應(yīng)進(jìn)行水文地質(zhì)試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容：抽水試驗(yàn)；回灌試驗(yàn)；抽水和回灌試驗(yàn)時(shí)，測(cè)定靜水位和動(dòng)水位；測(cè)量井水水溫；取水樣并化驗(yàn)分析水質(zhì)；水流方向試驗(yàn)；滲透率計(jì)算等。5.3.2.水源熱泵第159頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵a、管井：目前應(yīng)用最廣的形式目前應(yīng)用最廣的形式。適用于埋藏較深、厚度較大的含水層。一般用鋼管做井壁，在含水層部位設(shè)濾水管進(jìn)水,防止砂礫進(jìn)入井內(nèi)。管井口徑通常在500毫米以下，深幾十米至百余米，甚至幾百米。單井出水量一般為每日數(shù)百至數(shù)千立方米。管井的提水設(shè)備一般為深井泵或深井潛水泵。管井常設(shè)在室內(nèi)。2）熱源井第160頁(yè)/共251頁(yè)b、大口井,也稱(chēng)寬井，適用于埋藏較淺的含水層。井的口徑通常為3～10米。井身用鋼筋混凝土、磚、石等材料砌筑。取水泵房可以和井身合建也可分建。也有幾個(gè)大口井用虹吸管相連通后合建一個(gè)泵房的。大口井由井壁進(jìn)水或與井底共同進(jìn)水，井壁上的進(jìn)水孔和井底均應(yīng)填鋪一定級(jí)配的砂礫濾層，以防取水時(shí)進(jìn)砂。單井出水量一般較管井為大。5.3.2.水源熱泵第161頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵c、輻射井：適用于厚度較薄、埋深較大、砂粒較粗而不含漂卵石的含水層。從集水井壁上沿徑向設(shè)置輻射井管借以取集地下水的構(gòu)筑物。輻射管口徑一般為100～250毫米，長(zhǎng)度為10～30米。單井出水量大于管井。第162頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵典型地下水源熱泵系統(tǒng)圖示1-壓縮機(jī)；2-冷凝器；3-節(jié)流機(jī)構(gòu)；4-蒸發(fā)器；5-循環(huán)水泵；6-深井泵；7-板式換熱器；8-熱用戶(hù)；9-抽水井；10-回灌井；V1-V8-閥門(mén)第163頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵6、污水源熱泵為水源熱泵的一種，以城市生活或工業(yè)污水為低位熱源，是有機(jī)地將污水排放與城市能源結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了“變廢為寶”。污水源熱泵技術(shù)在美國(guó)、北歐及日本等國(guó)家已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，2004年初，中國(guó)內(nèi)地首例利用污水作為能源供熱制冷的項(xiàng)目在北京市密云污水處理廠開(kāi)始試運(yùn)行。第164頁(yè)/共251頁(yè)（1）城市污水的特點(diǎn)5.3.2.水源熱泵冬暖夏涼：冬季溫度一般在12~20℃之間，夏季一般在20-28℃之間；全年水溫變化小和受氣候影響?。晃鬯艧崃糠€(wěn)定；來(lái)源充足，接入方便。城市污水是一種巨大的低溫余熱源。例：北京地區(qū)以高碑店污水處理廠為例,其二級(jí)出水溫度在冬季為13.5～16.5℃,夏季為22～25℃;黃河以及長(zhǎng)江流域污水處理廠的二級(jí)出水溫度為17～28℃；哈爾濱某藥廠污水溫度也在20℃左右,且在整個(gè)采暖期內(nèi)水溫波動(dòng)不大,因此城市污水是水/水熱泵或水/空氣熱泵優(yōu)良的低溫?zé)嵩?。?65頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵我國(guó)污水的排放量巨大且主要集中在城市。例如,2000年黑龍江省污水排放量為11.37億m3(其中工業(yè)廢水為5.26億m3,生活污水為6.11億m3),主要集中在哈爾濱、大慶、牡丹江等10個(gè)城市中,可見(jiàn)回收與利用污水余熱關(guān)鍵在于回收城市污水余熱用于城市供暖,因二者地點(diǎn)吻合而易于實(shí)現(xiàn)。工業(yè)凈化后污水?dāng)?shù)量十分可觀。哈爾濱某廠污水處理站流量達(dá)1.5萬(wàn)m3/d(625m3/h),冬季污水溫度在20℃左右。若采用熱泵技術(shù)將凈化后的污水降低1℃就可獲得約1t/h蒸汽的熱量,可供建筑面積約為1萬(wàn)m2的采暖。因此,建立供工業(yè)企業(yè)用的熱泵站回收污水余熱是工業(yè)企業(yè)節(jié)能的主要途徑。第166頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵1）冬季利用污水中的熱量供熱，利用的是可再生能源。（環(huán)保）2）機(jī)組效率高，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。（節(jié)能）3）省卻冷卻塔，節(jié)省寶貴的水資源，減少占地面積。4）污水量大、溫度穩(wěn)定，可獲取的能量多，是國(guó)家大力提倡的節(jié)能減排項(xiàng)目之一。