暖通空調考點:水源熱泵工作原理

地下水井系統(tǒng)，即水源熱泵。它以水為介質來提取能量實現制熱和制冷的一個或一組系統(tǒng)。針對水源熱泵機組，就是通過消耗少量高品位能量，將地表水中不可直接利用的低品味熱量提取出來，變成可以直接利用的高品位能源的裝置。水源熱泵是利用太陽能和地熱能來制冷、供熱，應該說其屬熱泵中“地源熱泵”的一種。經過嚴格測試及不同地區(qū)熱泵的應用實例測算，。水源熱泵制熱的性能系數在3.1 –4.7之間，制冷的性能系數在3.5 –6.7之間。

地球表面淺層水源(如深度在1000米以內的地下水、地表的河流、湖泊和海洋)吸收了太陽進入地球的輻射能量，這些水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉移到水源中，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，而冬季，則從水源中提取能量，由熱泵原理通過空氣或水作為制冷劑提升溫度后送到建筑物中，通常水源熱泵水泵消耗1kW的能量，用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量。水源熱泵根據對水源的利用方式的不同，可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)是指在水側為一組閉式循環(huán)的換熱盤管，該組盤管一般水平或垂直埋于湖水或海水中，通過與湖水或海水換熱來實現能量轉移(該組盤管直接埋于土壤中的系統(tǒng)稱為土壤源熱泵，也是地源熱泵的一種);開式系統(tǒng)是指從地下或地表中抽水后經過換熱器直接排放的系統(tǒng)。水源熱泵無論是在制熱還是制冷過程中均以水為熱源和冷卻介質，即用切換工質回路來實現制熱和制冷的運行。然而，更為方便的是由水回路中的三通閥來完成。雖然在水源熱泵系統(tǒng)中水源直接進入蒸發(fā)器(制冷時為冷凝器)，在某些場合，為避免污染封閉的冷水系統(tǒng)(通常是處理過的)，需間接地用一個換熱器來供水;另一種方法是利用封閉回路的冷凝器水系統(tǒng)，水作為熱泵制熱、制冷過程的介質，滿足以下兩個條件即可利用：一是水的溫度在7℃～ 30℃之間，二是水量要充足。水源水可以是各種工業(yè)用廢水、生活用水、海水、江、河水等，甚至是各種工業(yè)余熱。提取水中的熱(冷)量比較簡單易行的方式是打井，利用井泵提取地下水作為循環(huán)介質。冬季時，以地下水為“熱源”，源源不斷的將7℃以上的地下水通過熱泵機組的蒸發(fā)器提出大約4℃以上的熱量，使其降至3℃再注回地下，水在地下滲流過程中又吸收地下熱量，溫度又升至7℃以上，然后又被提升上來，如此不斷循環(huán)，機組吸收的熱量再被機組的冷凝器釋放出來，用以加熱供暖的水系統(tǒng)，使供水溫度可達55℃以上，此溫度稱為空調供暖(國家標準45℃)的最佳溫度，;夏季時，利用地下水(水溫低于14℃)做冷卻水，而常規(guī)制冷設備是利用冷卻塔循環(huán)冷卻，水溫一般都在30℃～ 40℃，夏季的地下水只有14℃～ 18℃，要比循環(huán)冷卻水溫度低于16℃～ 22℃，從而提高了機組的工作效率，達到了節(jié)能、降耗的作用。過渡季節(jié)，應用中央空調可以考慮將地下水抽取上來直接作為冷媒輸入系統(tǒng)，不需要機組開機運行，可以節(jié)省大量的能源。