水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用VIP

1、水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用當(dāng)今社會(huì)環(huán)境污染和能源危機(jī)嚴(yán)重地威脅著人類地生存與發(fā)展，如何理解這一問題已成為全人類的頭等課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為特征的綠色建筑和與之相應(yīng)地空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的中央空調(diào)系統(tǒng)之一。水源熱泵具有節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。目前，國內(nèi)已有多家水源熱泵的專業(yè)生產(chǎn)廠，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)展。水源熱泵技術(shù)可利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太陽能和地?zé)崮芏纬傻氐蜏氐臀粺崮苜Y源，并采用熱泵原理，即通過少量的高位熱能的輸入，把不能直接利用的低位熱能轉(zhuǎn)化為可以利用的高位能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能的目的。在國外，水源熱

2、泵技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟；而在我國，對(duì)于水源熱泵技術(shù)的研究才剛剛起步，同國外相比，還存在著差距。1 、水源熱泵的特點(diǎn)空調(diào)熱泵按其熱源來分可分為空氣源熱泵和水源熱泵。1.1 空氣源熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)從熱泵技術(shù)被引入中國后，空氣源熱泵機(jī)組在我國一直有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用?？諝庠礋岜孟到y(tǒng)簡單，初投資較低?？諝庠礋岜秒m然較之以前的冷水機(jī)組有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)也日益暴露出來：1.1.1 空氣源熱泵體型較大，占地面積大1.1.2 噪聲較高1.1.3 需要定期除霜在供熱工況下空氣源熱泵的蒸發(fā)器上會(huì)結(jié)霜，需要定期除霜，這也消耗大量的能量，特別是在寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)，熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙。1.1.4 受室外

3、環(huán)境制約這是空氣源熱泵的主要缺點(diǎn)。在遇到夏季高溫和冬季寒冷的天氣時(shí)熱泵的效率大大降低，而且制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，制冷量隨室外溫度升高而降低，這與建筑熱負(fù)荷需求趨勢(shì)正好相反1.2 水源熱泵的特點(diǎn)水源熱泵基本上克服了空氣源熱泵的上述缺點(diǎn)，并且具有如下的特點(diǎn)：1.2.1 屬于可再生能源利用技術(shù)水源熱泵是具備了利用地球水體所儲(chǔ)藏的太陽能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個(gè)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500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量）

4、，而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散地相對(duì)地均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中地近乎無限地太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術(shù)。1.2.2 便于計(jì)量和收費(fèi)空調(diào)用電負(fù)荷在用戶位置，因此便于空調(diào)的計(jì)量與收費(fèi)。這對(duì)于用戶合理使用空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗，公平、公正、公開地?cái)偱煽照{(diào)運(yùn)行管理是很有利的。1.2.3 運(yùn)行安全可靠水源熱泵機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)是可以基本保證全年按用戶的需要開啟空調(diào)系統(tǒng)，特別是春秋空調(diào)過渡季節(jié)均能運(yùn)行，也就相當(dāng)于四管制空調(diào)系統(tǒng)。一般，水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。夏季水體

5、作為空調(diào)的冷源，冬季作為空調(diào)的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問題。1.2.4 高效節(jié)能水源熱泵機(jī)組可利用的環(huán)境水體溫度冬季為1222，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為1835，水體溫度比環(huán)境溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，機(jī)組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計(jì)，設(shè)計(jì)安裝良好地水源熱泵，利用江河湖水等，供熱制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用可3040。1.2.5 靈活應(yīng)用有的建筑物內(nèi)，特別在過渡季節(jié)，部分區(qū)域需要供冷，部分區(qū)域需要供熱，水源熱泵可以同時(shí)供冷和供熱，可以實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)

6、冷熱量的轉(zhuǎn)移和平衡，從而系統(tǒng)少用能源。1.2.6 節(jié)約投資水源熱泵系統(tǒng)不需設(shè)冷凍機(jī)房，不設(shè)大的通風(fēng)管道，不設(shè)大的鍋爐房和沒有冷凍水系統(tǒng)，安裝和投資費(fèi)用大大減少。1.2.7 環(huán)境效益顯著水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時(shí)，消耗的是一次能源，其所產(chǎn)生的污染物和二氧化碳等氣體會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響。所以節(jié)能實(shí)際上也是減少了污染。2、水源熱泵系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，需要從多方面來分析這一工程的特點(diǎn)。2.1 水源熱泵系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)的特點(diǎn)水源熱泵的管路設(shè)計(jì)相對(duì)于空氣源熱泵來說，具有明顯的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：2.1.1 水管不需要保溫空氣源熱泵

