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簡介

熱泵的性能一般用制冷系數(shù)（COP性能系數(shù)）來評價。制冷系數(shù)的定義為由低溫物體傳到高溫物體的熱量與所需的動力之比。通常熱泵的制冷系數(shù)為3-4左右，也就是說，熱泵能夠將自身所需能量的3到4倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，工作時它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質（水、空氣、土壤等）中提取4-7倍于電能的裝置，提升溫度進行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。歐美日都在競相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報導新型的熱泵的制冷系數(shù)可6到8。如果這一數(shù)值能夠得到普及的話，這意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。

地源熱泵是熱泵的一種，是以大地或水為冷熱源對建筑物進行冬暖夏涼的空調技術，地源熱泵只是在大地和室內之間“轉移”能量。利用極小的電力來維持室內所需要的溫度。在冬天，1千瓦的電力，將土壤或水源中4-5千瓦的熱量送入室內。在夏天，過程相反，室內的熱量被熱泵轉移到土壤或水中，使室內得到?jīng)鏊目諝狻６叵芦@得的能量將在冬季得到利用。如此周而復始，將建筑空間和大自然聯(lián)成一體。以zui小的代價獲取了zui舒適的生活環(huán)境。

工作原理

水從高處流向低處，熱由高溫物體傳遞到低溫物體，這是自然規(guī)律。然而，在現(xiàn)實生活中，為了農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水等的需要，人們利用水泵將水從低處送到高處。同樣，在能源日益緊張的今天，為了回收通常排到大氣中的低溫熱氣、排到河川中的低溫熱水等中的熱量，熱泵被用來將低溫物體中的熱能傳送高溫物體中，然后高溫物體來加熱水或采暖，使熱量得到充分利用。

熱泵系統(tǒng)的工作原理與制冷系統(tǒng)的工作原理是一致的。要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器（例如空調室內機）里從高溫熱源（例如常溫空氣）吸熱并氣化成低壓蒸氣。然后制冷劑氣體在壓縮機內壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內被低溫熱源（例如冷卻水）冷卻凝結成高壓液體。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個制冷循環(huán)。

熱泵系統(tǒng)原理

由于熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷是一致的；所以在小型空調器中，為了充分發(fā)揮它的效能，在夏季空調降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設備來完成的。在冬季取暖時，將空調器中的蒸發(fā)器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作，見左圖。

由圖中可看出，在夏季空調降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，經(jīng)換向閥（又稱四通閥）進入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流裝置進入蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中吸熱，將室內空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復始，實現(xiàn)制冷循環(huán)。

在冬季取暖時，先將換向閥轉向熱泵工作位置，于是由壓縮機排出的高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后流入室內蒸發(fā)器（作冷凝器用），制冷劑蒸汽冷凝時放出的潛熱，將室內空氣加熱，達到室內取暖目的，冷凝后的液態(tài)制冷劑，從反向流過節(jié)流裝置進入冷凝器（作蒸發(fā)器用），吸收外界熱量而蒸發(fā)，蒸發(fā)后的蒸汽經(jīng)過換向閥后被壓縮機吸入，完成制熱循環(huán)。這樣，將外界空氣（或循環(huán)水）中的熱量“泵”入溫度較高的室內，故稱為“熱泵”。

對于一臺分體式熱泵空調來說，夏天制冷時就是以室外機為冷凝器、室內機為蒸發(fā)器，運行時就把室內的熱量輸送到了室外。而冬季則以室內機為冷凝器、室外機為蒸發(fā)器，這樣就把室外的熱量輸送到了室內，通常這些是通過四通換向閥來實現(xiàn)的。

熱泵空調里面有一個四通換向閥。在制冷工況下，室內熱交換器就是蒸發(fā)器，室外熱交換器（夏天往外呼呼出熱風的那個東西）就是冷凝器。冬季供熱的時候，四通換向閥切換，改變冷媒的流向，此時，室內熱交換器就是冷凝器，室外熱交換器（冬天往外呼呼出冷風的那個東西）就是蒸發(fā)器。

由于冬季往外出冷風，換熱器要結霜，所以等結霜到一定程度時，四通換向閥再切換，空調變成夏季制冷工況，室外熱交換器得到熱量，化霜，化霜完畢后，四通閥再切換到制熱狀態(tài)。除霜時，為了防止向室內吹冷風，故室內機的風機停止運轉。（當然這種逆向除霜對舒適性有一定影響，所以又有了熱氣旁通除霜、蓄熱除霜等不需要切換工況的方式）

