空气源与水源热泵对比分析

空气源热泵与水源热泵比较一、概述：在我国主要利用三种热泵技术，分别是水源热泵，地源热泵，以及空 气源热泵。热泵即可制冷，又可制热。制冷时，其工作原理跟一般的冷气机没有 区别；制热时，利用制冷循环系统的热端，将冷凝器排出的热量送入室内 采暖或加热生活用水。这时，热泵的运行过程看起来就像是把低温端的热 量，源源不断地抽送到高温端一样，所以形象地称之为热泵。如果热泵的 冷端（蒸发器）直接置于室外的空气之中，称之为空气源热泵；如果其冷 端（蒸发器）通过管道埋植于水中，则称之为水源热泵。二、水源热泵2.1 优点：2.1.1 水源热泵技术属可再生能源利用技术2.1.2 水源热泵属经济有效的节能技术2.1.3 水源热泵环境效益显著2.1.4 水源热泵一机多用，应用范围广2.1.5 水源热泵空调系统维护费用低2.1.6 水源热泵高效节能。水源热泵是目前空调系统中能效比 （ COP 值） 最高的制冷、制热方式，理论计算可达到 7（空气源热泵理论值为 2-6）， 实际运行46。2.2 水源热泵的应用限制2.2.1 利用会受到制约；2.2.2 可利用的水源条件限制， 对开式系统，地源要求必须满足一定的温度、 水量和清洁度；2.2.3 水层的地理结构的限制， 对于从地下抽水回灌的使用， 必须考虑到使 用地的地质的结构，保证用后尾水的回灌可以实现；2.2.4 投资的经济性，由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料 价格的影响，虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低，但与 传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵 的投资经济性会有所不同；2.3 水源热泵目前的市场状况： 水源热泵目前主要应用在北方冬季寒冷的地区，而在广阔的南方很少 见到身影。主要原因：南方主要以空气源热泵为主，冬天对空调制热的依赖不如 北方明显，主要用来洗澡，所以空气源热泵基本能满足需要，并且工程相 对简单，造价成本要低。所以这类产品有较大的局限性，所以必须要走产 品的差异化道路，来做好产品的推广！三、污水源热泵：3.1 简介：污水源热泵是水源热泵的一种。众所周知，水源热泵的优点是水 的热容量大，设备传热性能好，所以换热设备较紧凑；水温的变化较室外 空气温度的变化要小，因而污水源热泵的运行工况比空气源热泵的运行工 况要稳定。处理后的污水是一种优良的引入注目的低温余热源，是水 / 水热 泵或水/ 空气热泵的理想低温热源。3.2 污水源热泵的形式污水源热泵形式繁多，根据热泵是否直接从污水中取热量，可分为直 接式和间接式两种。所谓的间接式污水源热泵是指热泵低位热源环路与污水热量抽取环路 之间设有中间换热器或热泵低位热源环路通过水 / 污水浸没式换热器在污 水池中直接吸取污水中的热量。而直接式污水源是城市污水可以通过热泵 或热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂气化吸取污水中的热量。3.3 污水的特殊性及对污水源热泵的影响 城市污水由生活污水和工业废水组成，它的成分是及其复杂的。所以，污 水源热泵经常会出现下列问题：3.3.1 污水流经管道和设备（换热设备、水泵等）时，在换热表面上易发生 积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中油贴附在换热面上形成油膜、 漂浮物和悬浮固体物等堵塞管道和设备的入口。其最终的结果是出现污水 的流动堵塞和由于热阻的增加恶化传热过程。3.3.2 污水引起管道和设备的腐蚀问题， 尤其是污水中的硫化氢使管道和设 备腐蚀生锈。3.3.3 由于污水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大， 引起污水量的不断 减少，同时传热热阻的不断增大又引起传热系数的不断减小。基于此，污 水源热泵运行稳定性差，其供热量随运行时间延长而衰减。3.3.4 由于污水的流动阻塞和换热量的衰减， 使污水源热泵的运行管理和维 修工作量大，例如，为了改善污水源热泵的运行特性，换热面需要每日水 力冲洗 36 次。3.4 防堵塞与防腐蚀技术措施 防堵塞与防腐问题是污水源热泵空调系统设计、安装和运行中的重要的关 键问题。其问题解决的好与坏，是污水源热泵空调系统成功与否的关键， 通常采用的技术措施归纳为：3.4.1 由于二级出水和中水水质较好， 在可能的条件下， 宜选用二级出水或 中水做污水源热泵的热源和热汇。3.4.2 在设计中， 宜选用便于清污物的淋激式蒸发器和浸没式蒸发器， 污水 / 水换热器宜采用浸没式换热器。经验表明：淋激式蒸发器的布水器的出口 容易被污水中较大的颗粒堵塞，故设计中对布水器要做精心设计。3.4.3 在原生污水源热泵系统中要采取防堵塞的技术措施，通常采用： 在污水进入换热器之前，系统中应设有能自动工作的筛滤器，去除污水 中的浮游性物质。目前常用的筛滤器有自动筛滤器、转动滚筒式筛滤器等。 在系统中的换热器中设置自动清洗装置，去除因溶解于污水中的各种污 染物而沉积在管道内壁的污垢。目前常用胶球型自动清洗装置、刚刷型自 动清洗装置等。 设有加热清洁系统，用外部热源制备热水来加热换热管，去除换热管内 壁污物，其效果十分有效。 在污水源热泵空调系统中，易造成腐蚀的设备主要是换热设备。原生污 水源热泵，宜选用钛质换热器和铝塑传热管。 