水源熱泵在水廠中的應(yīng)用

安德重

【摘要】近些年，水源熱泵在水廠中的應(yīng)用不斷增加，水源熱泵在水廠中的應(yīng)用主要是利用水廠自身充足穩(wěn)定的水資源作為熱泵系統(tǒng)運(yùn)作的低位熱源，水源熱泵在水廠中的應(yīng)用可為水廠周邊地區(qū)提供生活熱水，對于居民生活的熱能供應(yīng)具有重要作用。本文以此為出發(fā)點，首先分析了水源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了水源熱泵的系統(tǒng)特點，包括應(yīng)用優(yōu)點與限制條件；最后概況了水源熱泵在水廠中的應(yīng)用可行性，包括有利條件、熱交換點的合理選擇以及供水廠水溫的影響。

【關(guān)鍵詞】水源熱泵；水廠；可行性

水源熱泵屬于一種利用可再生能源的創(chuàng)新技術(shù)，目前已經(jīng)在建筑節(jié)能多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，目前在我國應(yīng)用發(fā)展也超過了10年歷史。水源熱泵的應(yīng)用需要地理條件與水溫條件均符合要求，可以發(fā)現(xiàn)顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。自來水廠的水資源豐富，為應(yīng)用水源熱泵提供了良好的能源條件，綜合利用和開發(fā)水源熱泵在水廠中的應(yīng)用具有重要實踐應(yīng)用意義和價值。

一、水源熱泵系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

水源熱泵是當(dāng)前供熱與水廠運(yùn)作當(dāng)中的重要基礎(chǔ)部件，該系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括三個方面，即中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)、水源水系統(tǒng)以及末端系統(tǒng)。整個裝置的末端系統(tǒng)作用在于為用戶提供諸多的水處理實踐功能，比如包括循環(huán)水泵、靜電水處理器以及側(cè)水管系統(tǒng)等等，而中央空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成則相對而言具有更高的復(fù)雜性，主要裝置包括壓縮機(jī)、冷凝器、制冷管道配件、蒸發(fā)器以及膨脹閥等等，水源水系統(tǒng)則主要由取水裝置所構(gòu)成，包括水處理設(shè)施、閥門以及取水泵等。具體的工作原理是，在供熱過程中，以基本水源為主，通過水源提取使之流經(jīng)低品位熱能裝置，而后經(jīng)過電能驅(qū)動將水源通過中央泵輸送到高溫?zé)嵩聪到y(tǒng)中，從而實現(xiàn)對水源的加熱以達(dá)到對用戶的供熱標(biāo)準(zhǔn)。而對于有供冷需求的客戶端，該裝置的工作原理則與之相反。在實際應(yīng)用當(dāng)中，制冷的工況實現(xiàn)主要依靠閥門的切換，冷凝器和蒸發(fā)器作用的發(fā)揮能夠分別滿足于制冷和制熱不同工況。

二、水源熱泵系統(tǒng)的特點

（一）優(yōu)點

水源熱泵的一機(jī)多用具有突出優(yōu)勢，可以供暖、供冷提供日常生活所需的熱水，僅此也節(jié)省了安置傳統(tǒng)鍋爐供熱系統(tǒng)的空間，不僅節(jié)省資金和空間，同時水源熱泵也具有壽命長的機(jī)組特點，可使用長達(dá)20-25年以上；與此同時，水源熱泵機(jī)組緊湊，可以有效節(jié)省空間，可以有效降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，自動化控制程度較高。除此之外，水源熱泵系統(tǒng)可以利用熱泵循環(huán)提升環(huán)境空氣溫度，可以有效提升能效比；夏季利用水體溫度與環(huán)境溫度的差值可以有效制冷，效果比風(fēng)冷和冷卻塔系統(tǒng)效果更佳。

（二）限制條件

從水源條件角度分析，水源熱泵在不同的水源環(huán)境下的應(yīng)用資源成本存在差異，因此需要從地區(qū)水源資源狀況判斷能夠使用水源熱泵。目前，閉合系統(tǒng)水源熱泵應(yīng)用成本相對較高，開放式的水源熱泵需要水源溫度、水量和清潔度都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，水源條件一定程度上限制了系統(tǒng)推廣。

