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簡介

水環熱泵空調系統的設計包括空調負荷計算、機組選擇冷卻塔選擇、輔助熱源、蓄熱水箱設計、循環泵選擇和自動控制設計等。水環熱泵系統采取獨立的區域控制和系統的*控制相結合的控制系統，包括熱泵機組控制、循環水系統控制、*控制。水環熱泵空調系統安裝的關鍵是要控制噪聲的傳播，主要注意機組安裝、風管、風口安裝、水管路安裝等各方面。

熱泵與建筑空調

熱泵空調系統的原理及主要特點

1. 熱泵原理 熱泵（制冷機）是通過作功使熱量從溫度低的介質流向溫度高的介質的裝置。熱泵與制冷機的工作原理和過程是*相同的，從熱力學的觀點看都是熱機工作過程的反循環。熱泵與制冷機在名稱上的差別只是反映了在應用的目的上的不同：如果以得到高溫的熱量為主要目的，則一般稱為熱泵，反之則稱為制冷機。

2. 主要特點 建筑的空調系統一般應滿足冬季的供熱和夏季制冷兩種相反的要求。傳統的空調系統通常需分別設置冷源（制冷機）和熱源（鍋爐）。燃煤鍋爐是zui主要的大氣污染源，中小型燃煤鍋爐在城市中已被逐步淘汰；燃油和天然氣的鍋爐雖然減輕了對大氣的污染，但排放的溫室效應氣體（CO2）仍造成環境問題，而且運行費用很高。建筑空調系統由于必須有冷源（制冷機），如果讓它在冬季以熱泵的模式運行，則可以省去鍋爐和鍋爐房，不但節省了很大的初投資，而且全年僅采用電力這種清潔能源，*解決了大氣污染的問題。此外，采用熱泵空調系統還可以兼顧生活熱水供應，特別在制冷（空調）工況下可利用制冷的廢熱加熱熱水，不需額外消耗能量。采用熱泵為建筑物供熱可以大大降低一次能源的消耗。通常我們通過直接燃燒礦物燃料（煤、石油、天然氣）產生熱量，并通過若干個傳熱環節zui終為建筑供熱。在鍋爐和供熱管線沒有熱損失的理想情況下，一次能源利用率（即為建筑物供熱的熱量與燃料發熱量之比）不可能超過*。如果先利用燃燒燃料產生的高溫熱能發電，然后利用電能驅動熱泵從周圍環境中吸收低品位的熱能，適當提高溫度再向建筑供熱，就可以充分利用燃料中的高品位能量，大大降低用于供熱的一次能源消耗。供熱用熱泵的性能系數，即供熱量與消耗的電能之比，現在可達到3~4；火力發電站的效率可達35~58%（高值為燃氣聯合循環電站）。采用燃料發電再用熱泵供熱的方式，在現有*技術條件下一次能源利用率也可以達到200%以上。用電熱設備（例如電暖氣、電鍋爐，電輻射采暖）也可以把電能轉變為熱能，為什么還要用熱泵呢？由于用電阻加熱設備把電能轉化為熱能的性能系數 (COP) 為1，而在火力發電廠中由燃料的化學能轉化為電能總的效率約為32-50%；因此這種電阻加熱方式總的一次能源利用率很低，是不經濟的。

（二）空調熱泵的分類及其優缺點 以建筑物的空調（包括供熱和制冷）為目的的熱泵系統，其一個熱源就是建筑物內部的環境，就其另一個熱源的性質來分，現在常用的有空氣源熱泵、地下水源熱泵和地源熱泵等幾大類。在冬季供熱工況下，室外空氣、水或大地中的低品位熱量通過熱泵做功而提高溫度以對建筑物供熱。

1． 空氣源熱泵 空氣源熱泵利用室外的空氣作為低溫熱源，系統zui為簡單，因而初投資zui省，現有的家用冷暖空調器就是這樣的空氣源熱泵。空氣源熱泵的缺點是室外空氣溫度越低時供熱量越小，特別是當空氣溫度低于 -5℃ 時熱泵就難以正常工作，需要用電或其他輔助熱源對空氣進行加熱，熱泵的效率大大降低。此外，空氣源熱泵的蒸發器上會結霜，需要定期除霜，也損失相當大一部分能量。