7、機(jī)組夏季輸送的是冷凍水，冬季輸送的是熱水，因此，管路系統(tǒng)必須保溫，而水源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)，夏季管內(nèi)冷卻水供回水設(shè)計(jì)溫度30c35C,冬季供熱水溫度僅為16c21C,因此，水管路系統(tǒng)可以不保溫，管路系統(tǒng)的初投資與維護(hù)費(fèi)用降低。2.1.2 開、閉式兩種形式的轉(zhuǎn)換水源熱泵系統(tǒng)通常由開式（夏季）和閉式（冬季）一套管路兩種形式，季節(jié)轉(zhuǎn)換，即開、閉式系統(tǒng)形式的轉(zhuǎn)換。1.1.1 ）夏季利用開式的原因，開式冷卻塔遠(yuǎn)比閉式冷卻塔便宜，如采用板式換熱器，則多了一套水循環(huán)系統(tǒng)。另外，往板式換熱器的冷卻水往往達(dá)不到熱泵機(jī)組進(jìn)、出水設(shè)計(jì)溫度的要求。但是閉式冷卻塔可以保證水質(zhì)不受污染，所以采用開式冷卻塔時(shí)要注意水的除垢問題

8、。1.1.2 ）季節(jié)轉(zhuǎn)換，可通過管路系統(tǒng)中合理設(shè)置的閥門進(jìn)行切換。2.1.3 重力作用的影響閉式系統(tǒng)的水力計(jì)算中，與各用戶所在的標(biāo)高關(guān)系不太大；而開式系統(tǒng)中與用戶的標(biāo)高關(guān)系密切，即必須考慮高差產(chǎn)生的重力作用，這個(gè)作用壓力，對(duì)標(biāo)高低的用戶有利，而對(duì)標(biāo)高高的用戶不利。為解決重力作用產(chǎn)生的上下用戶的水力不平衡的問題，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將每一層作為一個(gè)獨(dú)立的水系統(tǒng)分支，每層支管上應(yīng)設(shè)一個(gè)平衡閥（或流量調(diào)節(jié)閥）。2.1.4 管徑的確定水系統(tǒng)管路各管段管徑的確定，在水力計(jì)算中，應(yīng)按夏季工況考慮，（指長江流域等冬冷夏熱地區(qū)）因?yàn)橄募镜乃髁窟h(yuǎn)大于冬季工況。應(yīng)計(jì)算出合理的管徑，這樣即可以避免管材的浪費(fèi)，又可以使初投資

9、降低，節(jié)約資金。2.1.5 同程式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，水環(huán)路盡可能地采用同程式系統(tǒng)，這樣初投資費(fèi)用雖然有所增加，但有利于保持環(huán)路的阻力平衡，這樣空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果更加良好。2.1.6 必要的接管組合水源熱泵需要一些特殊的接管組合，以保證機(jī)組的正常工作。常見的有手動(dòng)控制流量球閥接管組合，手動(dòng)文丘里平衡閥組合和自動(dòng)流量接管組合。其中手動(dòng)文丘里平衡閥組合是在手動(dòng)球閥組合的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)用來測(cè)流量的文丘里接頭；自動(dòng)流量接管組合增加了自動(dòng)流量控制閥，從而可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證流量。2.2水源熱泵系統(tǒng)中的構(gòu)件布置水泵一般布置于輔助設(shè)備（如冷卻塔、鍋爐等）和水源熱泵機(jī)組之間，這樣布置可使機(jī)組的供水管處于水泵的壓水段，

10、而補(bǔ)給水管處于水泵的吸水段。水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理見示意圖，圖中可反映系統(tǒng)構(gòu)件（如水過濾器、膨脹水箱、空氣分離器等）典型布置。如需要設(shè)置蓄水箱應(yīng)將其置于水源熱泵機(jī)組水流下方，這樣，鍋爐可根據(jù)需要快速向系統(tǒng)補(bǔ)水。從下圖可以在總體上了解水環(huán)路的連接應(yīng)注意的事項(xiàng)。其中，不同位置的閥門的作用應(yīng)特別注意（如季節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)的開啟或關(guān)閉）。水源熱泵系統(tǒng)中，水管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工非常重要。一般來說，系統(tǒng)配件管路的造價(jià)在整個(gè)系統(tǒng)總造價(jià)中所占比例很大，因此需盡可能合理地布置管道。其中：水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)示意圖1空氣源熱泵機(jī)組2輔助熱源臥式循環(huán)水泵3單項(xiàng)閥4除垢儀5Y型水過濾器6可曲撓接頭7開式膨脹水箱8冷卻塔9系統(tǒng)臥式循