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，不同地區(qū)和不同用戶在不同時期的國家政策影響和燃料價格波動影響下都會導(dǎo)致水源條件差異出現(xiàn)；不同的用戶條件會導(dǎo)致投資和運(yùn)行維護(hù)效果存在差異?？傮w分析，不同的地區(qū)需求下，水源熱泵整體投資差異較多，無法保證全面的低成本優(yōu)勢。

三、水源熱泵在水廠中的應(yīng)用可行性分析

（一）有利條件

水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于水廠的最突出有利條件在于水廠的水源穩(wěn)定而充足；水廠水源來自于江河、水庫等大面積的自然水源，水溫條件適宜；冬季可以保證原水水溫高于冰點，夏季水溫可以保持較低水平。由于原水水量充足，因此在水源處理加工過程中可以減少空氣接觸時長，有效保證了水溫的穩(wěn)定，水溫波動較小的情況下利用水源熱泵更加有利和便捷，滿足了水源熱泵系統(tǒng)水溫恒定和環(huán)境穩(wěn)定的要求。

（二）熱交換點的合理選擇

從水廠的加工工藝流程角度分析，水源熱泵應(yīng)該避免從中間環(huán)節(jié)取水，而是應(yīng)該選擇原水入口取水，避免對水體處理產(chǎn)生影響，造成水流量不穩(wěn)定。在原水入口處取水也應(yīng)該避免采取開式系統(tǒng)，需要保持機(jī)組衛(wèi)生，防止雜質(zhì)腐蝕，延長機(jī)組使用壽命。熱交換環(huán)節(jié)如果選擇在清水池中操作可能會由于換熱效率高導(dǎo)致凈水被污染，如果采取閉合系統(tǒng)布置清水池?zé)峤粨Q，也同樣無法避免凈水污染問題。

（三）供水廠水溫的影響

供水廠的整體水量較大，水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于水廠周圍的空調(diào)系統(tǒng)僅能滿足水廠自身及周邊小范圍內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)。如果采用直接電加熱作為機(jī)組運(yùn)行的輔助電源，雖然可以節(jié)約投資，但是整體運(yùn)行費(fèi)用過高。如果采用太陽能熱水系統(tǒng)，雖然節(jié)省了能源費(fèi)用輸出，但是供熱系統(tǒng)本身費(fèi)用較高，低溫陰雨天太陽能供熱無法發(fā)揮作用。水源熱泵系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用需要選擇空氣源熱泵作為輔助熱源。

四、總結(jié)

綜上所述，充分利用水廠的充足、清潔水資源結(jié)合水源熱泵系統(tǒng)是為廠區(qū)及周邊民居提供供熱和供冷以及生活熱水的有效方法，不僅投資費(fèi)用較低，同時運(yùn)行維護(hù)操作簡單，高效便捷，符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展需要。通過研究和分析水源熱泵的原理及過程可以綜合考慮水質(zhì)情況以及水溫情況對機(jī)組工作的影響，全面分析其應(yīng)用可行性以及有待解決的問題，具有重要工程應(yīng)用借鑒和參考價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫天宇，王慶陽，張健，任建興. 水溫水量對水源熱泵制熱性能的影響[J]. 熱力發(fā)電，2014，43（10）：8-11.

[2]李秀辰，母剛，張國琛，孫彩玲，張野，王耀華. 海水源熱泵在養(yǎng)殖水體升溫與廢水余熱回收中的應(yīng)用效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30（03）：142-148.

[3]馬一太，劉春濤，田華，袁秋霞，趙麗. 提高水源熱泵機(jī)組效率的技術(shù)條件分析[J]. 太陽能學(xué)報，2012，33（01）：30-36.

[4]許苗娟，姜媛，謝振華，王新娟. 基于層次分析法的北京市平原區(qū)水源熱泵適宜性分區(qū)研究[J]. 城市地質(zhì)，2009，4（01）：18-21+10.

[5]陳曉，張國強(qiáng)，彭建國，林宣軍，林漢柱. 開式地表水源熱泵在湖南某人工湖的應(yīng)用研究[J]. 制冷學(xué)報，2006，（03）：10-13.