空调系统节能技术

1、类类 别别空调系统型式空调系统型式空调输送方式空调输送方式集中空调方式集中空调方式全空气系统全空气系统定风量方式定风量方式变风量方式变风量方式( (即即VAVVAV系统系统) )分区、分层空调方式分区、分层空调方式空气诱导方式空气诱导方式冰蓄冷低温送风方式冰蓄冷低温送风方式空气空气- -水系统水系统新风系统加风机盘管机组新风系统加风机盘管机组诱导机组系统诱导机组系统全水系统全水系统水源热泵系统水源热泵系统冷热水机组加末端装置冷热水机组加末端装置分散空调方式分散空调方式直接蒸发式直接蒸发式单元式空调机加末端设备单元式空调机加末端设备( (如风口如风口) )分体式空调器即分体式空调器即VRVVRV

2、系统系统窗式空调器窗式空调器辐射板式辐射板式辐射板供冷加新风系统辐射板供冷加新风系统辐射板供冷或供热辐射板供冷或供热表表 主要空调方式主要空调方式 空调节能当前研究方向： 空调设备低能耗和高效率研究，包括能量回收设备，空气处理设备的节能以及综合利用。 蓄冷系统研究。 空调方式综合措施研究。 空调系统运行的节能。 集中式空调是由集中式空调是由集中冷热源、空气处理机组集中冷热源、空气处理机组(又称组合式又称组合式空调机组空调机组)、末端设备末端设备和和输送管道输送管道所组成。所组成。 空调设备空调设备节能措施节能措施： 1.机组风量风压匹配，选择运行最佳经济点运行，要求生产厂生机组风量风压匹配，选

3、择运行最佳经济点运行，要求生产厂生产风机噪声低、效率高。产风机噪声低、效率高。 2.机组整机漏风要少，机组整机漏风要少， 3.空气热回收设备的利用。空气热回收设备的利用。 4.尽量利用可再生热源如太阳能、地热、空气自身供冷能力等。尽量利用可再生热源如太阳能、地热、空气自身供冷能力等。 空调系统和室内送风方式 对于公共建筑，送风方式：高速喷口诱导送风方式，分层空调技术，下送风方式或座椅送风方式 现代化办公和商业服务建筑群、宾馆等常用空调方式： 新风机组加末端风机盘管机组：灵活性大，过渡季不能充分利用室外空气降温。 变风量空调系统方式：价格高昂，维护保养技术复杂。 低温送风空调方式：经空气处理机组

4、送出较低的一次风经高诱导比的末端送风装置送入空调房间。降低初投资，充分利用冰蓄冷能提供低温冷冻水的特点，达到节能目的。特点：与冰蓄冷相结合，和常规全空气送风方式比，初投资少，运行费用低，节省空间，降低建筑成本。问题：结露问题，舒适感可能降低，风管密闭性要求，正确选择冷却盘管项项 目目低温送风方式低温送风方式常规空调方式常规空调方式送风温差送风温差()()101020208 81010送风温度送风温度()()3 3111110101515空调机组尺寸减少比例空调机组尺寸减少比例( () )202030300 0风管尺寸减少比例风管尺寸减少比例( () )3030O O风机功率减小风机功率减小(

5、() )30305050O O 表表 低温送风与常规空调方式比较低温送风与常规空调方式比较 方案方案1 12 23 34 45 5项目项目系统型式系统型式全空气全空气全空气全空气全空气全空气空气空气水水空气空气水水无蓄冰无蓄冰部分蓄冰部分蓄冰全蓄冰全蓄冰部分蓄冰部分蓄冰全蓄冰全蓄冰送风温度（送风温度（）12.812.84.44.44.44.44.44.44.44.4一次风风量一次风风量(m(m3 3h)h)1474601474608410084100841008410031680316803168031680蓄冰量（蓄冰量（% %）46461001004646100100用电时间用电时间昼夜昼

6、夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜昼夜高峰制冷量高峰制冷量(kW)(kW)930930490 390490 390890890450 390450 390840840高峰空调用电量高峰空调用电量(kW)(kW)制冷水系统制冷水系统284/284/115/107115/10717/29217/292102/107102/10725/29225/292空气分布系统空气分布系统13713710110110110159595959白天总耗电量白天总耗电量(kW)(kW)4214212162161181181611618484年空调电费相对值年空调电费相对值1 10.70.70.690.690.490.49

7、0.530.53系统初投资相对值系统初投资相对值1 10.970.971.181.180.890.891.061.06 表表 几种低温送风方式方案比较几种低温送风方式方案比较 一、空调设备系统的节能一、空调设备系统的节能 空调系统的能耗区别与其他能耗的空调系统的能耗区别与其他能耗的特点特点是：是： （1）空调系统所需能源品位低，且用能有季节性；）空调系统所需能源品位低，且用能有季节性； （2）系统同时存在需要冷（热、湿）量和放出冷（热、）系统同时存在需要冷（热、湿）量和放出冷（热、 湿）量的过程；湿）量的过程； （3）设计和运行方案的不合理会给系统带来多种无效）设计和运行方案的不合理会给系统带

8、来多种无效 能耗。能耗。 （一）空调系统节能方法 （二）空调设计中采用部分负荷分析 （三）建筑设备的自动化系统能源 室内温湿度标准 室外空气量 空调方式 图图 全年负荷的时间频率图全年负荷的时间频率图 5.2.1 空调系统节能方法 空调系统能源的有效利用，使用太阳能、地热能和热回收等方式进行供热制冷。 合理降低室内温湿度标准。 室外空气量的控制：冬夏采用最小新风比，过渡季节采用全新风。根据室内人员的变化，增减室内新风量，采用全热换热器，减少新风冷热负荷，在预冷预热时停止取用新风。 空调方式：空调系统合理分区，采用合适的高效空调系统；加大送风温差，变流量，变风量空调系统，降低风道风速，减少系统阻