11、環(huán)水泵10板式換熱器11水源熱泵機(jī)組12平衡閥3水源熱泵的輔助熱源問題在冬季，水源熱泵機(jī)組不能完全承擔(dān)室內(nèi)熱負(fù)荷，需要使用輔助熱源。目前，使用的輔助熱源有多種形式，其中有：電加熱（通常采用蓄熱式）系統(tǒng)；蒸汽或熱水加熱系統(tǒng)；空氣源熱泵系統(tǒng)等。3.1 電加熱（即蓄熱）系統(tǒng)在空調(diào)工程中應(yīng)用蓄熱技術(shù)的主要前提是該地區(qū)實(shí)行電力低谷高峰期電價(jià)差。目前，在我國的某些地區(qū)，存在著用電結(jié)構(gòu)矛盾并有不斷加大（一方面存在著嚴(yán)重地高峰電力不足，另一方面存在著峰谷差過大等問題）的趨勢(shì)，自然資源大量浪費(fèi)的惡性循環(huán)的現(xiàn)象，這就為蓄熱技術(shù)的應(yīng)用提供了條件。電加熱系統(tǒng)作為輔助熱源的優(yōu)缺點(diǎn)：3.1.1 優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)較簡單，水溫容易控

12、制，操作較簡單。3.1.2 缺點(diǎn)熱水蓄熱裝置及配套設(shè)置占用建筑空間且初投資大。3.2 空氣源熱泵系統(tǒng)空氣源熱泵系統(tǒng)作為輔助熱源的優(yōu)缺點(diǎn)：3.2.1 優(yōu)點(diǎn)1 ）在冬季運(yùn)行的情況下，其熱效率高于電加熱（熱泵的供熱系數(shù)大于1.0）。2 ）由于要求供水的溫度（21）遠(yuǎn)低于熱泵常規(guī)的設(shè)計(jì)供水溫度，實(shí)際供熱量要比額定供熱量大，選機(jī)組容量時(shí)可考慮這個(gè)因素。3 ）可作為夏季空調(diào)高峰時(shí)的備用冷源。3.2.2 缺點(diǎn)1 ）初投資較大2 )冬季供熱的水溫長期處于較低的情況，可能對(duì)機(jī)組的使用壽命有影響3 )常采用間接換熱器的方式(如示意圖)，所以又增加了一套水系統(tǒng)。4 .2.3空氣源熱泵系統(tǒng)作為輔助熱源的適用場(chǎng)合1 )

13、我國長江流域地區(qū)2 )無蒸汽或熱水等熱源的空調(diào)建筑物3 )沒有其它低品味的或廉價(jià)的熱能4 )沒有分時(shí)電價(jià)或雖有分時(shí)電價(jià)，但經(jīng)計(jì)算采用電熱蓄熱水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上當(dāng)不合算的場(chǎng)合。5 .3蒸汽加熱或熱水加熱系統(tǒng)蒸汽加熱或熱水系統(tǒng)作為輔助熱源的前提是建筑物附近有鍋爐房等熱源。特點(diǎn)是：系統(tǒng)簡單；運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)；常采用換熱器。在具備此條件的情況下，盡可能采用此輔助熱源。4、水源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的其它問題6 .1噪聲控制問題由于機(jī)組的噪聲源除風(fēng)機(jī)之外，還有制冷壓縮機(jī)的噪聲，所以噪聲一般很大。此外，不適當(dāng)?shù)乃?、回風(fēng)管路設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生噪聲問題。分體式機(jī)組就是把機(jī)組分為內(nèi)機(jī)和外機(jī)兩部分。內(nèi)、外機(jī)有工質(zhì)管道連接；內(nèi)機(jī)

14、由風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器(夏季工況)組成，外機(jī)由壓縮機(jī)和冷凝器(夏季工況)組成。選用分體式機(jī)組時(shí)，內(nèi)機(jī)置于空調(diào)房間內(nèi)，外機(jī)置于空調(diào)房間外的走道、過道等位置的吊頂內(nèi)，這樣空調(diào)房間的噪聲可以大大下降。采用整體式時(shí)，應(yīng)把機(jī)組吊裝在衛(wèi)生間或廚房內(nèi)。水源熱泵的噪聲問題是一個(gè)重要的問題，在設(shè)計(jì)和安裝過程中一定要加以認(rèn)真考慮并按要求施工。7 .2機(jī)組的安裝問題水源熱泵的安裝也是較重要的問題之一，很多水源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生問題都是和不當(dāng)安裝相關(guān)的。水源熱泵機(jī)組在許多情況下是采用吊裝的型式。與常規(guī)的空調(diào)機(jī)組相比，在相同的冷熱負(fù)荷條件下，整體式水源熱泵機(jī)組的外形尺寸大，尤其是機(jī)組的高度較高，安裝在吊頂內(nèi)的機(jī)組，必須考慮此因素。此外機(jī)組的重量較重，整體式機(jī)組的重心也不