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水地源热泵原理图

一、基本原理

  1. 逆卡诺循环
    热泵通过压缩机做功,将热量从低温热源(如土壤、地下水)转移到高温热源(如室内空气)。这一过程与冰箱制冷相反,但目标是通过热交换实现供暖或制冷。

  2. 能量来源

    • 冬季:从地下土壤或水体中提取热量,经热泵提升温度后供给室内供暖。

    • 夏季:将室内热量转移到地下或水体中,实现制冷。


二、系统组成

  1. 地源侧循环(低温热源侧)

    • 地埋管换热器:在地下埋设U型管道,通过水或防冻液循环与土壤交换热量。

    • 地下水/地表水循环:直接抽取地下水或地表水,经换热器传递热量后回灌或排放。

  2. 热泵机组

    • 蒸发器:吸收地源侧热量,蒸发制冷剂。

    • 压缩机:提升制冷剂温度和压力。

    • 冷凝器:释放热量到室内水循环(如地板辐射采暖或风机盘管)。

    • 膨胀阀:调节制冷剂流量,完成循环。

  3. 末端循环(高温热源侧)
    通过水循环将热量输送到室内供暖设备(如地暖、暖气片)或制冷设备(如风机盘管)。


三、核心优势

  1. 高效节能

    • 地下土壤或水体温度常年稳定(10~25℃),相比空气源热泵,COP值(能效比)更高(通常3~5,即1度电产生3~5倍热量)。

    • 制冷/制热效率不受室外气候剧烈波动影响。

  2. 环保性
    减少化石燃料消耗,降低碳排放,适合绿色建筑需求。

  3. 稳定性
    全年供热/制冷效果稳定,无空气源热泵的低温衰减问题。


四、应用形式

  1. 地埋管地源热泵

    • 原理:通过垂直或水平埋管与土壤换热。

    • 优点:不依赖水源,适用性广。

    • 缺点:初装成本高,需足够土地面积。

  2. 地下水地源热泵

    • 原理:抽取地下水,经换热器后回灌。

    • 优点:高效,成本低。

    • 缺点:依赖地下水资源,需审批及回灌措施。

  3. 地表水地源热泵

    • 原理:利用湖泊、河流等地表水换热。

    • 优点:安装简便。

    • 缺点:受水质和水量限制。


五、适用场景与局限

  • 适用

    • 冬夏冷热负荷均衡的地区(如温和气候区)。

    • 学校、医院、办公楼等大型建筑。

    • 长期使用且注重节能性的场所。

  • 局限

    • 初期投资高,需专业设计和施工。

    • 地质条件限制(如岩石层不适合地埋管)。

    • 需定期维护地下水回灌系统。


六、总结

水地源热泵通过高效利用地热能,兼具节能、环保与稳定性,是可持续建筑的重要技术之一。但其应用需综合考虑地理条件、初装成本及长期维护,适合冷热需求平衡且资源允许的场景。


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