能量分析

在上圖的熱泵循環(huán)中，從低溫熱源（室外空氣或循環(huán)水，其溫度均高于蒸發(fā)溫度t0）中取得Q0 kcal/h的熱量，消耗了機械功ALkcal/h，而向高溫熱源（室內取暖系統(tǒng)）供應了Q1 kcal/h的熱量，這些熱量之間的關系是符合熱力學*定律的，即Q1=Q0+AL kcal/h

如果不用熱泵裝置，而用機械功所轉變成的熱量（或用電能直接加熱高溫熱源，則所得的熱量為ALkcal/h，而用熱泵裝置后，高溫熱源（取暖系統(tǒng)）多獲得了熱量：Q1-AL=Q0 kcal/h。這一熱量是從低溫熱源取得的，如果不用熱泵裝置，就無法取得這一熱量。故用熱泵裝置既可節(jié)省燃料，又可利用余熱。

熱泵的工作循環(huán)與熱機的工作循環(huán)正好相反，熱機是利用高溫熱源的能量來產(chǎn)生機械功的，而熱泵是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。

熱泵具有兩個相同的熱源溫度，則它們之間的關系為：φ=Q1╱AL=（Q0+AL）╱AL=ε+1，ε 是制冷機的制冷系數(shù)。由此可看出，熱量轉換系數(shù)的zui小值是φ=1，在此極限情況下ε=0，Q0=0，即沒有從低溫熱源吸取熱量。熱泵的能量轉換

作為自然界的現(xiàn)象，正如水由高處流向低處那樣，熱量也總是從高溫區(qū)流向低溫區(qū)。但人們可以創(chuàng)造機器，如同把水從低處提升到高處而采用水泵那樣，采用熱泵可以把熱量從低溫抽吸到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環(huán)境中吸取熱量，并把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環(huán)工作的，所不同的只是工作溫度范圍不一樣。

熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量

加以挖掘，通過傳熱工質循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節(jié)約大量高品位能源。

在運行中，蒸發(fā)器從周圍環(huán)境中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質，工質蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后溫度和壓力上升，高溫蒸氣通過冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了儲水箱中的水。冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復。

熱泵工作介質

熱泵工作工質以前一般為氟利昂，但由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的制冷系數(shù)，有效利用能源以外，各國科學還致力于新型工質的開發(fā)，已有替代氟利昂的工質得到應用。

但是，今天中國大部分廠家所采用的工質還是R22，采用環(huán)保工質R417A、134A的時未到來。而日本等一些國家已采用CO2作為工質，從而不對臭氧層造成破壞。（所以在安裝時，銅管務必要連接緊密，防止R22漏出。）此外，以上所述的R22、R417A、134A、CO2皆對人體不造成傷害的，即使有漏出，整套設備仍然都是安全的。

發(fā)展歷史

十九世紀早期法國科學家薩迪.卡諾（Sadi karnot）在 1824年以論文提出“卡諾循環(huán)”理論，這成為熱泵技術的起源。1852年英國科學家開爾文（L.Kelvin）提出，冷凍裝置可以用于加熱，將逆卡諾循環(huán)用于加熱的熱泵設想。他*個提出了一個正式的熱泵系統(tǒng)，當時稱為“熱量倍增器”。之后許多科學家和工程師對熱泵進行了大量研究，研究持續(xù)80年之久。

1912年瑞士的蘇黎世成功安裝一套以河水作為低位熱源的熱泵設備用于供暖，這是早期的水源熱泵系統(tǒng)，也是世界上*套熱泵系統(tǒng)。熱泵工業(yè)在20世紀40年代到50年代早期得到迅速發(fā)展，家用熱泵和工業(yè)建筑用的熱泵開始進入市場，熱泵進入了早期發(fā)展階段。

20世紀70年代以來，熱泵工業(yè)進入了黃金時期，世界各國對熱泵的研究工作都十分重視，諸如能源機構和歐洲共同體，都制定了大型熱泵發(fā)展計劃，熱泵新技術層出不窮，熱泵的用途也在不斷的開拓，廣泛應用于空調和工業(yè)領域，在能源的節(jié)約和環(huán)境保護方面起著重大的作用。

