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地源熱泵技術(shù)污水利用

原則上講，凡是水量、水溫能夠滿足用戶制熱負(fù)荷或制冷復(fù)荷的需要，水質(zhì)對機(jī)組設(shè)備不產(chǎn)生腐蝕損壞的任何地源都可作為地源熱泵系統(tǒng)利用的地源，既可以是再生地源，也可以是自然地源。

一、再生地源

是指人工利用后排放但經(jīng)過處理的城市生活污水、工業(yè)廢水、礦山廢水、油田廢水和熱電廠冷卻水等地源，有條件利用再生地源的用戶，變廢為利，可減少初投資，節(jié)約水資源。但對大多數(shù)用戶來說，可供選擇的是自然界中的地源。

二、自然界中的地源

自然界中的水分布于大氣圈、地球表面和地殼巖石中，分別稱之為大氣水、地表水和地下水。陸地上的地表水和地下水均來自于大氣降水。

地表水中的海水約占自然界水總儲量的96.5%。濱海城市有條件利用海水，國外有應(yīng)用海水作熱泵地源的實(shí)例。我國一些沿海城市利用海水作工業(yè)冷卻地源已有多年歷史。近年，國內(nèi)有用海水作熱泵地源的研究，但海水地源熱泵技術(shù)的實(shí)用化尚待時(shí)日。陸地上的地表水，即江、河、湖、水庫水比海水和地下水礦化度低，但含泥沙等固體顆粒物、膠質(zhì)懸浮物及藻類等有機(jī)物較多，含砂量和渾濁度較高，須經(jīng)必要處理方可作熱泵地源。

地下水是指埋藏和運(yùn)移在地表以下含水層中的的水體。地下水分布廣泛，水質(zhì)比地表水好，水溫隨氣候變化比地表水小，是地源*空調(diào)可以利用的較為理想的地源。

三、水量與地源的選擇

水量是影響地源熱泵系統(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，所選擇的地源水量應(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。 就某項(xiàng)具體工程而言，應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)，判斷是否具備可利用的地源。不同工程的場地環(huán)境和水文地質(zhì)條件千差萬別，可利用的地源各不相同，應(yīng)因地制宜地選擇適用地源。當(dāng)有不同地源可供選擇時(shí)，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，擇優(yōu)確定。

地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

節(jié)能：埋管式地源熱泵系統(tǒng)不燃油、不燃?xì)?、不燃煤。土壤源是取之不盡、用之不完的可再生能源，能效比可高達(dá)1:4以上。

綠色環(huán)保：埋管式地源熱泵系統(tǒng)，不破壞地下水資源、低噪音，又不排放廢氣和廢棄物，對空氣不造成熱污染，具備*的良好環(huán)保品質(zhì)。

節(jié)省投資：地源熱泵投資一套設(shè)備，服務(wù)兩個(gè)季節(jié)。傳統(tǒng)的*空調(diào)制冷和供暖，一般是由兩套系統(tǒng)分別完成，而每個(gè)系統(tǒng)的使用率不足半年，設(shè)備利用率低，埋管式地源熱泵系統(tǒng)則“一機(jī)兩用”，既可夏季制冷，又可冬季供暖，節(jié)省了投資。

節(jié)約費(fèi)用：采用埋管式地源熱泵系統(tǒng)可大量降低運(yùn)行費(fèi)用，比其它系統(tǒng)的*空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用降低30%~100％以上。

節(jié)約用水：埋管式地源熱泵的水系統(tǒng)采用全封閉循環(huán)，借助于地下土壤源的溫度場取冷或散熱。因此不蒸發(fā)、不補(bǔ)水、循環(huán)往復(fù)，是節(jié)水型的*空調(diào)。

靈活控制：埋管式地源熱泵系統(tǒng)以人為本，根據(jù)需要靈活控制，開關(guān)由己，冷暖自如，溫馨舒適，分戶計(jì)量。

健康舒適：埋管式地源熱泵系統(tǒng)，不用冷卻塔，從根本上杜絕了軍團(tuán)菌的滋生，保障了人們的身心健康。

性能可靠：埋管式地源熱泵系統(tǒng)，其主機(jī)及系統(tǒng)匹配科學(xué)、合理；選用世界ming牌產(chǎn)品，高強(qiáng)度、高密度的聚氯乙烯管材也選進(jìn)口原料生產(chǎn)，則使用壽命可長達(dá)五十年。經(jīng)主機(jī)、系統(tǒng)、末端的優(yōu)化組合、科學(xué)配置，則系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，便于操作。