9、力，采用额定负荷和部分负荷效率高的冷、热源设备，热泵回收系统，蓄冷装置，计算机自动控制，降低运行费用。室内照明适当降低照度，充分利用日光照明，考虑顶棚照明的排热利用。维护管理。5.2.2 变风量空调节能技术变风量空调节能技术 原理： 由集中式空调器提供某一设定温度的送风(根据最不利条件确定)给所有空调空间，而各自的送风量是按其负荷大小自动调节，来达到室温的平衡。 优点： 在避免任何冷热能量抵消的情况下，实现不同负荷变化特点的各空调空间的温度自动调节。 过渡季节可利用全新风。 设备容量小 自动控制便于和楼宇自动化管理的计算机相连接，实现中央监控和调节 缺点： 初投资高，风机盘管加新风空调方式高2

10、.5倍左右。 如何保证新风量，需要加一套装置，使在调节减少送风量的同时按一定比例逐步开大新风阀，增大自控装置造价。 风量稳定设施抵消风道静压变化所产生的干扰作用。5.2.3 多分区空调节能技术多分区空调节能技术 多分区空调方式属于空调设计合理化的多分区空调方式属于空调设计合理化的一种节能措施一种节能措施 。 多分区空调器是一种定风量组合式空调器。与普通组合式空调器的主要区别是： 压出式空调器，送风机段位于表冷器和加湿段上游。 送风机与冷热交换器之间设一旁通分路，参数由回风和新风混合而定。 经过冷却或加热加湿后送风按分区的数量分为若干之路，各与不同比例与一部分旁通送风混合，分别送至各个空调分区。

11、 主要优点： 根据各分区负荷变化自动调节送风参数，没有冷热抵消现象。 设备容量较小。 自控系统偏于实现中央监控和调节。 过渡季节充分利用新风冷却代替人工制冷。 智能全自动控制装置可以实现非工作时间风机低速节电运行。 冷冻水管和凝水管不必进入建筑吊顶，避免管道渗漏，表面结露问题。 自控系统包括：送风阀调节，电动水阀调节，冬季加湿控制，新风量节能调节， 投资比风机盘管加新风方式高40%左右，与变风量空调方式比低很多。概述高大空间建筑中，空气的密度随垂直方向的温度变化而呈自然分层现象，利用合理的气流组织，可做到仅对下部工作区进行空调，上部不空调或通风排热，称为分层空调。可节省冷负荷30%左右。冷负荷

12、计算：空调区得热形成冷负荷，非空调区向空调区的热转移负荷。气流组织计算：设计要点包括气流流型，送风口安装高度，送风参数，对喷射流上边界搭界位置，射流温度衰减。系统的选择 蓄冷技术：低于环境温度热量的贮存和应用技术，是制冷技术的补充和调节。 内容：选择或配制合适的蓄冷材料；合理设计蓄冷装置；有效地实行冷量的贮存和释放。 方法：显热蓄冷和潜热蓄冷（相变蓄冷）。 显热蓄冷：水蓄冷； 潜热蓄冷：冰蓄冷、共晶盐蓄冷。目的：平衡冷量的供应，提高制冷设备效率，降低供冷成本。应用场合：用冷量波动、间歇供冷、制冷机与用冷量不匹配。商场、剧院、写字楼。电网负荷白天与深夜有很大的峰谷差调节发电能力调节用户负荷一次性

13、投资高蓄能成本高效率低蓄冷空调技术十三陵抽水蓄能电站，投资27亿元，填补高峰负荷时发电成本为1.3元/KWh，是常规电价的2.5倍。 至1998年，日本已有蓄冷空调系统5566个，其中水蓄冷系统2249个，冰蓄冷系统3317个。 至2000年，我国转移11.2104MW峰负荷到低谷使用，其中35103MW要依靠蓄冷空调解决。负荷变化大，制冷主机需满足最大负荷，且留备用量。大多数时间不是满负荷工作，效率低。用电高峰期，电价贵。常规空调供冷循环蓄冷循环联合供冷循环（部分负荷蓄冷）单蓄冷供冷循环（全负荷蓄冷） 确定典型设计日的空调负荷 选择蓄冷方式 确定制冷主机和蓄冷装置的容量 确定运行策略和设计系

14、统循环流程 选择配套设备：循环泵、换热器、阀门及膨胀水箱 计算蓄冷期和供冷期的制冷负荷(蓄冷负荷)与供冷负荷逐时运行图 经济分析 温度条件：蓄冷空调相变材料最佳的融点和凝固点在56（共晶盐） 热物性条件 经济性条件：来源广泛，廉价。 环保条件：无毒、无腐蚀、无污染。分分 类类类型类型蓄冷介质蓄冷介质蓄冷流体蓄冷流体取冷流体取冷流体显热式显热式水蓄冷水蓄冷水水水水水水潜潜热热式式冰盘管冰盘管（外融冰）（外融冰）冰或其他冰或其他共晶盐共晶盐制冷剂制冷剂水或载冷剂水或载冷剂载冷剂载冷剂冰盘管冰盘管（内融冰）（内融冰）冰或其他冰或其他共晶盐共晶盐载冷剂载冷剂载冷剂载冷剂制冷剂制冷剂制冷剂制冷剂封装式封