加强日常功能运行的维护保养工作是不可忽略的防堵塞、防腐蚀的措施四、空气源热泵的优点空气源热泵优点一：适用范围广，适用温度范围在-7 C至40C ,并且一年四季全天候使用。 可连续加热，适合各类团体热水工程使用，可实现无人值守，全自动运 行。空气源热泵优点二 ：运行成本低，节能效果突出，投资回报期短，空气源热泵可节省 70的能 源；与燃气、电和电辅助加热的太阳能热水器相比，是燃气热水器的 1/3 左右、电热水器的 1/4 左右。空气源热泵优点三： 环保型产品，无任何污染，无任何燃烧外排物，不会对人体造成损害，具 有良好的社会效益。空气源热泵优点四： 方便。空气能热泵占地空间很小，外形与空调室外机相似 , 可直接接保温水 箱或与供暖管网连接，适合于大中城市的高层建筑。空气源热泵优点五： 安全性能好，家用中央空调无任何漏电、漏气等安全隐患。空气源热泵优点六： 多组组合安装建立中央热水系统，可把多组相同型号的热泵机组并联使用， 确保整组热水器一体工作，满足热水用量高峰要求，为大量用热水提供了 保证。空气源热泵优点七：使用寿命长、维护费用低，使用寿命长达 15 年以上， 设备性能稳定。运行安全，自动化程度高，该空气能热水器采用间接加热方式，运行安全靠；自动化程度高。六、空气源热泵缺点：1、外观问题。可以说，空气源热泵热水器目前主要的弊病之一是体积硕 大，不适应国情。2、结霜问题。区域性特征明显，对外界环境温度依赖过大，其正常工作环境温度在-5 C至40C之间，故基本适用于中南部使用。3、压缩机易烧坏。目前市面上的热泵热水器普遍采用循环式加热系统，该 系统在高温高压工况下运行，容易使压缩机老化、碳化，加之系统润滑效 果不好，导致压缩机易被烧坏。4、由于空气能是分散能源，制热速度慢，热效率不是很高。七、水源热泵同空气源热泵相比，有许多优点：1、全年温度波动小。冬季温度比空气温度高，夏季比空气温度低，因此水源热泵的制热、制冷系数要高于空气源热泵，一般可高于40%，因此可节能和节省费用 40%左右。2、冬季运行不需要除霜，减少了结霜和除霜的损失。3、水源有较好的蓄能作用。八、热泵在煤矿行业的工艺流程：1、水源热泵的工艺流程： 以矿下生产过程中的矿井水（地热水），作为水源热泵系统的冬季优 质热源，矿井水经板换换热后的循环水，通过热泵站房的循环水泵输送至 热泵机组的蒸发器侧，经热泵机组将低品位的热提升成高品位的热，通过 供热循环水泵输送到用户端。2、空气源热泵的工艺流程：矿井风口处设置喷淋室，让风从下向上吹，加热喷淋室四周喷出水雾， 下置集水池，水泵从集水池里抽取热水供给热泵机组，再由热泵机组提高 水的温度，然后通过循环水泵供给用户冬季采暖。3、对比分析：空气源热泵技术生产约50C的热水，如按平均30C温升，在南方全年 平均耗电为 15度/吨，全年耗电在广西与太阳能 +电加热相差不太多；空气 源热泵如在宾馆等能实现制冷和供热水联供，节能效果就比太阳能热水器 要显著得多（如南宁的沃顿国际大酒店），但在冬季寒冷地区，空气源热 泵会出现结霜（启动不了）。水源（地热水）热泵生产约 50 C热水，如按平均30 C温升，在南方全 年平均耗电为 10 度/ 吨，与空气源热泵相比节能 30%以上，与太阳能 +电加 热相比节能 30%以上；投资比空气源热泵高约 20%，集中供热水投资比太阳 能+电加热少 10%以上。此外，需要有一定的地下场地埋管。空气源热泵夏季效率比地源热泵高，但是此时需热水量少；冬季效率 低，此时需热水量大（与太阳能有相似的弱点）。因此，空气源热泵需要 比地源热泵约增加 20%的配电功率。二、水源热泵水源热泵是目前我国应用较多的热泵形式，它是以水 （包括江、河、湖 泊、地下水，甚至是城市污水等 ） 作为冷热源体，在冬季利用热泵吸收其热 量向建筑供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放，实现对建筑物的供 冷。其工作原理大都是通过外部管道及阀门的切换来实现冬夏工况的转换， 夏季空调供回水走蒸发器，水源水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器， 水源水走蒸发器。水源热泵是利用地球水所储藏的太阳能资源作为冷、热源，进行转换 的空调技术。水源热泵可分为地源热泵和水环热泵。地源热泵包括地下水热泵、地 表水（江、河、湖、海）热泵、土壤源热泵；利用自来水的水源热泵习惯 上被称为水环热泵。水源热泵的原理水源热泵技术的工作原理就是：通过输入少量高品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体中去，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制 冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送 到建筑物中采暖。水源热泵的优点1、高效节能水源热泵是目前空调系统中能效比（COP直）最高的制冷、制热方式，理论计算可达到7,实际运行为46。水源热泵机组可利用的水体温度冬季为 1222 C,水体温度比环境空 气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体温 度为1835 C,水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低， 使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式,从而提高机组运行效率。水源热泵 消耗IkW.h的电量，用户可以得到 4.35.0kW.h的热量或5.46.2kW.h 的冷量。