地下水源热泵的现状与应用.docx

地下水源热泵的现状与应用地下水源热泵（GroundWaterHeatPumpsGWHP）是地源热泵（GroundSourceHeatPumpsGSHP）的一个分支。这项技术起始于1912年瑞士Zoelly提出了“地热源热泵”的概念。1948年第一台地下水源热泵系统在美国俄勒冈州波特兰市的联邦大厦投入了运行。在其后的几十年中地下水源热泵得到了更为广泛的应用。美国在过去的10年内地下水源热泵的年增长率为12%现在大约有500000套（每套相当于12kW）地下水源热泵在运行每年大约有50000套地下水源热泵在安装。我国地下水源热泵从1997年开始学习和引进欧洲产品出现了大规模的地下水源热泵采暖工程项目。到1999年底全国大约有100套地下水源热泵供热或制冷系统[1].在我国煤炭作为主要能源长期以来在生产、消费中占据着绝对主导地位。尽管近年来煤炭所占比例略有下降但仍保持在65%以上并再次呈现出上升的迹象[2].只有减少煤炭的使用大气污染问题才有可能得到解决。我国城乡建筑发展迅速近几年来每年建成的住宅面积城镇已至4～5亿平方米农村则达7～8亿平方米其中供热、空调的建筑面积高达6.5亿平方米。与气候条件接近的发达国家相比我国居住建筑单位面积供暖能耗为他们的3倍左右[3].现在这些高能耗建筑冬季供暖与夏季空调的使用正日益普遍解决它们所造成的能源浪费和环境污染问题已成为紧迫的需要。现在我国禁止在城镇建设中小型燃煤锅炉房。因此除了集中供热的型式以外急需发展其它的替代供热方式。热泵（包括地下水源热泵）就是这样一种可以有效节省能源、减少大气污染和CO排放的供热和空调新技术。1、基本工作原理地下水源热泵系统的低位热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热提高品位后对建筑物供暖把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季则生产井与回灌井交换而将室内余热转移到低位热源中达到降温或制冷的目的另外还可以起到养井的作用。如果是水质良好的地下水可以直接进入热泵进行换热这样的系统我们称为开式环路。实际工程中更多采用闭式环路形式的热泵循环水系统即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵机组的影响[3].由于较深的地层不会受到大气温度变化的干扰故能常年保持恒定的温度远高于冬季的室外空气温度也低于夏季的室外空气温度且具有较大的热容量因此地下水源热泵系统的效率比空气源热泵高COP值一般在3和4.5之间并且不存在结霜等问题。此外冬季通过热泵吸收大地中的热量提高空气温度后对建筑物供热同时使大地中的温度降低即蓄存了冷量可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物的热量传输给大地对建筑物降温同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样在地下水源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用进一步提高了空调系统全年的能源利用效率。地下水源热泵系统还可以产出生活热水其水路连接方式大致有四种。最简单的方式有空调水系统与生活热水水系统完全分开和相关联且井水系统串级连接这两种但是前者冷凝温差太小后者也不能解决生活热水用的水源热泵机组停机时空调系统容量减小的问题。所以有了在后者基础上增加电动三通阀的方式这样不仅减小了装机容量、降低了初投资而且机组的配置也更加合理提高了系统总能效比。此外目前还有一种生活热水采用热回收型水源热泵机组的连接方式[4].后两种方式充分利用了井水的能量且通过回收空调系统的冷凝热来制备生活热水使整个系统的能效比得到了提高比较合理、节能。国内的地下水回灌基本上采用原先的人工回灌方式主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于高水位和低渗透性的含水层也适用于低水位和渗透性好的地下含水层；而真空回灌则仅适用于低水位和渗透性好的含水层。现在国内的大多数系统都采用的是真空回灌的地下水回灌方式。另外国内通常采用回扬和清洗的方式来维持地下水的回灌。回扬次数和回扬的时间视含水层的透水性大小而定其次要考虑井的特征、水质、回灌量和回灌技术方法。这些都是非常专业化的工作大大增加了用户的维护工作量而且这种操作对井的损害也很大会造成系统寿命的降低[5].2、工程应用实例1997年中国科技部与美国能源部签署了中美能源效率及可再生能源合作议定书其中一项就是地源热泵的发展战略。1998年中美两国确定在我国北京（代表北部寒冷地带）、宁波（代表中部夏热冬冷地带）、广州（代表南部亚热带）合作建立三个地源热泵的示范工程。北部示范工程是北京食品发酵研究所综合办公楼及专家楼中部示范工程是宁波雅戈尔工业城南部示范工程是广州松田职业技术学院。在这三个示范工程项目中两个为地下水源热泵系统一个为复合