15、装式冰或其他冰或其他共晶盐共晶盐水水水水载冷剂载冷剂载冷剂载冷剂片冰滑落式片冰滑落式冰冰制冷剂制冷剂水水冰晶式冰晶式冰冰制冷剂制冷剂载冷剂载冷剂载冷剂载冷剂1冷吨冷吨3023大卡大卡3.517KW水的蓄冷温度为水的蓄冷温度为46冰的蓄冷温度为冰的蓄冷温度为0，制冷，制冷机应提供机应提供37的温度的温度融解或凝固温度融解或凝固温度58融解潜热大，热导率大融解潜热大，热导率大密度大密度大无毒，无腐蚀无毒，无腐蚀蓄冷过程取冷过程：外融冰；内融冰。外融冰：空调回水与冰直接接触，换热效果好，取冷快，供水温度可低达1；IPF不大于50，故蓄冰槽容积较大。；内融冰换热热阻大，影响取冷速率。多采用细管、薄冰层

16、蓄冷。蛇形圆形U形 原理：通过冰晶制冷机将低浓度的乙二醇水溶液冷却至低于0，然后，将此状态的过冷水溶液送入蓄冰水槽，溶液中即可分解出0的冰晶。 优点： 投资低，运行可靠，运行效率高，可兼用作消防蓄水池。 缺点： 只利用显热，需水量大，开启式蓄水槽。 主要技术问题：保持热回水与蓄存的冷水处于分离状态，避免热回水与冷水相混合。 解决措施：分层技术，多池系统，隔膜或迷宫和折流板。 画图说明蓄冷空调系统的四种基本运行工况。 请写出常用的蓄冷设备？ 解决蓄水槽中热回水与冷水相混合的措施有哪些？ 5.4 5.4 热泵节能技术热泵节能技术 （Heat PumpHeat Pump） 所谓所谓热泵热泵，就是靠高

17、位能拖动，迫使热量从低位热源流向，就是靠高位能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。高位热源的装置。 热泵可以把不能直接利用的热泵可以把不能直接利用的低品位热能低品位热能（如空气、土壤、（如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等）转换为可利用的水、太阳能、工业废热等）转换为可利用的高品位能高品位能，从，从而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的而达到节约部分高位能（煤、石油、天然气、电能等）的目的。目的。 矿物能源短缺矿物能源短缺，热泵技术是一条极重要的节能途径。，热泵技术是一条极重要的节能途径。 热泵始于热泵始于18521852年，年，威廉威廉. .汤姆逊汤姆逊提出所谓提出所谓“

18、热量放大器热量放大器”装置，即为最早的热泵装置。装置，即为最早的热泵装置。 热泵技术经历了一段漫长而曲折的发展过程，目前已热泵技术经历了一段漫长而曲折的发展过程，目前已经得到突破，热泵技术在发达国家得到突飞猛进的发经得到突破，热泵技术在发达国家得到突飞猛进的发展，热泵装置已进入了展，热泵装置已进入了家庭、公共建筑、厂房家庭、公共建筑、厂房，得到，得到了广泛的应用。了广泛的应用。 目前热泵主要用来解决目前热泵主要用来解决100100以下低温用能。以下低温用能。 据估计，欧洲在据估计，欧洲在100100以下低温用能方面的耗能量约占以下低温用能方面的耗能量约占总耗能量的总耗能量的5050左右左右。因

19、此，用热泵为暖通空调提供。因此，用热泵为暖通空调提供100100以下的低温用能具有重大的现实意义。以下的低温用能具有重大的现实意义。 热泵在暖通空调中的应用热泵在暖通空调中的应用不会对环境产生污染不会对环境产生污染。1. 1. 工作原理工作原理 热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热泵的工作原理与制冷机相同，都是按热机的逆循环热机的逆循环工作工作的，所不同的是的，所不同的是工作温度范围工作温度范围不同，使用的不同，使用的目的目的也不同。也不同。 制冷机制冷机利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的；利用吸收热量而使对象变冷，达到制冷的目的； 而而热泵热泵则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目

20、的。则是利用排放热量，向对象供热，达到制热的目的。热泵装置热泵装置：从环境中吸取：从环境中吸取热量，传递给高温物体，热量，传递给高温物体，实现供热目的；实现供热目的；制冷机制冷机：从低温物体吸取：从低温物体吸取热量传递给环境中去，实热量传递给环境中去，实现制冷目的；现制冷目的；联合循环机联合循环机：从低温物体：从低温物体吸热，实现制冷，同时又吸热，实现制冷，同时又把热量传递给被加热的对把热量传递给被加热的对象，实现供热目的。象，实现供热目的。在正常的大气压力下，水要达到在正常的大气压力下，水要达到100才能沸腾蒸发。而在低于才能沸腾蒸发。而在低于大气压力（即真空）条件下，水大气压力（即真空）条

21、件下，水可以在很低的温度沸腾。比如说可以在很低的温度沸腾。比如说在在6mmHg的真空条件下，水的的真空条件下，水的沸点只有沸点只有4。溴化锂溶液就可以创造这种真空溴化锂溶液就可以创造这种真空条件，因为溴化锂条件，因为溴化锂(LiBr)是一种是一种吸水性极强吸水性极强的盐类物质，可以连的盐类物质，可以连续不断地将周围的水蒸汽吸收过续不断地将周围的水蒸汽吸收过来，维持容器中的真空度。来，维持容器中的真空度。1-压缩机；2-冷凝器；3-节流机构；4-蒸发器；5-地板辐射供热；6-热网的循环水泵；7-热网；8-低温热源水的循环泵；9-河水 问题复杂问题复杂，影响因素很多。，影响因素很多。 包括：负荷特

22、性、系统特性、地区气候特性、低位热源特包括：负荷特性、系统特性、地区气候特性、低位热源特性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格和电力价格等。性、设备价格、设备使用寿命、燃料价格和电力价格等。 “节能效果节能效果”与与“经济效益经济效益”1WQWQCOPec一般一般34左右左右EAQIB ：投资回收期（年）；I：热泵系统所需的投资（年）；A：燃料价格（元/J）；QE：热泵系统与传统系统相比，年节约能量（J/年）。一般回收一般回收年限应在年限应在3 35 5年内年内初始投资少初始投资少 一机多用一机多用。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常。一座建筑物要实现冬季采暖、夏季制冷和日常提供生活热水三