与空气源热泵相比，其运行效率要高出 2060%,运行费用仅为 普通中央空调的 40 60。2、属可再生能源利用技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能 量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体,包括地下水或河流、地表 的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能 集热器,收集了 47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量）,而且是一个巨大的 动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对 的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所 以说,水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。3、节水省地以地表水为冷热源,向其放出热量或吸收热量,不消耗水资源,不会 对其造成污染；省去了锅炉房及附属煤场、储油房、冷却塔等设施,机房 面积大大小于常规空调系统,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。4、环保效益显著水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统,无燃烧 过程,避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔,避免了冷却塔 的噪音、霉菌污染及水耗。所以,水源热泵机组运行无任何污染,无燃烧、 无排烟,不产生废渣、废水、废气和烟尘,不会产生城市热岛效应,对环 境非常友好,是理想的绿色环保产品。5、一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统 可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和 供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而 且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。其 总投资额仅为传统空调系统的 60%，并且安装容易， 安装工作量比传统空调 系统少，安装工期短，更改安装也容易。6、运行稳定可靠，维护方便水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动， 水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统 的高效性和经济性；采用全电脑控制，自动程度高。由于系统简单、机组 部件少，运行稳定，因此维护费用低，使用寿命长。7、符合国家政策，获得政策性支持国家十分重视可再生能源开发利用工作，中华人民共和国可再生能 源法已于 2006年 1月 1日起实施；同时，在国家中长期科学和技术发 展规划纲要中，又把大力发展和规模化应用新能源和可再生能源作为能 源领域的优先发展主题。从国家立法和发展战略的高度，对可再生能源的 发展应用予以强力推动。日前, 国家财政部、建设部发文关于推进可再生能源在建筑中应用的 实施意见以及可再生能源建筑应用专项资金管理暂行办法，明确指 出“十一五”期间，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为25%以上，到 2020 年，可再生能源应用面积占新建建筑面积比例为 50%以上，这为我 国水源热泵的发展提供了良好的环境和强劲的动力。水源热泵的应用限制 :1、可利用的水源条件限制水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的 水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源 成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一 般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的 限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。2、水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保 可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土 壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。3、投资的经济性由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水 源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不 同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空 调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经 济性会有所不同。