地表水空調是以地表水為熱源的可進行制冷制熱循環的一種熱泵型整體式空調裝置,它在制熱時以地表水作為熱源而在制冷時以地表水作為排熱源。以水作為熱源的優點是:水的質量熱容大,傳熱性能好,傳遞一定熱量所需的水量較少,換熱器的尺寸可較小。所以在易于獲得溫度較為穩定大量水源的地方,水是理想的熱源。江河湖海的地表水在一年內溫度變化較小,都可作為冷熱源。
地表水溫度一年四季相對穩定,冬季比環境空氣溫度高,夏季比環境空氣溫度低,是很好的熱泵熱源和空調冷源,大大提高了一次能源的利用率。地表水空調制冷、制熱系數一般可達3.5~4.4,與傳統的空氣源熱泵相比,要高出40%左右。鍋爐供熱只能將90%以上的電能或70%~90%的燃料內能轉化為熱量供用戶使用,因此水空調要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能,比燃料鍋爐節省1/2以上的能量;其運行費用比普通中央空調能節省40%左右。
總的來講,地表水空調系統主要具有以下技術優越性:
(1)地表水空調是利用了地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源,進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體包括河流、湖泊以及海洋等。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器,收集了47%的太陽輻射能量,比人類每年利用能量的S00倍還多,而且是一個巨大的動態能量平衡系統,地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散的相對的均衡。這使得利用儲存于其中的近乎無限的太陽能或地能成為可能。所以說,地表水空調是一種利用清潔的可再生能源的技術。
(2)地表水溫空調機組冬季可利用的水體溫度比環境空氣溫度高,所以熱泵循環的蒸發溫度提高,能效比也提高。而夏季水體比環境空氣溫度低,所以制冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風冷式和冷卻塔式,機組效率提高。據美國環保署(EPA)估計,設計安裝良好的水空調,平均來說可以節約用戶30%~40%的供熱制冷空調的運行費用。

(3)水體的溫度一年四季相對穩定,其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。是很好的熱泵熱源和空調冷源,水體溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、更穩定。而且整個系統的維護費用也較鍋爐制冷機系統大大減少,保證了系統的高效性和經濟性。
(4)不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
(5)水空調使用的是電能,電能本身為一種清潔的能源,所以節能的設備本身的污染就小。設計良好的地表水空調機組的電力消耗,與空氣源熱泵相比,相當于減少30%以上,與電供暖相比,相當于減少70%以上。
(6)地表水空調系統可實現對建筑物的供熱和制冷,還可供生活熱水,一機多用。一套系統可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統。系統緊湊,省去了鍋爐房和冷卻塔,節省建筑空間,也有利于建筑的美觀。
當然,象任何事物一樣,地表水空調也不是十全十美的,主要存在著以下缺點:
(1)受可利用的水源條件及氣候條件的影響較大。地表水空調理論上可以利用一切的地表水資源,其實在實際工程中,不同的水資源利用的成本差異是相當大的。所以在不同的地區是否有合適的水源成為地表水空調應用的一個關鍵。目前的水空調利用方式中,閉式系統一般成本較高。而開式系統,能否尋找到合適的水源就成為使用水空調的限制條件。對開式系統,水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。而且一定的地表水體能夠承擔的冷熱負荷與其面積、深度和溫度等多種因素有關,因此需要根據具體情況進行計算。
(2)用水作為熱源時存在一些問題:那就是水系統比較復雜,又需要消耗水泵的功率,如水質硬度較大,還會造成換熱器表面結垢,使設備的傳熱性能下降,如水中含氯離子量大,還會造成設備的腐蝕。
(3)制冷量較大(10kW以上)的水空調機組由于機組內壓縮機的功率較大,因而機組噪聲較大,所以在設計和安裝時要考慮一些降低噪聲的措施。
(4)其應用還會受到投資經濟性的限制。由于受到不同地區、不同用戶及國家能源政策、燃料價格的影響,水源基本條件不同,一次性投資及運行費用會隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來說,地表水空調的運行效率較高、費用較低。但與傳統的空調制冷取暖方式相比,在不同地區不同需求的條件下,地表水空調的投資經濟性會有所不同。
二、地表水空調的適用范圍
制約地表水空調應用的障礙主要是初投資可能較高,以及國家、建筑設計人員和公眾對這一技術缺乏了解。根據國外的經驗,由于水空調運行費用低,增加的初投資一般可在3~7年內收回,水空調系統在整個服務周期內的平均費用將低于傳統的空調系統。水空調供暖空調一體化,替代了傳統的鍋爐加空調兩套裝置系統,節省初投資及占地和運行費用,對既需要供暖又需要空調的場所,通過綜合的經濟性分析比較,認為水空調在目前能源價格下有較強的經濟競爭性。因此,如果空調建筑物附近有可利用的地表水源,利用地表水作為空調冷熱源的熱泵系統可能是既節能又經濟的空調系統。
地表水空調的適用性與地區的地表水量、水溫、水質以及室外氣候條件有關,水空調機組工況參數的確定以及性能的適用性,直接關系到水空調系統的正常運行和能量消耗。地表水空調系統是以節能和經濟性為目的來考慮的。因此,它的適用范圍是:
(1)最適用于夏季炎熱,冬季不太冷又需供暖的地區。
(2)適用于建筑規模較大,而且建筑物附近有可利用的江、河、海、湖、水池或人工湖等地表水源,冬季水源不會結冰。
(3)還可適用于舊建筑改造工程。
河北省任丘市喜來樂水空調廠(http://www.xllskt.com)是從事于節能環保產品研發的專業水空調廠家,目前主要產品有商用水空調、掛式水空調、大型水空調、冷暖水空調、等制冷制熱產品,對水空調制冷制熱系統的開發、設計、安裝及售后服務,均有著成熟的經驗和優秀的服務標準。