地表水源热泵系统应用难点及解决方式

地表水源热泵是将江河水、湖泊水作为热泵系统的低温热源，冬天从地表水中取热向建筑物供暖，夏季以地表水源作为冷却水向建筑物供冷的能源系统。如果建筑物附近有可利用的海、河流、湖泊或水池等水体，地表水源热泵系统有可能是具有节能优点而又经济的系统，这也是地表水源热泵系统会获得很多青睐的原因。

与传统供暖空调方式比较，地表水源热泵系统有着明显的优势。

1、和空气相比, 水的热容量大, 是比较理想的传热介质。如果可以比较容易地取得大量温度稳定的水, 水作为热源是非常理想的。

2、地表水源热泵技术是一种清洁的可再生能源技术。地表水的温度是来自于地球表面所吸收的太阳能, 理论上地表水体中的热量是取之不竭的。

3、地表水体的温度比空气稳定, 可以提高机组的效率。因为水的热容大, 所以地表水体的温度变化一般比气温变化慢, 夏季温度比空气低, 冬季温度比空气高。据估算, 夏季空调工况下每降低冷却水进水1℃大约能提高机组 3%的效率。据美国环保署( EPA)估计, 设计安装良好的水源热泵, 平均来说可以节约用户 30%～40%的供热制冷空调的运行费用。

4、冬季供暖时, 没有污染排放。

5、冬季应用地表水源热泵不存在结霜危险。避免了空气源热泵冬季运行时结霜的问题。

6、可以实现供热、供冷、供热水同时进行,大限度地利用了能量, 提高了能源的利用率。

但同时地表水源热泵在实现时也存在着一些问题，主要难点在于地表水的水质。依照我国《地表水环境质量标准》，依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：Ⅰ类，主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类，主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类，主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类，主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的用水区；Ⅴ类，主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。据我国机构统计我国Ⅲ类及劣于Ⅲ类水质的断面比例为77%，即便是Ⅰ、Ⅱ类水体中也含有一定量杂质，影响水源热泵系统的使用。

通过对地表水源热泵系统应用进行认真分析，从不同地表水源应用方式中找出成熟可靠的系统解决方案，对于地表水源热泵系统的应用推广、节能环保有着重要的意义。

地表水源热泵根据利用地表水方式的不同，地表水源热泵系统可以分为闭式系统与开式系统：

1、闭式系统是通过地表水与沉入水体中的多组盘管换热器之间发生热量交换来实现循环介质(通常为水或以水为主要成分的防冻剂)与地表水体的热量传递。闭式系统需要将多组盘管换热器下到地表水体中，成本投入大，对换热器在水中放置深度也有严格要求，同时针对航道影响受国家法规限制。闭式系统大的优势在于将地表水与管路内的循环水相隔离，保证了管路系统不受地表水水质的影响，防止了管路的阻塞。但是由于地表水体存在杂质，水中的换热器换热效率仍要受水质影响，并且当水体中含有杂质较多时，位于水底的换热器外部可能结垢，进一步影响传热效果。同时，当水体较浅时，水温受室外大气温度的影响比较大，这将引起机组效率与输出功率的变化，当冬季极端气候,换热器内循环介质的温度会明显降低,如没有防冻措施或辅助热源，会直接影响空调系统正常工作。另外，换热器处于公共水体中易受腐蚀和破坏，维护维修困难且成本极高。

2、开式系统是指用水泵直接抽取地表水，在热泵机组的蒸发器（冷凝器）或中间换热器中换热后再排入水体的系统，开式系统又依据与水源水换热时是否加入中间换热器分为直接式系统和间接式系统；目前在国内外，地表水源热泵系统为实用成熟的技术是间接式系统技术。

直接式系统不使用中间换热装置，地表水直接进热泵机组换热，但是直接式系统应用存在着很多难于克服的难题。直接式系统即便是使用水质较好地表水，在进入热泵机组换热起前仍需要经过除沙等一系列简单水处理，这些水处理设备本身也存在着堵塞和故障问题，从而影响系统整体安全性，同时水处理设备的造价与换热器造价相差不多，没有任何成本优势，甚至于付出了更大的成本。经过前置简单水处理的地表水不同于纯净水，其中仍然存在着杂质，因其污垢系数的影响在机组内的换热效率远低于纯净水换热效率，如果使用水量较大时，仍然存在着热泵机组换热部分的挂垢问题，严重时会造成堵塞和热泵机组损坏，造成系统机组效率逐渐降低、运行费用逐渐攀升，更使系统面临安全性与稳定性考验。

客户在供暖、空调选型过程中应重视稳定性与系统效率的结合，单纯追求效率而不关注系统的整体运行性能，只会带来更大的损失，造成投资项目失败。由于目前直接式系统的前置过滤水处理可能会对地表水造成一定程度的破坏和污染，受到国家政策限制。

间接式系统同样具备闭式系统的优势，避免了直接式系统的问题，通过中间换热器，使地表水不与热泵机组直接接触，从而解决了地表水水质对热泵机组的影响，保证了地表水源热泵系统的稳定性与安全性。同时，间接式系统也规避了闭式系统水体中放置换热器的一系列弊端。间接式系统的技术难题主要集中于地表水质对中间换热器的影响上。传统采用前置水处理设备加板式换热器或壳管式换热器的方式，一方面因增加了前置水处理装置而增加了系统成本，前置水处理装置的堵塞和故障，也都会影响到系统安全性；另一方面处理后的地表水中仍含有悬浮物等大量杂质，会使换热器挂垢堵塞，从而影响系统的安全性。