1、水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要：本文通過對水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案的分析及水質(zhì)處理，說明水源 熱泵是一項高效節(jié)能型、環(huán)保型并能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)，它既不會污染地 下水，又不會影響地面沉降。因此，目前在國內(nèi)空調(diào)行業(yè)引起了人們廣泛的關(guān)注， 希望盡快應(yīng)用這項新技術(shù)。關(guān)鍵詞：水源熱泵、地下水、板式換熱器一、水源熱泵技術(shù)1、水源熱泵的起源及發(fā)展水源熱泵是一種高效、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟實用的中央空調(diào)形式。我國該項技 術(shù)卻處于剛剛起步階段，但是發(fā)展勢頭卻很好，已經(jīng)研制出各種系列的機組，其 技術(shù)水平也逐漸達(dá)到國際水平。2、水源熱泵工作原理及系統(tǒng)組成水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種利用含有大量穩(wěn)定能源的地下水，作為空調(diào)系

2、統(tǒng)排 熱或吸熱的熱源，從而實現(xiàn)房間空氣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。也就是說，在冬季該系統(tǒng)可代 替鍋爐，從地下水中吸取熱量，向房間供熱；在夏季該系統(tǒng)又可代替空調(diào)系統(tǒng)的 室外機和冷卻塔，將房間的熱量傳至地下水，實現(xiàn)房間的降溫。水源熱泵系統(tǒng)由：用戶、主機系統(tǒng)及水源系統(tǒng)組成（如圖1）。用戶系統(tǒng)由 用戶側(cè)水管系統(tǒng)、循環(huán)水泵、水過濾器、靜電水處理儀、各種末端空氣處理設(shè)備、 膨脹定壓設(shè)備及相關(guān)閥門配件組成。主機系統(tǒng)由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹 閥、各種制冷管道配件和電氣控制系統(tǒng)等組成。水源水系統(tǒng)由水源取水裝置、取 水泵、水處理設(shè)備、輸水管網(wǎng)和閥門配件等組成。制冷/制熱工況是通過閥門切 換來實現(xiàn)的。夏季制冷時閥門B開啟，閥

3、門A關(guān)閉，冬季制熱時閥門A開啟，閥 門B關(guān)閉。即：水源水進(jìn)入冷凝器，蒸發(fā)器的冷凍循環(huán)水接用戶系統(tǒng)時為制冷工 況；反之則為制熱工況。3、水源熱泵的適用條件選用水源熱泵機組作為中央空調(diào)冷熱源的首要條件是：具備可以利用的、可 靠的地下水源。（1）、水源充足：地下水水量應(yīng)滿足工程所需要的水量，工程中冬季和夏季所需要的地下水量 是由水源熱泵冷熱水機組性能、井水水溫及建筑物空調(diào)的冷、熱負(fù)荷等因素決定 的。因此，所原則地下水井輸水量應(yīng)滿足工程上的需要。（2）、水溫適度：井水水溫越高，水源熱泵機組制熱能力和性能系數(shù)越大。因此，希望井水水 溫不要太低。一般要求：熱泵工況時，井水水溫為12-22C，以不低于10C

4、為宜; 制冷工況時，井水水溫為18-35C。、水質(zhì)適宜:防止對管路、設(shè)備等產(chǎn)生腐蝕、磨損、堵塞等，所以保證水質(zhì)質(zhì)量是十分重 要的。4、水源熱泵的獨特優(yōu)勢、高效節(jié)能：水源熱泵機組可利用的水體溫度冬季為12-22C，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。夏季水體溫度為18-35C, 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(fēng)冷 式和冷卻塔式，機組效率提高。、運行穩(wěn)定可靠：地下水溫度較恒定的特點，使得水源熱泵系統(tǒng)運行更穩(wěn)定可靠，整個系統(tǒng)的 維護(hù)費用也較鍋爐、制冷機系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。、一機多用，應(yīng)用范圍廣：水源熱泵系統(tǒng)可

5、供暖、空調(diào)、還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替 換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對于同時有供熱和供冷要求的建 筑物。二、水源熱泵的系統(tǒng)設(shè)計方法水源熱泵機組的選擇和普通的制冷機組近似。水源熱泵的運行效果如何，關(guān) 鍵在于地下水系統(tǒng)的合理設(shè)計及水質(zhì)處理。下面就地下水系統(tǒng)的設(shè)計步驟和水質(zhì) 處理方法進(jìn)行闡述。1、完成試驗井在建設(shè)工地的現(xiàn)場，根據(jù)場地的大小選擇一個以上的試驗井，由當(dāng)?shù)厮牡?質(zhì)單位測出每個井的日出水量和小時出水量。2、確定工程所需的地下水總水量地下水的流量主要與所選的水源熱泵性能、地下水的溫度、建筑物的冷熱負(fù) 荷及所選的地下水系統(tǒng)形式有關(guān)。在夏季制冷工況時，地下水作為冷卻水