2． 地下水源熱泵推廣這種技術有明顯的節能和保護大氣環境的效益，對宣傳和推動熱泵技術在空調中的應用也起到了積極的作用。但是，這種“地下水源熱泵”技術也存在明顯的先天缺陷。首先，這種抽取地下水的辦法需要有豐富的地下水為先決條件，如果地下水位較低，水泵的耗電將大大降低系統的效率。此外，雖然理論上抽取的地下水將回灌到地下水層，但在很多地質條件下回灌的速度大大低于抽水的速度，造成地下水資源的流失。即使能夠把抽取的地下水全部回灌，怎樣保證地下水層不受污染也是一個棘手的課題。水資源是當前zui緊缺、zui寶貴的資源，任何對水資源的浪費或污染都是不可允許的。因此，對大面積推廣這種技術應采取慎重的態度。

3． 地源熱泵 另一種熱泵利用大地作為熱泵系統的熱源的技術，可以稱之為“地源熱泵”，或“地埋管地源熱泵”。由于較深的地層中在未受干擾的情況下常年保持恒定的溫度，遠高于冬季的室外溫度，又低于夏季的室外溫度。因此地源熱泵可克服空氣源熱泵的技術障礙，且效率大大提高。此外，冬季通過熱泵把大地中的熱量升高溫度后對建筑供熱，同時使大地中的溫度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通過熱泵把建筑物中的熱量傳輸給大地，對建筑物降溫，同時在大地中蓄存熱量以供冬季使用。這樣在地源熱泵系統中大地起到了蓄能器的作用，進一步提高了空調系統全年的能源利用效率。據測算，采用地源熱泵供熱時在濟南地區的住宅在一個采暖季節的供熱費用可在10元/m2以下，約為采用電鍋爐或天然氣鍋爐供熱時的費用的1/3。夏季空調的電耗也大大減少。簡要的說，地源熱泵空調系統主要優點是：環保節能，可持續發展；一機多用，節省建筑空間，無需冷卻塔和室外風冷部分，對建筑外觀影響小；運行費用低，快；全年運行，均衡用電負荷。現在在國外得到較為廣泛應用的地源熱泵系統采用介質流經埋在地下的管子與大地（土壤、地層、地下水）進行換熱的模式。地源熱泵（Ground-Source Heat Pump）的概念zui早出現在1912年瑞士的一份文獻中，不受污染給予了高度的重視。在鉆孔、下管以后，再用水泥、膨潤土等材料把井筒密封，杜絕了地面污染物進入地下水層或各地下水層之間互相貫通的可能性。

運行工況與機組選擇

熱泵機組的容量（制冷量或制熱量）取決于機組進風參數、水環路進水溫度、機組水量等參數，在進行機組的選擇或校核時，應首先確定運行工況。機組進風參數（干、濕球溫度）依據設計要求確定，進水溫度應綜合考慮排熱設備與加熱設備的能力與容量大小確定。

冬季運行工況

隨著水溫升高，水環熱泵機組制熱能力增大，輔助熱源容量減小，但同時制熱系數降低，耗電量增大。因此只要制熱量滿足設計要求，應盡可能降低冬季循環水的供水溫度。為了保證系統水力工況穩定，應使循環水流量恒定，冬、夏季應取相同的進出水溫差。

輔助加熱設備選擇

在冬季供熱工況運行時，機組從水環路中吸取熱量，如果內區的機組向環路釋放的熱量少于周邊區從環路吸取的熱量時，環路中的水溫將會下降，當水溫降至13℃時，就必須投入加熱設備，將熱量補充到水環路。為此，水環熱泵空調系統設計時，應選用輔助加熱設備。

輔助加熱方式有兩種，一是采用各種水加熱設備，將熱量補充到循環水管路中；二是采用空氣加熱器（一般為電加熱器），將熱量直接加入室內循環空氣中。采用電加熱器的前提是保證環路循環水的溫度在許可的范圍之內，否則仍要采取循環水加熱設備。一般采取后一種方式。