安全實(shí)用：埋管式地源熱泵系統(tǒng)無易燃易爆隱患，系統(tǒng)自動化程度高，能實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量、關(guān)鍵部位的多參數(shù)自動調(diào)節(jié)，且安全性能良好。

建筑整體美觀：埋管式地源熱泵不用冷卻塔，沒有室外機(jī)和室外掛機(jī)，不用鍋爐房，減少占地和建筑面積。

地源熱泵系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

屬可再生能源利用技術(shù)

地源熱泵是利用了地球表面淺層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能（Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。

屬經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)

地能或地表淺層地?zé)豳Y源的溫度一年四季相對穩(wěn)定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源，這種溫度特性使得地源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率要高40%，因此要節(jié)能和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用40%左右。另外，地能溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可*、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的性和經(jīng)濟(jì)性。

據(jù)美國環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好的地源熱泵，平均來說可以節(jié)約用戶30～40%的供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

環(huán)境效益顯著

地源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40%以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70%以上，如果結(jié)合其它節(jié)能措施節(jié)能減排會更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25%的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。該裝置的運(yùn)行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。

一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣

地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。

此外，機(jī)組使用壽命長，均在15年以上；機(jī)組緊湊、節(jié)省空間；維護(hù)費(fèi)用低；自動控制程度高，可無人值守。

當(dāng)然，象任何事物一樣，地源熱泵也不是十全十美的，如其應(yīng)用會受到不同地區(qū)、不同用戶及國家能源政策、燃料價(jià)格的影響；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會隨著用戶的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，會受到當(dāng)?shù)氐叵滤Y源的制約，實(shí)際上地源熱泵并不需要開采地下水，所使用的地下水可全部回灌，不會對水質(zhì)產(chǎn)生污染。

地源熱泵的應(yīng)用歷史和國外發(fā)展情況

地源熱泵的歷史可以追朔到1912年瑞士的一個(gè)，歐洲ming一臺熱泵機(jī)組是在1938年間制造的。它以河水低溫?zé)嵩?，向市政廳供熱，輸出的熱水溫度可達(dá)60oC。在冬季采用熱泵作為采暖需要，在夏季也能用來制冷。1973年能源危機(jī)的推動，使熱泵的發(fā)展形成了一個(gè)高潮。目前，歐洲的熱泵理論與技術(shù)均已高度發(fā)達(dá)，這種“一舉兩得”并且環(huán)保的設(shè)備在法、德、日、美等發(fā)達(dá)國家業(yè)已廣泛使用。如美國，截止1985年全國共有14,000臺地源熱泵，而1997年就安裝了45，000臺，到目前為止已安裝了400，000臺，而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長。1998年美國商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)總保有量的19%，其中有新建筑中占30%。美國地源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國能源部、環(huán)保署、愛迪遜電力研究所及眾多地源熱泵廠家組成的美國地源熱泵協(xié)會，該協(xié)會在近年中將投入一億美元從事開發(fā)、研究和推廣工作。美國計(jì)劃到2001年達(dá)到每年安裝40萬臺地源熱泵的目標(biāo)，屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬噸，相當(dāng)于減少50萬輛汽車的污染物排放或種植樹1百萬英畝，年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)4.2億美元，此后，每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加1.7億美元。

與美國的地源熱泵發(fā)展有所不同，中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、德國等國家主要利用淺層地?zé)豳Y源，地下土壤埋盤管（埋深<400米深）的地源熱泵，用于室內(nèi)地板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì)，為家用的供熱裝置中，地源熱泵所占比例，瑞士為96%，奧地利為38%，丹麥為27%。

熱泵工作原理 

地源熱泵做為熱泵的一種形式它的工作原理和其他熱泵形式并沒有本質(zhì)區(qū)別，熱泵的工作原理如下：

作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫流向低溫。但人們可以創(chuàng)造機(jī)器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱

量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量提升裝置，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，提高溫位進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。