6、使用。地下水的流量為：IG =-L: F式式中：GL夏季供冷所需地下水流量，kg/s；QL建筑物夏季設(shè)計冷負(fù)荷，KW；CPW水的定壓比熱，kJ/(kg.k)；tg1進(jìn)入熱泵換熱器的水溫，即地下水溫，C；tg2離開熱泵換熱器的水溫，C；EER熱泵機組的能效比。從式(1)式中可以看出，當(dāng)進(jìn)入熱泵機組的水溫恒定時，所需的地下水流 量主要與離開熱泵換熱器的水溫有關(guān)。水溫越高，雖然所需水流量減少，但熱泵 機組的能效比卻降低。假定地下水的溫度為15C，機組換熱器的最小傳熱溫差為5C，計算在相同 的蒸發(fā)溫度，不同的冷凝溫度情況下，熱泵的能效比和地下水流量的變化情況如 下表1：表1：地下水進(jìn)出口溫差不同時，機

7、組能效比與水流量的變化地下水進(jìn)出口溫差(C)350 151252冷凝溫度（C）223344350505蒸發(fā)溫度（C）000000離開熱泵的水溫122334(C)805050機組相對能效比118766(%)12002.60.45.51.3所需地下水相對流量115322(%)63.4001.95.97.42.3計算結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)入熱泵的進(jìn)出口水的溫差大于20C以后，所需地下水的 流量減少的程度變緩，而且機組能效比急劇降低；而當(dāng)溫差小于5C時，所需地 下水流量急劇增加，但機組的效率并沒有顯著的提高，因此，地下水的進(jìn)出口溫 差最好在15C以內(nèi)。一般進(jìn)出口溫差在5-10C時，機組整體經(jīng)濟性比較好。在冬季

8、供熱工況時，所需地下水流量為：I 二 Qhcup 1， 一 ，. 項 式（2）式中：QH冬季空調(diào)設(shè)計熱負(fù)荷，KW；CPW水的定壓比熱，kJ/（kg.k）；tw1進(jìn)入熱泵換熱器的水溫，即地下水溫，C；tw1進(jìn)入熱泵換熱器的水溫，即地下水溫，C；tw2離開熱泵換熱器的水溫，tw2離開熱泵換熱器的水溫，C；COP-機組冬季制熱性能系數(shù)。從式(2)式中可以看出，在相同負(fù)荷和進(jìn)出口溫差的情況下，冬季所需的 地下水流量小于夏季，但冬季地下水離開熱泵機組的溫度應(yīng)高于水的凝固點溫度。3、地下水的處理地下供水井的數(shù)量一般根據(jù)地下水井產(chǎn)水量及所需地下水量決定。采用地下 水的熱泵系統(tǒng)必須考慮地下水的回灌，否則，因為

9、長期的地下水抽取，必然引起 地下水位的降低，造成地面塌陷。供水井和回水井必須保持一定的間距，以免影 響供水井的水溫。地下水的水溫和水質(zhì)隨地理環(huán)境、地質(zhì)條件以及循環(huán)深度不同而變化。有些 水源含有泥沙、有機物與膠體懸浮物，使水變得渾濁。水源含沙量高會對機組和 管閥造成磨損。含沙量高和渾濁度高的水用于地下回灌也會造成含水層的堵塞。 因此，一般規(guī)定水源熱泵系統(tǒng)的水源，含沙量小于1/200000，濁度應(yīng)小于 20mg/L。如果系統(tǒng)中采用板式換熱器，水源中固體顆粒的粒徑應(yīng)小于0.5mm。如果水源的水質(zhì)不是適宜水源熱泵機組使用時，可采用相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行 水處理，使其符合要求，經(jīng)常采用大的水處理技術(shù)有以下幾種。、除砂器與沉淀池、凈水過濾器、除鐵設(shè)備、板式換熱器結(jié)論由于煤、油、天燃?xì)獾葘俨豢稍偕茉矗覈哪茉磧溆邢蓿瑫r又面臨 環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展等問題，所以，如何提高能源利用效率，更多的利用可再生能源、減少環(huán)境污染，是我們應(yīng)該注重的問題。而水源熱泵技術(shù)對于解決上述 問題，是一種很好的選擇。水源熱泵作為一種環(huán)保節(jié)能的空調(diào)方式，利用地下水的熱源，避免了燃料燃 燒產(chǎn)生的污染，具有良好的綜合能效比，因此大力發(fā)展熱泵空調(diào)很有必