水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能手段

1空調(diào)系統(tǒng)能耗隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，空調(diào)的使用越來(lái)越受到重視，空調(diào)系統(tǒng)的能耗也越來(lái)越高。目前,空調(diào)系統(tǒng)耗能已占到整個(gè)建筑耗能的60%以上。建筑節(jié)能、改善生活環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展對(duì)空調(diào)方式提出了更高的要求。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種以回收建筑余熱為目的、具有節(jié)能和環(huán)保意義的空調(diào)形式,受到了越來(lái)越多的關(guān)注。2家庭熱水空調(diào)系統(tǒng)的組成和工作原理2.1空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程閉式水環(huán)熱泵(WaterLoopHeatPump)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱水環(huán)熱泵系統(tǒng)(WLHP)。它是由數(shù)量眾多、型號(hào)各異的水源熱泵空調(diào)機(jī)組(WSHP),通過(guò)雙管閉合水環(huán)路并聯(lián)的空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),熱泵水循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行溫度在15～35℃。在冬季為了使熱泵入口水溫維持在最低溫度以上,根據(jù)情況,如需要向系統(tǒng)加入熱量,則系統(tǒng)中需設(shè)輔助加熱裝置。在夏季,如果水系統(tǒng)熱泵入口水溫升到35℃以上時(shí),則部分熱量需要通過(guò)排放設(shè)施或冷卻塔排放到室外,以降低入口溫度。綜上所述,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)一般是由開(kāi)式冷卻塔、換熱器、雙管封閉水系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、循環(huán)泵和輔助加熱裝置等組成。系統(tǒng)組成如圖1所示。2.2制冷工況的轉(zhuǎn)換水源熱泵機(jī)組將循環(huán)水作為冷、熱源。通過(guò)四通換向閥改變制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷工況與制熱工況的轉(zhuǎn)換。在制冷工況時(shí),利用制冷劑蒸發(fā)將空調(diào)房間中的熱量取出,傳入封閉環(huán)路的循環(huán)水中;制熱工況時(shí),利用制冷劑蒸發(fā)吸收封閉環(huán)路中循環(huán)水的熱量,而在冷凝器中放熱到空調(diào)房間以實(shí)現(xiàn)供暖。從而形成一個(gè)以回收建筑物內(nèi)部余熱為主要特點(diǎn)的熱泵供暖、供冷的空調(diào)系統(tǒng)。3水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的余熱利用水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)利用兩方面的節(jié)能手段:(1)利用廢氣、廢熱加熱循環(huán)水作為冬季供暖的補(bǔ)充熱源;(2)利用室內(nèi)余熱,當(dāng)建筑物內(nèi)有多余的熱量或同一時(shí)間內(nèi)部分區(qū)域需要制冷、部分區(qū)域需要制熱時(shí),部分熱泵機(jī)組處于制冷工作狀態(tài),向循環(huán)水放熱;另一部分機(jī)組處于制熱工作狀態(tài),從循環(huán)水中吸收熱量。這樣,建筑物內(nèi)冷熱負(fù)荷可以在內(nèi)部消化掉一部分,從而達(dá)到節(jié)能的目的。冬季使用時(shí),有輔助熱源加熱的問(wèn)題,但該熱源只是提供10%～30%的熱負(fù)荷熱量,主要的熱負(fù)荷由一部分制冷方式運(yùn)行的機(jī)組回收冷凝熱來(lái)抵消或采用其它的余熱、廢熱來(lái)解決。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一種能充分利用低位熱能的高節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。春秋季節(jié)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)有40%制冷、60%制熱,供冷機(jī)組排出的熱量近似等于供熱機(jī)組所需的熱量,整個(gè)系統(tǒng)基本處于熱平衡狀態(tài),既不需要外加熱量也無(wú)熱量排出,無(wú)需開(kāi)動(dòng)加熱設(shè)備或冷卻塔,減少其運(yùn)行時(shí)間,達(dá)到節(jié)能的目的。當(dāng)冬季運(yùn)行時(shí),內(nèi)區(qū)利用空調(diào)機(jī)制冷,周邊區(qū)利用內(nèi)區(qū)房間放出的熱量加熱循環(huán)水,由循環(huán)水加給周邊房間,其不足部分再開(kāi)動(dòng)加熱設(shè)備加以補(bǔ)充,從而減少能耗。因?yàn)闊岜每照{(diào)器其性能系數(shù)COP高、能耗低,供冷時(shí)COP可達(dá)3.6～4.3,供熱時(shí)COP為3.1～4.7,比常規(guī)風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能15%～20%。美國(guó)電力公司對(duì)不同空調(diào)系統(tǒng)的用電情況調(diào)查結(jié)果如表1所示,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是耗電量最少的系統(tǒng)。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性還表現(xiàn)在部分負(fù)荷的節(jié)能上。目前使用的傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)一般只有1～2臺(tái)或3～4臺(tái)主機(jī),部分負(fù)荷時(shí)也需開(kāi)1臺(tái)主機(jī),即使能量調(diào)節(jié),最少也要達(dá)到總?cè)萘康?5%,故浪費(fèi)了大量能源。