（2）污水源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)第167頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（3）分類(lèi)根據(jù)熱泵是否直接從污水中取熱量，可分為直接式和間接式兩種。1）間接式：指熱泵低位熱源環(huán)路與污水熱量抽取環(huán)路之間設(shè)有中間換熱器或熱泵低位熱源環(huán)路通過(guò)水/污水浸沒(méi)式換熱器在污水池中直接吸取污水中的熱量。2）直接式：城市污水直接通過(guò)熱泵，或熱泵的蒸發(fā)器直接設(shè)置在污水池中，通過(guò)制冷劑氣化吸取污水中的熱量。第168頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵第169頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）直接與間接式性能比較：間接式運(yùn)行條件較好，運(yùn)行可靠，壽命長(zhǎng)（熱泵機(jī)組不會(huì)堵塞、腐蝕，但中間換熱器容易堵塞和腐蝕）；間接式系統(tǒng)較復(fù)雜，設(shè)備（換熱器、水泵等）多造價(jià)高；直接式蒸發(fā)溫度比間接式高2~3℃，機(jī)組的性能系數(shù)高，但污水水質(zhì)不好，易造成機(jī)組內(nèi)換熱器堵塞，無(wú)法正常工作，維護(hù)費(fèi)用高。第170頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵按進(jìn)入熱泵機(jī)組的污水是否經(jīng)過(guò)處理分為：原生污水：未經(jīng)過(guò)處理的污水；二次水：利用經(jīng)過(guò)污水處理廠處理后的污水第171頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（4）污水源熱泵的特殊問(wèn)題1）污水流經(jīng)管道和設(shè)備（換熱設(shè)備、水泵等）時(shí)，在換熱表面上易發(fā)生積垢、微生物貼附生長(zhǎng)形成生物膜、污水中油貼附在換熱面上形成油膜、漂浮物和懸浮固形物等堵塞管道和設(shè)備的入口，其最終的結(jié)果是出現(xiàn)污水的流動(dòng)阻塞和由于熱阻的增加惡化傳熱過(guò)程；2）污水引起管道和設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，尤其是污水中的硫化氫使管道和設(shè)備腐蝕生銹；由于城市污水水質(zhì)的特殊性，常使污水源熱泵出現(xiàn)以下問(wèn)題：第172頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵3）運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)于其他水源熱泵差，其供熱量隨運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而衰減：污水流動(dòng)阻塞使換熱設(shè)備流動(dòng)阻力不斷增大，引起污水量的不斷減少，同時(shí)傳熱熱阻的不斷增大又引起傳熱系數(shù)的不斷減??；4）由于污水的流動(dòng)阻塞和換熱量的衰減，使污水源熱泵的運(yùn)行管理和維修工作量大；第173頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（5）污水源熱泵站污水水質(zhì)的優(yōu)劣是污水源熱泵供暖系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵，因此要了解和掌握污水水質(zhì)以判斷其是否可作為低溫?zé)嵩础?guó)外一些污水源熱泵常選用城市污水處理廠處理后的污水或城市中水設(shè)備制備的中水作為其熱源與熱匯。為了提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，常在遠(yuǎn)離市區(qū)的污水處理廠附近建立大型污水源熱泵站（MW級(jí)），制備熱水通過(guò)城市管網(wǎng)向用戶(hù)供熱。第174頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵（6）原生污水源熱泵設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題城市污水干渠(污水干管)通常是通過(guò)整個(gè)市區(qū),如果直接利用城市污水干渠中的原水作為污水源熱泵的低溫?zé)嵩?則可節(jié)省輸送熱量的能耗,從而提高其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。但應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題。1）應(yīng)在取水設(shè)施中設(shè)置適當(dāng)?shù)乃幚碓O(shè)備；第175頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵污水干渠取水設(shè)施1-污水干渠；2-過(guò)濾網(wǎng)；3-蓄水池；4-污水泵；5-旋轉(zhuǎn)式篩分器；6-已過(guò)濾污水水泵；7-污水/制冷劑換熱器；8-回水和排水管第176頁(yè)/共251頁(yè)5.3.2.水源熱泵2）應(yīng)注意利用城市原生污水余熱對(duì)后續(xù)水處理工藝的影響（污水水溫降低過(guò)大，將影響市政曝氣站的正常運(yùn)行）；3）應(yīng)適當(dāng)加大