23、项功能，如果采用传统方式，一般需要安提供生活热水三项功能，如果采用传统方式，一般需要安装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装装各自独立的供暖系统和制冷系统，有的还需再独立安装供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就可以了。供热水系统。而如果采用热泵系统，安装一套就可以了。 投资项目少投资项目少。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和运。安装热泵系统，不必再建燃料储存场地和运输燃料的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配电系输燃料的通道，不必配备特殊的消防装置，不必对配电系统做大规模的增容。统做大规模的增容。 综合上述因素，热泵系统具备了优异的综合上述因素，热泵系统具备了优异的性能价

24、格比性能价格比，使用，使用户用较少的初始投资，得到较多的实惠。户用较少的初始投资，得到较多的实惠。 将参与比较方案的系统造将参与比较方案的系统造价按资金的时间价值折算价按资金的时间价值折算为每年的费用，并与年运为每年的费用，并与年运行费用相加得出费用年值，行费用相加得出费用年值，从若干方案中选取费用年从若干方案中选取费用年值最小的作为最佳方案。值最小的作为最佳方案。 cCiiifsysmm111 f费用年值，元/年；i利率或标准内部收益率，取0.08；m经济寿命，取15年；Csys造价（初投资），元；c年运行成本，元/年。 以室外空气为以室外空气为热源热源； 低温热源的温度随室外温度的变化而改

25、变。其制热量随室外空低温热源的温度随室外温度的变化而改变。其制热量随室外空气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好气温度降低而减少，这与建筑热负荷需求趋势正好相反相反； 在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，在夏季高温天气，由于其制冷量随室外空气温度升高而降低，同样可能导致系统不能正常工作；同样可能导致系统不能正常工作； 当室外空气温度低于热泵工作的当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度平衡点温度时，热泵就难以正时，热泵就难以正常工作，减少了机组的换热能力，需要常工作，减少了机组的换热能力，需要用电或其他辅助热源用电或其他辅助热源对对空气进行加热；空气进行加热；空气源热泵供

26、热量等于建筑空气源热泵供热量等于建筑耗热量时的室外计算温度耗热量时的室外计算温度先进科学的先进科学的化霜技术化霜技术是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行时，换热盘管温度低于露点温度时，表面产生冷凝水，冷凝水低时，换热盘管温度低于露点温度时，表面产生冷凝水，冷凝水低于于0就会结霜，严重时就会堵塞盘管，明显降低机组效率，为就会结霜，严重时就会堵塞盘管，明显降低机组效率，为此必须除霜，这也消耗大量的能量；此必须除霜，这也消耗大量的能量；在在寒冷地区和高湿度地区寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍；碍；空气源

27、热泵不适用于寒冷地区，但在空气源热泵不适用于寒冷地区，但在冬季气候较温和冬季气候较温和的地区，如的地区，如我国长江中下游地区，己得到相当广泛的应用；我国长江中下游地区，己得到相当广泛的应用；机组多数安装在屋面，应考虑机组机组多数安装在屋面，应考虑机组噪声噪声对周边建筑环境的影响。对周边建筑环境的影响。水环热泵系统是用水环路将小型水水环热泵系统是用水环路将小型水/空气热泵机组和能量采集装置并空气热泵机组和能量采集装置并联在一起，为建筑物供热、制冷。系统由联在一起，为建筑物供热、制冷。系统由室内热泵机组室内热泵机组、水循环环路、水循环环路、其它设备（如浅层地能采集装置）等构成。一般用于全年都有制冷

28、需其它设备（如浅层地能采集装置）等构成。一般用于全年都有制冷需要的建筑物中。要的建筑物中。主要设备：主要设备：小型水小型水/空气热泵空气热泵、循环水泵、水循环环路、能量采集装、循环水泵、水循环环路、能量采集装置等。置等。水环热泵系统夏季利用水环热泵系统夏季利用冷却塔或地能冷却塔或地能将系统内热负荷排放掉，冬季则将系统内热负荷排放掉，冬季则将内区的热量转移到需要供热的外区，不足部分由将内区的热量转移到需要供热的外区，不足部分由辅助热源辅助热源（电、燃电、燃气、燃煤、热水、蒸汽、太阳能气、燃煤、热水、蒸汽、太阳能）供给。）供给。该系统适用于大型建筑物，特别是内区冷负荷较大，而且冬季时该系统适用于大

29、型建筑物，特别是内区冷负荷较大，而且冬季时内区内区仍然需要供冷，而仍然需要供冷，而外区外区需要供热的场合。需要供热的场合。工况和性能：工况和性能： 水循环管路温度：水循环管路温度：1530C 供冷时供冷时COP可达可达3.54.3 供热时供热时COP可达可达3.14.7 地源热泵的应用只有近地源热泵的应用只有近二十年二十年的历史。的历史。 速度稳步增长速度稳步增长：如美国，截止：如美国，截止1985年全国共有年全国共有14,000台地台地源热泵，而源热泵，而1997年就安装了年就安装了45,000台，到目前为止已安装台，到目前为止已安装了了400,000台，而且以每年台，而且以每年10%的速度

30、增长。的速度增长。1998年美国年美国商业建筑中地源热泵系统己占空调总量的商业建筑中地源热泵系统己占空调总量的19%，其中在新，其中在新建筑中占建筑中占30%。 中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下埋管（埋深层地热资源，地下埋管（埋深400米深）的地源热泵，用米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。于室内地板辐射供暖及提供生活热水。 据据1999年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比年的统计，在家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为例，瑞士为96%，奥地利为，奥地利为38%，丹麦为，丹麦为2