21 世紀，隨著“能源危機 ”出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進發(fā)展成熟的熱泵以其回收低溫環(huán)境熱能，節(jié)能環(huán)保的特點，重新登上歷史舞臺，成為當前zui有價值的新能源科技。

前熱能署專門成立熱泵中心，設立熱泵推廣工程（Heat Pump Programme），向世界上各國推廣協(xié)調熱泵技術的應用和發(fā)展。美、加、瑞典、德、日、韓等國政府均發(fā)出專門指引，促進熱泵技術的社會應用。

相對世界熱泵的發(fā)展，中國熱泵的研究工作起步約晚20-30年左右。新中國成立后，隨著工業(yè)建設新高潮的到來，熱泵技術才開始引入中國。進入21世紀后，由于中國沿海地區(qū)的快速城市化、人均GDP的增長、2008年北京會和2010年上海世博會等因素拉動了中國空調市場的發(fā)展，促進了熱泵在中國的應用越來越廣泛，熱泵的發(fā)展十分迅速，熱泵技術的研究不斷創(chuàng)新。

從2001年熱泵起步開始，經(jīng)過5年的培育，中國熱泵行業(yè)開始從導入期轉入成*。熱泵行業(yè)快速發(fā)展，一方面得益于能源緊張使得熱泵節(jié)能優(yōu)勢越來越明顯，另一方面與多方力量的加入推動行業(yè)技術創(chuàng)新有很大關系。水源熱泵工作原理

地球表面淺層水源(如深度在1000米以內的地下水、地表的河流、湖泊和海洋)吸收了太陽進入地球的輻射能量,這些水源的溫度一般都十分穩(wěn)定.水源熱泵機組工作原理就是在夏季將建筑物中的熱量轉移到水源中,由于水源溫度低,所以可以地帶走熱量,而冬季,則從水源中提取能量,由熱泵原理通過空氣或水作為制冷劑提升溫度后送到建筑物中.通常水源熱泵水泵消耗1kW的能量,用戶可以得到4kW以上的熱量或冷量.水源熱泵根據(jù)對水源的利用方式的不同,可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種.閉式系統(tǒng)是指在水側為一組閉式循環(huán)的換熱盤管,該組盤管一般水平或垂直埋于湖水或海水中,通過與湖水或海水換熱來實現(xiàn)能量轉移(該組盤管直接埋于土壤中的系統(tǒng)稱為土壤源熱泵,也是地源熱泵的一種)；開式系統(tǒng)是指從地下或地表中抽水后經(jīng)過換熱器直接排放的系統(tǒng).水源熱泵無論是在制熱還是制冷過程中均以水為熱源和冷卻介質,即用切換工質回路來實現(xiàn)制熱和制冷的運行.然而,更為方便的是由水回路中的三通閥來完成.雖然在水源熱泵系統(tǒng)圖中表示了水源直接進入蒸發(fā)器(制冷時為冷凝器),在某些場合,為避免污染封閉的冷水系統(tǒng)(通常是處理過的),需間接地用一個換熱器來供水；另一種方法是利用封閉回路的冷凝器水系統(tǒng).水作為熱泵制熱、制冷過程的介質,滿足以下兩個條件即可利用-一是水的溫度在7℃~30℃之間,二是水量要充足.水源水可以是各種工業(yè)用廢水、生活用水、海水、江、河水等,甚至是各種工業(yè)余熱.提取水中的熱(冷)量比較簡單易行的方式是打井,利用井泵提取地下水作為循環(huán)介質.

由于水源熱泵技術利用地表水作為空調機組的冷熱源,所以其具有以下

優(yōu)點:

環(huán)保效益顯著水源熱泵是利用了地表水作為冷熱源,進行能量轉換的供暖空調系統(tǒng).供熱時省去了燃煤、燃氣、然油等鍋爐房系統(tǒng),沒有燃燒過程,避免了排煙、排污等污染；供冷時省去了冷卻水塔,避免了冷卻塔的噪音、霉菌污染及水耗.所以說,水源熱泵利用的是清潔的可再生能源的一種技術.

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12~22℃,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18~35℃,水體溫度比環(huán)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(jù)美國環(huán)保署EPA估計,設計安裝良好的水源熱泵,平均來說可以節(jié)約用戶30~40%的供熱制冷空調的運行費用.

