天然水体为现代热泵系统提供了巨大的能源储存潜力。通过有针对性地利用地表水、湖泊和河流进行热量提取和输入，可以为传统供暖解决方案提供可持续的替代方案——但这需要精确的水力和热力学规划，以满足生态和监管要求。.

将热泵的冷却水排放到水体中

在以地表水为热源的热泵系统中，在热量传递后，冷却后的（在加热模式下）或加热后的（在冷却模式下）水会重新注入河流。这种注入在冬季和夏季都带来了工程挑战：

• 冬季（供暖模式）： 热泵从水体中吸取热量。回流的冷却水比水体的环境温度低。必须避免局部过冷和排放点的结冰。.
• 夏季（制冷模式） 多余的热量被排入水体。注入的水比天然水体温度高。热分层和敏感的浅水区过度加热需要进行关键评估。.

在德国，监管机构对水体温度变化（通常为±3 K 相对于自然温度）的限制在设备设计时必须强制遵守。.

热模拟：水体和水体底部升温

为了能够现实地评估冷却水排放的影响，利用数值热模拟。这些模拟模拟了水体和沉积物（水底）中的空间和时间温度分布，并考虑了以下影响因素：

• 水流情况 水流速度、湍流、自然对流和水体分层
• 沉积物中的热传导 水体底部能够储存热量并延缓热量变化——这对于湖泊或池塘等静止水体尤其重要。
• 季节性波动 天然水温的年变化，冬季结冰，夏季温度分层
• 水面传热： 蒸发、辐射和与大气的对流热交换

诸如计算流体动力学（CFD）之类的技术可以及早识别关键的热应力区域，并相应地优化设备。.

入口几何形状的解释

入水点的几何形状对注入的冷却水与周围水体混合的速度和完整性有决定性影响。目的是尽可能均匀地混合，以避免局部极端温度。相关的设计参数有：

• 喷出方向和角度： 引流（顺流原则）促进混合
• 喷嘴几何形状和出口直径： 提高出口速度可以提高动量，从而改善湍流混合。
• 插入深度 潜水层下方或靠近水体底部进行引水，可以利用或绕过热分层效应
• 多路分配 多个较小的排放口而不是一个集中的排放点可以增加与周围水的接触面积

最大体积流量测定以实现最佳混合

导人冷却水的最大允许体积流量取决于混合行为和温度限制的遵守情况。基础是水力混合计算，该计算分析了入口体积流量与可用环境体积流量的比例（稀释比）。.

设计中的主要影响因素是：

• 天然流量或水体水量（河流的最小流量MNQ）
• 入口和水体之间的温差（ΔT）
• 热泵的热功率和能效比（性能系数）
• 水法（WHG、州水法）的官方要求

基于这些参数，可以迭代确定最大体积流量，以确保合规且生态可持续的排放。.

结论：水体作为可持续的热源

将水体用作热泵系统的能源储层，是一项技术成熟且对气候友好的解决方案——前提是规划、模拟和设计经过仔细且符合规定地进行。热模拟与优化的流入几何形状和扎实的流量测量相结合，确保了生态和效率都不会受到影响。.

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