31、7%。地源热泵地源热泵地下水地源热泵系统可分为地下水地源热泵系统可分为开式系统开式系统和和闭式系统闭式系统。开式系统：将地下水直接供应到每台热开式系统：将地下水直接供应到每台热泵机组，经换热后将井水回灌到地下或泵机组，经换热后将井水回灌到地下或直接定点排放。由于可能导致直接定点排放。由于可能导致管路阻塞管路阻塞，更重要的是可能导致更重要的是可能导致腐蚀腐蚀的发生，通常的发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。水。闭式系统就是通过一个闭式系统就是通过一个板式换热器板式换热器将地将地下水与建筑物内的水系统分隔开，避免下水与建筑物内的水系统分隔开，避免了建筑

32、内热泵系统设备的腐蚀。了建筑内热泵系统设备的腐蚀。 地下水源热泵系统又可分为两种，一种为地下水源热泵系统又可分为两种，一种为单井式系统单井式系统，另，另一种为一种为双井式系统双井式系统。 单井式系统在取水井内设置潜水泵，抽取地下水与地上系单井式系统在取水井内设置潜水泵，抽取地下水与地上系统换热后统换热后直接排走直接排走，由于其不断地大量抽取地下水而不能，由于其不断地大量抽取地下水而不能进行及时的补充，长期运行会导致地下水位下降，地面基进行及时的补充，长期运行会导致地下水位下降，地面基础降等一系列地质问题，所以已经很少采用。础降等一系列地质问题，所以已经很少采用。 双井式系统分别设置双井式系统分

33、别设置取水井取水井和和回灌井回灌井，能在取水的同时向，能在取水的同时向地下含水层补水，运行稳定性和系统寿命大大提高。但由地下含水层补水，运行稳定性和系统寿命大大提高。但由于含水层较深，颗粒细，渗透性能差，回灌水较困难。于含水层较深，颗粒细，渗透性能差，回灌水较困难。生活热水系统生活热水系统由井口换热器将地下水和热泵系统循环水隔开。一定深度的地下水经由井口换热器将地下水和热泵系统循环水隔开。一定深度的地下水经潜水泵注入井口换热器放（吸）热后，再返回潜水泵注入井口换热器放（吸）热后，再返回同一口井同一口井中，形成循环。中，形成循环。地下水在返回地下时直接与土壤（砂石）进行换热，使地下水恢复至地下水

34、在返回地下时直接与土壤（砂石）进行换热，使地下水恢复至初始的温度；初始的温度；由循环泵驱动由循环泵驱动二次循环水二次循环水通过热泵蒸发器（冬季）或冷凝器（夏季）通过热泵蒸发器（冬季）或冷凝器（夏季）与其内部工质进行热交换，与其内部工质进行热交换， 外部输入电能对低位能量进行提升；外部输入电能对低位能量进行提升；由循环泵驱动由循环泵驱动末端循环水末端循环水通过热泵冷凝器（冬季）或蒸发器（夏季）通过热泵冷凝器（冬季）或蒸发器（夏季） 与其内部工质进行热交换，通过末端装置与室内环境进行热（冷）交与其内部工质进行热交换，通过末端装置与室内环境进行热（冷）交换，满足建筑物冬季供暖或夏季制冷。换，满足建筑

35、物冬季供暖或夏季制冷。 井深：井深：100m一口井：一口井：3000m2左右左右 项目特点项目特点：该校总占地：该校总占地240240亩，共有亩，共有9 9栋建筑。各建筑物相栋建筑。各建筑物相对分散，冷热源机房设计体现了机房按冷热负荷要求灵活对分散，冷热源机房设计体现了机房按冷热负荷要求灵活布局的特点，采用布局的特点，采用分散冷热源形式分散冷热源形式，机房面积小，无需其，机房面积小，无需其他辅助建筑。机房附近设置冷热源井，外管线短他辅助建筑。机房附近设置冷热源井，外管线短, , 热损失热损失小；各机房独立运行，调节灵活，运行费用低。小；各机房独立运行，调节灵活，运行费用低。 运行实况运行实况：

36、该系统于：该系统于20012001年年9 9月投入运行，系统运行效果月投入运行，系统运行效果良好。北京市统计局对其进行了能耗测定分析，冬季供暖良好。北京市统计局对其进行了能耗测定分析，冬季供暖期为期为126126天，建筑总耗电天，建筑总耗电20722482072248度，其中供暖耗电量为度，其中供暖耗电量为20632832063283度，新风耗电量为度，新风耗电量为46004600度，生活热水耗电量为度，生活热水耗电量为1169311693度。每平米建筑面积耗电量为度。每平米建筑面积耗电量为31.7331.73度度。单位面积供。单位面积供暖费为暖费为14.2914.29元元/ /平米，生活热水

37、加热费为平米，生活热水加热费为5.235.23元元/ /吨。吨。 电费电费：峰：峰 0.540.54，平，平 0.540.54，谷，谷 0.20.2元元/ /度度 项目特点项目特点：该项目地上：该项目地上1212层、地下层、地下3 3层，建筑容积率高，层，建筑容积率高，室内采用室内采用风机盘管加新风系统风机盘管加新风系统。 运行实况运行实况：该项目应用：该项目应用集中式机房集中式机房，设备利用率高，管理，设备利用率高，管理方便，运行费用低。该系统于方便，运行费用低。该系统于20022002年投入运行，系统运行年投入运行，系统运行效果良好。北京市统计局对其进行了能耗测定分析，冬季效果良好。北京市

38、统计局对其进行了能耗测定分析，冬季供暖期为供暖期为126126天，其中供暖耗电量为天，其中供暖耗电量为18190491819049度，新风耗电度，新风耗电量为量为457320457320度，生活热水耗电量为度，生活热水耗电量为1023110231度。单位面积供度。单位面积供暖费为暖费为24.6424.64元元/ /平米（含新风），不含新风的供暖费用为平米（含新风），不含新风的供暖费用为17.2917.29元元/ /平米。生活热水加热费为平米。生活热水加热费为6.56.5元元/ /吨。吨。 电费价格电费价格：峰：峰0.670.67；平；平0.670.67；谷；谷0.230.23元元/ /度度 当