節(jié)能水源熱泵使用的電能本身為一種清潔的能源,但在發(fā)電時,消耗一次能源并導致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放.設計良好的水源熱泵機組,與空氣源熱泵相比,相當于減少30%以上的電力消耗,與電供暖相比,相當于減少70%以上的電力消耗.所以,水源熱泵在節(jié)能的同時還減少和降低了發(fā)電時一次能源消耗過程中產(chǎn)生的污染排放和溫室效應.

應用范圍廣可廣泛的應用于賓館、辦公樓、學校、商嘗別墅區(qū)、住宅小區(qū)的集中供熱制冷,以及其它商業(yè)和工業(yè)建筑空調,并可用于游泳池、乳制器加工、啤酒釀造、冷軋鍛造、冷庫及室內種植和恒溫養(yǎng)殖等行業(yè)上.

一機多用利用一套設備即可供冷,又可供熱,還可提供生活熱水.對空調系統(tǒng)來說,一臺熱泵提供兩種熱源,可節(jié)省一次性投資,其總投資額僅為傳統(tǒng)空調系統(tǒng)的60%,并且安裝容易,安裝工作量比其他空調系統(tǒng)少,安裝工期短,更改安裝也容易.

水源熱泵技術的工作原理：

通過輸入少量高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

水源熱泵是目前空調系統(tǒng)中能效比（COP值）zui高的制冷、制熱方式，理論計算可達到7，實際運行為4～6。

系統(tǒng)參數(shù)：

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，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。而夏季水體溫度為18～35℃，水體溫度比環(huán)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，從而提高機組運行效率。水源熱泵消耗1kW.h的電量，用戶可以得到4.3～5.0kW.h的熱量或5.4～6.2kW.h的冷量。與空氣源熱泵相比，其運行效率要高出20～60％，運行費用僅為普通*空調的40～60％。水源熱泵技術的工作原理就是：通過輸入少量高品位能源（如電能），實現(xiàn)低品味熱能向高品味轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

水源熱泵機組分類:

一、‍根據(jù)使用側換熱設備的不同，水源熱泵機組分為冷熱風型水源熱泵機組和冷熱水型水源熱泵機組。

1、冷熱風型水源熱泵機組的分類

根據(jù)使用功能不同分為冷風型、熱泵型（冷風和熱風型）；

根據(jù)機組結構形式分為整體型、分體型；

根據(jù)送風形式可分為直接吹風型、接出風管型；

2、冷熱水型水源熱泵機組的分類

根據(jù)使用功能分為冷水型、熱泵型；

根據(jù)機組結構形式分為整體型、分體型；

二、使用冷熱源不同

根據(jù)使用冷熱源不同分為水環(huán)式、地下水式、地下環(huán)路水源熱泵機組。水源熱泵系統(tǒng)節(jié)能性

以采暖運行為例,目前采暖方式有集中鍋爐房供熱方式、熱電廠供熱方式、分戶燃氣采暖方式,水源熱泵方式有利用井水、江、河、湖泊水及工業(yè)余熱形式；也有利用自來水冬季要輔助加熱方式.它們耗能量見表1.

耗能量比較 表1 采暖方式 現(xiàn)有住宅建筑節(jié)能建筑

耗能量 折算至標準煤 耗能量 折算至標準煤

集中鍋爐房 25.08Kg/m2.年 25.08Kg/m2.年 12.41Kg/m2.年 12.41Kg/m 2.年

熱電廠 13.96Kg/m2.年 13.96Kg/m2.年 9.03Kg/m2.年 9.03Kg/m 2.年

分戶燃氣采暖 10.6Nm3/m2.年 13.02Km3/m2.年 6.86Nm3/m2 .年 8.43Kg/m2.年

水源熱泵(井水、河、湖水) 22.46kwh/m2.年 9.16Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年 5.93Kg/m2.年

水源熱泵(加輔助熱源) 22.46kwh/m2.年4.34Kg/m2.年 13.5Kg/m2 .年 14.54kwh/m2.年2.81Kg/m2.年 8.74Kg/m2.年

表1計算依據(jù)：

① 住宅建筑為北京市多層住宅,現(xiàn)有建筑耗熱量指標qH為31.82W/m2,設計熱負荷指標為q為43.82W/m2,節(jié)能建筑qH為20.6W/m2,q為28.37W/m2.采暖全年需熱量：現(xiàn)有建筑為95.46kwh/m2年,節(jié)能建筑為61.80kwh/m2年.