而水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是由單個(gè)的水源熱泵機(jī)組組成的,且分散在各個(gè)房間,在部分負(fù)荷時(shí)只有所需房間的熱泵機(jī)組和循環(huán)水運(yùn)行,因此能耗可大大降低。對(duì)于空調(diào)建筑,全年有75%的時(shí)間系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷不到設(shè)計(jì)負(fù)荷的一半,僅有5%的時(shí)間在設(shè)計(jì)負(fù)荷下運(yùn)行,傳統(tǒng)的制冷、制熱、循環(huán)水系統(tǒng)長(zhǎng)期在低效率下工作,能耗損失大。而水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)則可視使用情況決定開(kāi)機(jī)多少,達(dá)到節(jié)能效果。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的水源熱泵機(jī)組是獨(dú)立的制冷制熱裝置,本身帶有安全保護(hù)和溫度控制裝置,它能夠提供全年性的非集中控制的空調(diào)服務(wù)。用戶可根據(jù)需要,自行調(diào)節(jié)控制互不干擾,不受時(shí)間限制。機(jī)組用電與用戶電表連接,分戶計(jì)費(fèi),利于用戶節(jié)約用電。4環(huán)冷熱系統(tǒng)的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性分析4.1設(shè)計(jì)目的及適用范圍從水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性可以看出,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)并不是在任何情況下都適用。對(duì)于某一特定建筑,必須根據(jù)建筑物的冷熱負(fù)荷曲線,使用情況,建筑物功能,所處環(huán)境等諸多因素綜合評(píng)價(jià)使用該系統(tǒng)是否節(jié)能、合適。根據(jù)其回收功能及國(guó)內(nèi)外已有工程的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出其適用范圍如下:(1)建筑物內(nèi)有低品位廢熱可供利用;(2)從地理位置看,適用于冬季不太冷的地區(qū);(3)從建筑規(guī)模看,建筑物體型大、有明顯的內(nèi)區(qū)和外區(qū)的劃分,同時(shí)需要制冷和制熱,而且排出的熱量與需要的熱量相近時(shí)最合適;(4)制冷量不大,且需要獨(dú)立計(jì)量,個(gè)別房間或區(qū)域經(jīng)常需在夜間或假日獨(dú)立使用的建筑;(5)適用于冬季內(nèi)區(qū)熱負(fù)荷較大的商場(chǎng)與辦公樓,可利用內(nèi)區(qū)熱負(fù)荷來(lái)抵消外區(qū)熱負(fù)荷,時(shí)間越長(zhǎng)、數(shù)量越大、經(jīng)濟(jì)性能越好。4.2經(jīng)濟(jì)分析(1)集中空調(diào)機(jī)房水環(huán)熱泵系統(tǒng)化整為零,比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì),沒(méi)有集中制冷機(jī)房、鍋爐房、空調(diào)機(jī)房,減少了占地面積;所需風(fēng)管少;水管無(wú)保溫系統(tǒng),節(jié)省了材料費(fèi);溫度裝置在熱泵機(jī)組中,節(jié)省控制室的投資。(2)節(jié)省能源水源熱泵機(jī)組同非水源熱泵機(jī)組相比具有效率高、電耗低、可同時(shí)供冷、供熱的優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部能量平衡,達(dá)到節(jié)能的目的。(3)維修成本低由于設(shè)備簡(jiǎn)單,所以故障率低。5wshp機(jī)組與環(huán)路生長(zhǎng)水質(zhì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比,確定環(huán)路水流量較低的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)機(jī)外余壓,設(shè)計(jì)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)時(shí)要掌握以下設(shè)計(jì)方法:(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題是要精確計(jì)算建筑物的冷熱負(fù)荷,確定建筑物各部分的使用功能。WLHP系統(tǒng)環(huán)路循環(huán)水流量推薦值見(jiàn)表2。WLHP系統(tǒng)的優(yōu)化環(huán)路溫度見(jiàn)表3。(2)按實(shí)際室溫與循環(huán)水進(jìn)水溫度選用WSHP機(jī)組,COP值要大,不能低于3.5。(3)選用WSHP機(jī)組應(yīng)考慮機(jī)外余壓是否足夠大,能否滿足實(shí)際系統(tǒng)的需要或根據(jù)機(jī)外余壓確定機(jī)組前后風(fēng)管的尺寸。(4)在修正WSHP機(jī)組夏季性能數(shù)據(jù)時(shí),其循環(huán)水溫度應(yīng)按當(dāng)?shù)叵募臼彝鉂袂驕囟燃?～4℃來(lái)取值。(5)如不能調(diào)節(jié)環(huán)路配管管徑,需校核每臺(tái)WSHP機(jī)組與環(huán)路供回水管連接的水壓差能否為機(jī)組提供所要求的水流量。(6)選擇輔助加熱裝置,輔助加熱量一般為系統(tǒng)總熱負(fù)荷的10%～30%。多采用電加熱、太陽(yáng)能熱水器或煤氣熱水器。(7)環(huán)路循環(huán)水流量的最佳取值范圍為0.1537～0.125m3/kWh,環(huán)路循環(huán)水流量推薦值見(jiàn)表2,若低于推薦值可能造成機(jī)組因高壓過(guò)高或溫度過(guò)低而停機(jī)。(8)蓄熱水箱的容積可按理論計(jì)算與估算兩種方法來(lái)確定。隨著蓄水量的增大,鍋爐能耗迅速減少。但當(dāng)蓄水量增大到一定量后,鍋爐能耗趨于穩(wěn)定。典型的水環(huán)熱泵系統(tǒng)設(shè)備及管路中單位冷量的最佳固有蓄水量為11L/kW。6水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能方案(1)水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)作為一種較新的空調(diào)方式,