39、然，应用这种地下水热泵系统也受到许多当然，应用这种地下水热泵系统也受到许多限制限制。首先，。首先，这种系统需要有这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。作为先决条件。因此在决定采用地下水热泵系统之前，一定要做详细的水因此在决定采用地下水热泵系统之前，一定要做详细的水文地质调查，并先打文地质调查，并先打勘测井勘测井，以获取，以获取地下温度、地下水深地下温度、地下水深度、水质和出水量度、水质和出水量等数据。等数据。 地下水热泵系统的地下水热泵系统的经济性经济性与与地下水层的深度地下水层的深度有很大的关系。有很大的关系。如果地下水位较低，不仅如果地下水位较低，不仅钻井

40、的费用钻井的费用增加，运行中增加，运行中水泵的水泵的耗电耗电将大大降低系统的效率。将大大降低系统的效率。 国外由于对国外由于对环保环保和使用地下水的和使用地下水的规定和立法规定和立法越来越严格，越来越严格，地下水源热泵的应用己逐渐控制。地下水源热泵的应用己逐渐控制。 对于我国地下水源并不丰富，且回灌技术不成熟，很容易对于我国地下水源并不丰富，且回灌技术不成熟，很容易造成造成水源流失及污染水源流失及污染，而水资源是当前最紧缺、最宝贵的，而水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源，任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的，资源，任何对水资源的浪费或污染都是绝对不可允许的，因此，推广这项技术应当因此，推广

41、这项技术应当非常慎重非常慎重。 1 1）初期投资偏高）初期投资偏高： 打井费用、机组费用、管道及控制设打井费用、机组费用、管道及控制设备的费用等。水井的单位打井费用是随着井深的增加而增备的费用等。水井的单位打井费用是随着井深的增加而增加的，因此对初投资影响很大。加的，因此对初投资影响很大。 2 2）受地质条件的制约）受地质条件的制约 3 3）对水源水有较为严格的要求）对水源水有较为严格的要求：水量充足、水温适度、：水量充足、水温适度、水质适宜、供水稳定。水质适宜、供水稳定。水源水的水源水的水量水量必须能满足用户制热负荷或制冷负荷的必须能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。需要。水源的水源的水温水

42、温应适合机组运行工况要求。应适合机组运行工况要求。水源的水源的水质水质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，应适宜于系统机组、管道和阀门的材质，不至于产生严重的腐蚀损坏。不至于产生严重的腐蚀损坏。另外水源系统供水具有长期另外水源系统供水具有长期可靠性可靠性，能保证水源热泵，能保证水源热泵长期和稳定运行。长期和稳定运行。 该系统冬季取抽水井的热水取热后回灌到回灌井中；该系统冬季取抽水井的热水取热后回灌到回灌井中；而夏季则抽取回灌井的低温水，回灌到抽水井中。而夏季则抽取回灌井的低温水，回灌到抽水井中。 4 4）受当地能源政策的限制）受当地能源政策的限制地下水作为国家战略储备物质，其利用更是受到国家

43、、地下水作为国家战略储备物质，其利用更是受到国家、当地政府的严格控制。虽然总体来说，地下水源热泵当地政府的严格控制。虽然总体来说，地下水源热泵的运行效率较高、费用较低，但与传统的空调制冷取的运行效率较高、费用较低，但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同的地区不同需求的条件下，其投暖方式相比，在不同的地区不同需求的条件下，其投资经济性会有所不同。资经济性会有所不同。 5 5）井的老化）井的老化：砂堵、腐蚀、胶结、岩化等。：砂堵、腐蚀、胶结、岩化等。 6 6）回灌问题）回灌问题回灌的回灌的目的目的就是储能，提供冷热源，亦即冬灌夏用，就是储能，提供冷热源，亦即冬灌夏用，夏灌冬用。另外为保持含水层水头

44、压力、防止地面沉夏灌冬用。另外为保持含水层水头压力、防止地面沉降、保护地下水资源，也必须回灌。降、保护地下水资源，也必须回灌。但是，由于但是，由于成井质量、回灌技术成井质量、回灌技术等原因，很难保证达等原因，很难保证达到到100%100%回灌。通过对地下水源热泵的实例调查发现，回灌。通过对地下水源热泵的实例调查发现，回灌率最高的可达到回灌率最高的可达到80%80%，最低的仅有，最低的仅有20%20%，在回灌率，在回灌率较差的地方已经出现较为严重的地面沉降。较差的地方已经出现较为严重的地面沉降。 地表水地源热泵是利用地表水地源热泵是利用江、河、湖、海江、河、湖、海的水作为热源或热的水作为热源或热

45、汇的热泵系统。这种热泵系统要求具有汇的热泵系统。这种热泵系统要求具有足够体积足够体积的地表水的地表水源可供使用而且源可供使用而且地理位置便利地理位置便利。当然，这种地表水热泵系。当然，这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制。统也受到自然条件的限制。 与空气源热泵相似，地表水源热泵的热源温度与空气源热泵相似，地表水源热泵的热源温度受气候的影受气候的影响较大响较大，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵，当环境温度越低时热泵的供热量越小，而且热泵的性能系数也会降低。的性能系数也会降低。 一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其一定的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温面积、深度和温度度等多