② 集中鍋爐房：現(xiàn)有供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)輸配效率η1為0.85,鍋爐效率η2為0.55,節(jié)能供熱系統(tǒng)η1為0.9,η2為0.68,

③ 熱電廠供電標準煤耗為0.408Kg/kwh,供熱標準煤耗為40.7Kg/GJ.

④ 水源熱泵采暖COP=4.25.

從表1可知,水源熱泵采暖方式全年耗能量均低于集中鍋爐房和熱電廠,節(jié)能效益比較明顯.

利用井水、江、河水或工業(yè)余熱為熱源水源熱泵節(jié)能性十分明顯,當水源熱泵能效系 數(shù)4.0時,與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比,采暖節(jié)能性率約為40%. 當采用輔助加熱熱源時,水源熱泵節(jié)能性是有條件,主要影響因素是：水源熱泵能效系數(shù)；輔助熱源加熱容量.

① 水源熱泵能效系數(shù)影響(見表2)

制熱容量為4KW時能耗* 表2 / COP=4 COP=4.5 節(jié)能率

(%)

輔助加熱量

耗能(kg標煤) 3×860/7000×0.9=0.409 3×860/7000×0.9=0.409 /

壓縮機耗能

(kg標煤) 1×0.408=0.408 0.88×0.408=0.363 /

合計 0.817 0.771 5.6

*輔助加熱容量為總供熱量75%.

從表2可知,COP從4提高到4.5后,節(jié)能率約為5.6%,相當于減少加熱容量0.3296KW,即約相當于減少熱負荷10%.

② 輔助加熱器加熱容量影響(見表3)

制熱容量為4KW時能耗* 表3 / 輔助加熱容量/總供熱量0.75 輔助加熱容量/總供熱量0.5 節(jié)能率(%)

輔助加熱量耗能(kg標煤) 0.409 2×860/7000×0.9=0.273 /

壓縮機耗能(kg標煤) 0.408 1×0.408=0.408 /

合計 0.817 0.681 16.6

*COP=4

從表3可知,當輔助加熱容量為總供熱量比從0.75降到0.5時,節(jié)能率約為16.6%.

③ 節(jié)能條件

制熱容量為4KW熱電聯(lián)產(chǎn)能耗為：

(4×860)/( 7000×0.83×0.85) =0.697kg/4kwh

由此可知：

當COP=4.0,輔助加熱容量為總供熱量0.5時,與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比,它節(jié)能率約為2%.

當COP=4.5,輔助加熱容量為總供熱量0.5時,與熱電聯(lián)產(chǎn)供熱方式比,水源熱泵節(jié)能率約為8%.

但當COP=4.0,輔助加熱容量為0.75總供熱量時,熱電聯(lián)產(chǎn)將比水源熱泵節(jié)能,節(jié)能效率約 為15%.當COP=4.5時,其節(jié)能率約為10%.

節(jié)能主要因素如下：

① 水源熱泵機組直接安放戶內,熱網(wǎng)輸配損失可忽略不計.

② 水源熱泵機組采暖能效系數(shù)COP大于4,部分負荷時,COP值仍很穩(wěn)定.

③ 以井水,江、河、湖水及工業(yè)余熱低溫熱作為熱泵熱源水源熱泵系統(tǒng),采暖耗熱量僅 為全年需熱量1/4.

④ 以自來水為熱源冬季需加輔助熱源水源熱泵系統(tǒng),考慮壓縮機發(fā)熱量,住宅同 時使用系數(shù)及夜間調節(jié)溫度等措施后輔助加熱容量約為熱負荷1/2～1/3,加熱量約為全年 需熱量1/2～1/3.

水源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟性

經(jīng)濟性指是各種空調采暖方式初投資、運行費和熱價.

目前國內外已采用采暖空調聯(lián)供方案有：

① 熱電冷三聯(lián)供： 夏季,熱電廠抽汽+蒸汽吸收式制冷

冬季,熱電廠抽汽+汽水換熱器供熱

② 熱電冷三聯(lián)供： 夏季,熱電廠熱水+熱水吸收式制冷

冬季,熱電廠熱水+汽水換熱器供熱

③ 直燃式冷熱水機組：夏季、冬季,直燃式冷熱水機組制冷、供熱

④ 燃氣-蒸汽聯(lián)合循不

⑤ 電制冷+燃氣(油)鍋爐采暖

⑥ 電動水源熱泵.這類機組運行性能穩(wěn)定,性能系數(shù)COP值較高,理論計算可達7,實際運 行時約為5,且可充分利用江河、湖、海水等自然能源,冬季供暖耗能少,是一種節(jié)能性好冷熱源設備.

