地表水源熱泵系統應用難點及解決方式

地表水源熱泵是將江河水、湖泊水作為熱泵系統的低溫熱源，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。如果建筑物附近有可利用的海、河流、湖泊或水池等水體，地表水源熱泵系統有可能是具有節能優點而又經濟的系統，這也是地表水源熱泵系統會獲得很多青睞的原因。

與傳統供暖空調方式比較，地表水源熱泵系統有著明顯的優勢。

1、和空氣相比, 水的熱容量大, 是比較理想的傳熱介質。如果可以比較容易地取得大量溫度穩定的水, 水作為熱源是非常理想的。

2、地表水源熱泵技術是一種清潔的可再生能源技術。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定, 可以提高機組的效率。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。據估算, 夏季空調工況下每降低冷卻水進水1℃大約能提高機組 3%的效率。據美國環保署( EPA)估計, 設計安裝良好的水源熱泵, 平均來說可以節約用戶 30%～40%的供熱制冷空調的運行費用。

4、冬季供暖時, 沒有污染排放。

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

6、可以實現供熱、供冷、供熱水同時進行,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時也存在著一些問題，主要難點在于地表水的水質。依照我國《地表水環境質量標準》，依據地表水水域環境功能和保護目標，按功能高低依次劃分為五類：Ⅰ類，主要適用于源頭水、國家自然保護區；Ⅱ類，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、水生生物棲息地、魚蝦類產場、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區、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產養殖區等漁業水域及游泳區；Ⅳ類，主要適用于一般工業用水區及人體非直接接觸的用水區；Ⅴ類，主要適用于農業用水區及一般景觀要求水域。據我國機構統計我國Ⅲ類及劣于Ⅲ類水質的斷面比例為77%，即便是Ⅰ、Ⅱ類水體中也含有一定量雜質，影響水源熱泵系統的使用。

通過對地表水源熱泵系統應用進行認真分析，從不同地表水源應用方式中找出成熟可靠的系統解決方案，對于地表水源熱泵系統的應用推廣、節能環保有著重要的意義。

地表水源熱泵根據利用地表水方式的不同，地表水源熱泵系統可以分為閉式系統與開式系統：

1、閉式系統是通過地表水與沉入水體中的多組盤管換熱器之間發生熱量交換來實現循環介質(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格要求，同時針對航道影響受國家法規限制。閉式系統大的優勢在于將地表水與管路內的循環水相隔離，保證了管路系統不受地表水水質的影響，防止了管路的阻塞。但是由于地表水體存在雜質，水中的換熱器換熱效率仍要受水質影響，并且當水體中含有雜質較多時，位于水底的換熱器外部可能結垢，進一步影響傳熱效果。同時，當水體較淺時，水溫受室外大氣溫度的影響比較大，這將引起機組效率與輸出功率的變化，當冬季氣候,換熱器內循環介質的溫度會明顯降低,如沒有防凍措施或輔助熱源，會直接影響空調系統正常工作。另外，換熱器處于公共水體中易受腐蝕和破壞，維護維修困難且成本*。

2、開式系統是指用水泵直接抽取地表水，在熱泵機組的蒸發器（冷凝器）或中間換熱器中換熱后再排入水體的系統，開式系統又依據與水源水換熱時是否加入中間換熱器分為直接式系統和間接式系統；目前在國內外，地表水源熱泵系統為實用成熟的技術是間接式系統技術。

直接式系統不使用中間換熱裝置，地表水直接進熱泵機組換熱，但是直接式系統應用存在著很多難于克服的難題。直接式系統即便是使用水質較好地表水，在進入熱泵機組換熱起前仍需要經過除沙等一系列簡單水處理，這些水處理設備本身也存在著堵塞和故障問題，從而影響系統整體安全性，同時水處理設備的造價與換熱器造價相差不多，沒有任何成本優勢，甚至于付出了更大的成本。經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，因其污垢系數的影響在機組內的換熱效率遠低于純凈水換熱效率，如果使用水量較大時，仍然存在著熱泵機組換熱部分的掛垢問題，嚴重時會造成堵塞和熱泵機組損壞，造成系統機組效率逐漸降低、運行費用逐漸攀升，更使系統面臨安全性與穩定性考驗。

客戶在供暖、空調選型過程中應重視穩定性與系統效率的結合，單純追求效率而不關注系統的整體運行性能，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。

間接式系統同樣具備閉式系統的優勢，避免了直接式系統的問題，通過中間換熱器，使地表水不與熱泵機組直接接觸，從而解決了地表水水質對熱泵機組的影響，保證了地表水源熱泵系統的穩定性與安全性。同時，間接式系統也規避了閉式系統水體中放置換熱器的一系列弊端。間接式系統的技術難題主要集中于地表水質對中間換熱器的影響上。傳統采用前置水處理設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成本，前置水處理裝置的堵塞和故障，也都會影響到系統安全性；另一方面處理后的地表水中仍含有懸浮物等大量雜質，會使換熱器掛垢堵塞，從而影響系統的安全性。

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