46、种因素有关，需要根据具体情况进行计算。等多种因素有关，需要根据具体情况进行计算。 这种热泵的换热这种热泵的换热对水体中生态环境的影响对水体中生态环境的影响有时也需要预先有时也需要预先加以考虑。加以考虑。 根据热泵机组与地表水的连接式不同，地表水热泵系统可根据热泵机组与地表水的连接式不同，地表水热泵系统可分为分为开路和闭路开路和闭路两种系统。两种系统。 在在寒冷地区寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。 总的来说，地表水热泵系统具有相对总的来说，地表水热泵系统具有相对造价低廉、泵耗能低、造价低廉、泵耗能低、维修率低以及运行费用少维修率低以及运行费用少

47、等优点。等优点。 土壤热源和空气热源相比，具有如下特点：土壤热源和空气热源相比，具有如下特点： 1 1）土壤的蓄热性能好。）土壤的蓄热性能好。土壤的温度变化较空气温度的变土壤的温度变化较空气温度的变化有滞后和衰减的特点。这使得土壤作为热泵的低位热源化有滞后和衰减的特点。这使得土壤作为热泵的低位热源与空气源相比更能适应负荷的变化，能与负荷较好的匹配，与空气源相比更能适应负荷的变化，能与负荷较好的匹配，这对热泵的运行是有利的。这对热泵的运行是有利的。 2 2）土壤的热容量大。）土壤的热容量大。土壤的温度较空气的温度变化要稳土壤的温度较空气的温度变化要稳定，当热泵制热工况运行时，土壤热源的温度要比空

48、气源定，当热泵制热工况运行时，土壤热源的温度要比空气源的温度高。从而使得在同样的工况下，土壤源热泵的性能的温度高。从而使得在同样的工况下，土壤源热泵的性能系数更高。系数更高。 3 3）土壤的热流密度小。）土壤的热流密度小。为为202040W/m240W/m2，一般为，一般为25 W/m225 W/m2。这就决定了当土壤作为热泵的单一低位热源时，其承担的这就决定了当土壤作为热泵的单一低位热源时，其承担的负荷不宜太大，一般只用于负荷不大于负荷不宜太大，一般只用于负荷不大于1MW1MW的场合。另外，的场合。另外，土壤源热泵有一定的土壤源热泵有一定的面积面积要求。要求。 土壤是一个土壤是一个非均质的，

49、多相的，颗粒状的非均质的，多相的，颗粒状的多孔系统。多孔系统。 自然界中的三相也在土壤中存在：自然界中的三相也在土壤中存在：固相固相，由土壤颗粒组成；，由土壤颗粒组成；液相液相，即为土壤空隙中的水与土壤的溶解物形成的土壤溶，即为土壤空隙中的水与土壤的溶解物形成的土壤溶液；液；气相气相，为土壤中的空气。每种成分所占的比例影响影，为土壤中的空气。每种成分所占的比例影响影响土壤的热物性。响土壤的热物性。 土壤的热物性参数主要有：土壤的比热、含水率、密度、土壤的热物性参数主要有：土壤的比热、含水率、密度、孔隙率、导热系数和导温系数（热扩散系数）等。其中孔隙率、导热系数和导温系数（热扩散系数）等。其中土

50、土壤的含水量壤的含水量和和密度密度对其导热系数起着决定性的作用。对其导热系数起着决定性的作用。 土壤热量来源土壤热量来源于三个方面：太阳的辐射能、地球内部向外于三个方面：太阳的辐射能、地球内部向外输送的热量和土壤微生物分解有机质所产生的热量。输送的热量和土壤微生物分解有机质所产生的热量。 对一般土壤来说，对一般土壤来说，太阳辐射能是其热量的主要来源太阳辐射能是其热量的主要来源，生物，生物热与地热只是在某些特定条件下才能发挥作用。热与地热只是在某些特定条件下才能发挥作用。 土壤温度是土壤热量的表现形式。土壤热量的基本来源既土壤温度是土壤热量的表现形式。土壤热量的基本来源既然是太阳辐射能，那么然是

51、太阳辐射能，那么土壤温度必然随着太阳辐射能的变土壤温度必然随着太阳辐射能的变化而有相应的变化化而有相应的变化。 土壤表层日间增热和夜间散热，引起土壤温度有明显的日土壤表层日间增热和夜间散热，引起土壤温度有明显的日变化。由于土壤热量是从地面逐步向下输送，在不同的下变化。由于土壤热量是从地面逐步向下输送，在不同的下层深处，由于受热散热的先后和程度不一，它们温度变化层深处，由于受热散热的先后和程度不一，它们温度变化的情况也不相同。的情况也不相同。一般规律是：一般规律是：1)1)表土的日最高温出现在下午表土的日最高温出现在下午2 2时时前后，最低温出现在前后，最低温出现在清晨清晨6 6时时，即日出之前

52、；，即日出之前；2)2)下层土壤最高温与最低温出现的时间落后下层土壤最高温与最低温出现的时间落后于表土。下层土壤温度变化不如表土大，在于表土。下层土壤温度变化不如表土大，在2 2米米深处，土壤温度的日深处，土壤温度的日变化消失；变化消失；3)3)白天表层土温高于下层，晚间下层土温高于表层。白天表层土温高于下层，晚间下层土温高于表层。较好的导热性能、较高的强度和抗腐蚀性能、经较好的导热性能、较高的强度和抗腐蚀性能、经济。济。50年代：年代：金属管金属管，抗腐蚀性差。，抗腐蚀性差。70年代后：年代后：塑料管塑料管，寿命，寿命50年。年。聚乙烯：高密聚乙烯：高密=0.46-0.52W/(m.K)聚丁

53、烯（聚丁烯（PB）：）：=0.23W/(m.K)聚氯乙烯：硬质聚氯乙烯：硬质=0.13-0.29W/(m.K)PVC：软质：软质=0.13-0.17W/(m.K) 污水源热泵技术有机地将污水源热泵技术有机地将污水排放污水排放与与城市能源城市能源结合起来，结合起来，实现了实现了“变废为宝变废为宝”。 污水源热泵技术在美国、北欧及日本等国家已经有了广泛污水源热泵技术在美国、北欧及日本等国家已经有了广泛的应用，的应用，2004 年初，中国内地首例利用污水作为能源供年初，中国内地首例利用污水作为能源供热制冷的项目在北京市密云污水处理厂开始试运行。热制冷的项目在北京市密云污水处理厂开始试运行。 污水污水