⑦ 空氣源熱泵.冷熱源兼用,整體性好,安裝方便,可露天安裝,采用風冷,省卻了冷卻 塔及冷卻水系統(tǒng),缺點是當室外溫度較低時,需增加輔助熱源.各種方案投資和成本(不包括戶內系統(tǒng))見表4.

各方案投資和成本比較* 表4 項目 熱電冷

(蒸汽) 熱電冷(熱水) 直燃式 電制冷鍋爐供熱 集中式電動水源熱泵 分體式空氣源熱泵 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)

投資(萬元/KW) 0.197

/0.223

(含源網(wǎng)) 0.275

/0.302

(含源網(wǎng)) 0.207 0.206 0.335 0.199 0.436

成本(元/KWH) 0.139 0.151 0.214 0.207 0.167 0.220 0.081

*為《住宅區(qū)三聯(lián)供系統(tǒng)研究》中提供數(shù)據(jù),成本為年運行成本.

下面以興降礦十八層單身職工宿舍為例,說明水源熱泵采暖空調聯(lián)供方案經(jīng)濟性.

十八層單身宿舍建筑形狀為Y形,總采暖空調建筑面積為9564m2,2～18層為標準層,標準層面積為562.6m2,設計冷熱負荷為573.84KW.表5為采暖空調聯(lián)供方案,表6為各方案初 投資比,表7為各方案運行費比較,表8為各方案綜合比較.

采暖空調方案 表5 序號 方案 采暖空調方式備 注

方案1 以下水為冷熱源水源熱 泵(水-空氣) 冬天：熱泵產(chǎn)生熱風送至戶內夏天：熱泵產(chǎn)生冷風送至戶內每戶設 熱泵一臺將風送至各房間

方案2 以下水為冷熱源水源熱泵(水-水) 冬天：熱泵產(chǎn)生熱水送至風機盤管夏天：熱泵產(chǎn)生冷水送至風機盤管 熱(冷)源集中、每戶設風機盤管

方案3 電制冷+熱電廠采暖 冬天：熱電廠蒸氣+汽水換熱器夏天：*空調 機送冷水至風機盤管熱(冷)源集中、每戶設風機盤管

對比方案 分體空調+鍋爐房采暖 冬天：鍋爐房(熱電廠)供熱,戶內 散熱器夏天：每戶安裝分體空調機 熱源集中、冷源分散空調品質較差

各方案初投資比較 表6

方案1(進口) 方案2 方案3 對比方案

進口 國產(chǎn)

初投資*(萬元) 237.4 305.8 238.2 236.6 267.15

單位建筑面積投資(元/m2) 248 319.7 249.1 247.4 279

*計算時包括安裝費15%,運行調試費5%,稅及管理5%,設計費2%和利潤10%.

各方案運行費比較(元/m2) 表7

方案1 方案2 方案3 對比方案

采暖 空調 采暖 空調 采暖 空調 采暖 空調

不考慮同時使用系數(shù),熱回收系數(shù) 19.25 19.25 9.5 6.2 9.5 7.2

合計 19.25 19.25 15.7 16.7

考慮修正系數(shù) 10.78 10.78 9.5 4.34 9.5 7.2

合計 10.78 10.78 13.84 16.7

〖BG)F〗 興隆礦處兗州市,兗州市氣象資料,該區(qū)冬季采暖期天數(shù)106天,延時小時數(shù)2 544小時,zui大負荷小時數(shù)2544*(20-0.4)/〔20-(17)〕=1847小時.夏季空調期天數(shù)90天, 延時小時數(shù)2160小時,濟南、淄博三聯(lián)供實際測試資料,取夏季zui大負荷小時數(shù)為720 小時.則單位建筑面積,采暖期需供熱量60W/m2*1847=110.5kwh,空調期需冷量60W/m2* 720=43.2kwh.

各方案綜合比較 表8 方案 單位供熱(冷)量能耗(kg標煤/kwh) 單位供熱(冷)量系統(tǒng)投資(萬 元/KW) 單位供熱(冷)量設備全年運行費(元/kwh)

方案1 0.057 0.414(進口) 0.07

方案2 0.057 0.533(進口)/0.415(國產(chǎn)) 0.07

方案3 0.133 0.412 0.12

對比方案 0.148 0.465 0.11

從表6、表7、表8對比可知,興隆礦實施采暖空調,以方案1為佳.

前面提到方案1水源熱泵(水-空氣),方案2水源熱泵(水-水)技術與經(jīng)濟上都是可采用 方案.但方案2中大型水源熱泵是一種集中冷(熱)源方式,目前,國內尚無大型水源熱泵 廠家,進口設備較貴,而國產(chǎn)水源熱泵系列不全,單臺容量較小,將多臺設備集中放置機房時,才能形成集中冷(熱)源形式,投資較大,安裝運行維護不便.

是從單位供熱(冷)量所需能耗,從投資和運行費上看方案1都具有明顯*性. 其中進口熱泵機組價格與方案2中國產(chǎn)設備投資相近,但比方案2進口設備價格低多, 且不要另建機房.,十八層樓單身宿舍擬采用方案1為實施方案.

水源熱泵采暖空調聯(lián)供方案投資偏低主要原因：

① 不設機房.*空調機房面積(包括空調裝置、電氣及其它)約為空調建筑面積5 ～8%,其中空調裝置約占4～5%,以10層建筑物為例,其中機房約占一層.水源熱泵將空調 裝置分散設每戶,減少了機房建設費用,區(qū),增加辦公面積,營業(yè)面積作用就更大了.

② 封閉水管不要保溫,對豎井沒有特殊要求.*空調系統(tǒng)豎井占有較多建筑物有效 面積,全空氣系統(tǒng)豎井面積更大.豎井布置是否恰當,會影響空調系統(tǒng)效率,對空調投資有較大影響.

③ 不占有房間有效面積,*空調系統(tǒng)戶內裝置風機盤管放置窗戶下,對住宅 影響較大.

水源熱泵聯(lián)供方案運行費偏低原因：

① 水源熱泵采暖運行時,約占總供熱量3/4吸收熱來自井水,江、河低溫熱或工業(yè)余熱 ；空調運行時,約為總制冷量1.2倍總散熱量由低溫熱或工業(yè)余熱分攤,較多降 低了采暖、空調系統(tǒng)運行費.

② 水源熱泵機組直接設置用戶房間內,減少了輸配損失.

③ 水源熱泵機組能效系數(shù)較高,且性能系數(shù)穩(wěn)定性較好.

④ 水源熱泵系統(tǒng)具有熱回收性能.當同一建筑中有房間需供熱,有房間需空調時,往 往無需冷卻及輔助加熱.

水源熱泵系統(tǒng)可靠性

采暖、空調系統(tǒng)運行可靠性指是系統(tǒng)穩(wěn)定性好,調節(jié)靈活.所謂穩(wěn)定性好指 是采暖空調房間溫度、濕度、氣流速度等熱舒適性參數(shù)不受外界影響,保持設計范圍內,即當系統(tǒng)某一部分發(fā)生事故,或某用戶設備發(fā)生故障時,對另外房間沒有影響或 影響較少.水源熱泵系統(tǒng)熱泵機組設置每個房間內,當某一臺發(fā)生故障后,將聯(lián)接該設備供、回水閥關斷,就不會對相鄰用戶產(chǎn)生任何影響.說,水源熱泵穩(wěn)定性非常好.

水源熱泵溫度自控裝置組合熱泵機組中,無需另設控制中心或控制室,用戶自己 愿望,可靈活控制室溫和風機轉速.這種方式適合于公共建筑,對不同年齡、不同職業(yè)和不同生活要求居住住宅建筑來說,這就顯更為重要了.

除此之外,水源熱泵系統(tǒng)便于進行熱計量,物業(yè)公司用戶耗電量就可向用戶收費,是 解決當前采暖、空調收費難一項重要舉措.

設計是水源熱泵實現(xiàn)可靠性、經(jīng)濟性、節(jié)能性保證條件之一

水源熱泵機組為水源熱泵空調采暖系統(tǒng)創(chuàng)造了關鍵性條件,沒有這種機組,就不 存這種系統(tǒng).但機組運行好壞與源、網(wǎng)、機組系統(tǒng)組合方式密節(jié)相關.即與系統(tǒng)設計密切相關.