54、水质的优劣水质的优劣是污水源热泵供暖系统成功与否的关是污水源热泵供暖系统成功与否的关键键, ,因此要了解和掌握污水水质以判断其是否可作为低温因此要了解和掌握污水水质以判断其是否可作为低温热源。热源。同时同时, ,也要针对污水水质的特点也要针对污水水质的特点, ,设计和优化污水源热设计和优化污水源热泵的污水泵的污水/ / 制冷剂换热器的制冷剂换热器的构造构造, ,换热器应具有防堵塞、换热器应具有防堵塞、防腐蚀、防繁殖微生物等功能防腐蚀、防繁殖微生物等功能, ,通常采用水平管淋水式通常采用水平管淋水式或浸没式换热器。或浸没式换热器。 城市污水干渠城市污水干渠( (污水干管污水干管) ) 通常是通过

55、整个市区通常是通过整个市区, ,如果如果直接利用城市污水干渠中的原水作为污水源热泵的低温热直接利用城市污水干渠中的原水作为污水源热泵的低温热源源, ,则可则可节省输送热量的能耗节省输送热量的能耗, ,从而提高其系统的经济性。从而提高其系统的经济性。但同时应注意但同时应注意: :在取水设施中设置适当的在取水设施中设置适当的水处理装置水处理装置( (见图见图) ,) ,考虑利用原水余热对后续水处理工艺的影响考虑利用原水余热对后续水处理工艺的影响, ,如原水水温降低过多将会影响市政曝气站的正常运行。如原水水温降低过多将会影响市政曝气站的正常运行。 目前目前, ,污水源热泵的技术是成熟的污水源热泵的技

56、术是成熟的, ,国外工程实例很多。国外工程实例很多。 20 20 世纪世纪80 80 年代初在年代初在瑞典、挪威瑞典、挪威等北欧国家建造的一些等北欧国家建造的一些以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行。以污水为低温热源的大型热泵站相继投入运行。 目前目前, ,瑞典斯德哥尔摩有瑞典斯德哥尔摩有40%40%的建筑物采用热泵技术供热的建筑物采用热泵技术供热, ,其中其中10 %10 %是利用污水处理厂的出水。是利用污水处理厂的出水。 挪威奥斯陆挪威奥斯陆1980 1980 年年开始建设利用城市污水干管的污水作开始建设利用城市污水干管的污水作为低温热源的热泵站为低温热源的热泵站, ,第一台热泵机组已

57、在第一台热泵机组已在1983 1983 年年投入投入使用。使用。 由于能源危机和环境问题的日益突出由于能源危机和环境问题的日益突出, ,美国、日本、德国美国、日本、德国等发达国家纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究等发达国家纷纷投入大量的财力和人力进行此项研究, ,并并取得了一定的成果。取得了一定的成果。 采用热泵技术回收采用热泵技术回收家庭生活污水家庭生活污水( (淋浴水、洗碟机和洗衣淋浴水、洗碟机和洗衣机排水等机排水等) ) 余热余热的设施实例也很多。对于约的设施实例也很多。对于约10 10 人的住宅人的住宅, ,采用热泵技术回收家庭生活污水余热可节能达采用热泵技术回收家庭生活污水余热可节

58、能达50 % ,50 % ,对于对于10 10 人以上的住宅可节能达人以上的住宅可节能达60 %60 %。 根据根据“十五十五”计划纲要要求计划纲要要求,2005 ,2005 年城市污水集中处理率年城市污水集中处理率将达到将达到45 % ,45 % ,根据国务院根据国务院2000 2000 年年36 36 号文件号文件,2010 ,2010 年城市年城市排水管道普及率和城市污水处理率分别达到排水管道普及率和城市污水处理率分别达到90 %90 %和和60 %60 % , ,城市污水排放总量为城市污水排放总量为464 464 亿亿 m3/ am3/ a , ,城市污水二级处理将城市污水二级处理将增

59、加增加6.157 6.157 万万 m3/ dm3/ d。 在污水资源化过程中如何在污水资源化过程中如何回收和利用污水余热回收和利用污水余热是一项十分是一项十分重要的任务。重要的任务。 城市污水是一种巨大的低温余热源。城市污水是一种巨大的低温余热源。北京地区以高碑北京地区以高碑店污水处理厂为例店污水处理厂为例, ,其二级出水温度在冬季为其二级出水温度在冬季为13. 513. 516. 16. 5 5 , ,夏季为夏季为222225 25 ; ;黄河以及长江流域污水处理厂的黄河以及长江流域污水处理厂的二级出水温度为二级出水温度为171728 28 ；哈尔滨某药厂污水温度也在；哈尔滨某药厂污水温度

60、也在20 20 左右左右, ,且在整个采暖期内且在整个采暖期内水温波动不大水温波动不大, ,因此城市污因此城市污水是水水是水/ / 水热泵或水水热泵或水/ / 空气热泵优良的低温热源。空气热泵优良的低温热源。 我国污水的排放量巨大且主要集中在城市。我国污水的排放量巨大且主要集中在城市。例例如如,2000 ,2000 年黑龙江省污水排放量为年黑龙江省污水排放量为11. 37 11. 37 亿亿 m3 (m3 (其中工其中工业废水为业废水为5. 26 5. 26 亿亿 m3 ,m3 ,生活污水为生活污水为6. 11 6. 11 亿亿 m3) ,m3) ,主要主要集中在哈尔滨、大庆、牡丹江等集中在哈