水源熱泵采暖空調系統(tǒng)設計特點見表9

水源熱泵系統(tǒng)設計特點 表9 項目 水源熱泵*空調

水系統(tǒng) 水溫(℃) 15℃/35℃ 空調7℃/12 ℃采暖60℃/50℃

水量(m3/h)流速(m3/s) 每冷噸0.191/s0.684m3/hV≯0.83m /sG≮1GPM=0.0631/s 空調制冷量/5℃ 采暖 制熱量/10℃

風系統(tǒng)) 風量(l/s)送風溫差(△t)風速(m/s) 每冷噸142～248l/s(高、中、低三檔)511～893m3/h=約10℃～15 ℃主干管2～3支干管2～2.5m/s 用戶要求、要求高、△t小、風量大.主干管3-4m/s、主干管2.5-3m/s

補助加熱量(KW) 按吸熱量計算、考慮同時使用系數(shù)或夜間改變設計參數(shù)后,補助加熱量約為設計熱負荷1/2～1/3 按設計熱負荷計算

冷卻塔 按總散熱量0.6～0.8選擇冷卻塔 按總散熱量計算

自動控制 熱泵控制；恒溫調節(jié)器、自動轉換開關、水溫控制器、機 組安全控制、風速三檔控制戶內：風機盤管三速控制*控制室溫度、壓力、流量 控制

運行參數(shù)* 表10 參數(shù) 空調運行 采暖運行

zui低 標準 zui高 zui低 標準 zui高

運行 進風 干球 溫球 21 14 24 18 29 26 13 - 20 - 21 -

水 進水 出水 7 12 33 38 59 54 -4*2-6*2 18 14 29 26

極限 進風 干球 溫球 18 12 - - 35 26 5 - - - 27 -

水 進水 出水 7 12 - - 49 54 - 4*2-6*2  - - 29*326*3

〖BG)F〗

注：[WB]*1機組送風量為每冷噸0.16m3/s,水流量為每冷噸0.16升/s至0.19升/s.

[DW]*2此時為乙稀乙二醇溶液.

[DW]*3短時間內可以為35/28℃.

水源熱泵系統(tǒng)設計時要注意以下幾個問題.

① 水源熱泵機組容量不要過大.*空調冷熱源設備選型時,設備制冷(熱)量約為設計冷( 熱)負荷1.05～1.10.水源熱泵機組選型時,應盡量接近設計冷(熱)負荷.若機組偏大時 ,運行時間短,啟動頻繁.機組容量合適,運行時間長,有利于除濕.

② 封閉水系統(tǒng)水溫選擇,夏季要求水溫低些,目是提高能效,降低耗電功率.冬季水溫不要太高,水溫高時,制冷量高了,但耗電功率也高了,能效系數(shù)變化不大.

③ 設計時要考慮采暖空調對象建筑物同時使用系數(shù).同時使用系數(shù)取值與建筑物類型有關,與建筑物數(shù)量有關,需理論計算和實測確定.《住宅建筑空調負荷計算中同時使用系數(shù)確定》列出數(shù)據(jù)是：當住戶<100戶時,該系數(shù)為0.7；當戶數(shù)為100～150戶時, 為0.65～0.7；當戶數(shù)為150～200戶時為0.6.水源熱泵技術的工作原理：

通過輸入少量高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。

水源熱泵是目前空調系統(tǒng)中能效比（COP值）zui高的制冷、制熱方式，理論計算可達到7，實際運行為4～6。

系統(tǒng)參數(shù)：

水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，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。而夏季水體溫度為18～35℃，水體溫度比環(huán)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，從而提高機組運行效率。水源熱泵消耗1kW.h的電量，用戶可以得到4.3～5.0kW.h的熱量或5.4～6.2kW.h的冷量。與空氣源熱泵相比，其運行效率要高出20～60％，運行費用僅為普通*空調的40～60％。

保養(yǎng)

系統(tǒng)是否允許取水井與回灌井之間的切換，避免局部水位下降，導致水井塌陷。

②，地下水輸送系統(tǒng)的排氣，防止水錘發(fā)生，消除氧氣腐蝕，避免水井間的虹吸作用等。

③，在進行定期的維護避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象的條件下，確定回灌井的回灌量