水源热泵在空调系统中的应用

1、水源热泵在空调系统中的应用摘要：本文通过对水源热泵空调系统设计方案的分析及水质处理，说明水源 热泵是一项高效节能型、环保型并能实现可持续发展的新技术，它既不会污染地 下水，又不会影响地面沉降。因此，目前在国内空调行业引起了人们广泛的关注， 希望尽快应用这项新技术。关键词：水源热泵、地下水、板式换热器一、水源热泵技术1、水源热泵的起源及发展水源热泵是一种高效、节能、环保、经济实用的中央空调形式。我国该项技 术却处于刚刚起步阶段，但是发展势头却很好，已经研制出各种系列的机组，其 技术水平也逐渐达到国际水平。2、水源热泵工作原理及系统组成水源热泵空调系统是一种利用含有大量稳定能源的地下水，作为空调系

2、统排 热或吸热的热源，从而实现房间空气调节的系统。也就是说，在冬季该系统可代 替锅炉，从地下水中吸取热量，向房间供热；在夏季该系统又可代替空调系统的 室外机和冷却塔，将房间的热量传至地下水，实现房间的降温。水源热泵系统由：用户、主机系统及水源系统组成（如图1）。用户系统由 用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、静电水处理仪、各种末端空气处理设备、 膨胀定压设备及相关阀门配件组成。主机系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀 阀、各种制冷管道配件和电气控制系统等组成。水源水系统由水源取水装置、取 水泵、水处理设备、输水管网和阀门配件等组成。制冷/制热工况是通过阀门切 换来实现的。夏季制冷时阀门B开启，阀

3、门A关闭，冬季制热时阀门A开启，阀 门B关闭。即：水源水进入冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统时为制冷工 况；反之则为制热工况。3、水源热泵的适用条件选用水源热泵机组作为中央空调冷热源的首要条件是：具备可以利用的、可 靠的地下水源。（1）、水源充足：地下水水量应满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 是由水源热泵冷热水机组性能、井水水温及建筑物空调的冷、热负荷等因素决定 的。因此，所原则地下水井输水量应满足工程上的需要。（2）、水温适度：井水水温越高，水源热泵机组制热能力和性能系数越大。因此，希望井水水 温不要太低。一般要求：热泵工况时，井水水温为12-22C，以不低于10C

4、为宜; 制冷工况时，井水水温为18-35C。、水质适宜:防止对管路、设备等产生腐蚀、磨损、堵塞等，所以保证水质质量是十分重 要的。4、水源热泵的独特优势、高效节能：水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22C，水体温度比环境空气温度 高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。夏季水体温度为18-35C, 水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷 式和冷却塔式，机组效率提高。、运行稳定可靠：地下水温度较恒定的特点，使得水源热泵系统运行更稳定可靠，整个系统的 维护费用也较锅炉、制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。、一机多用，应用范围广：水源热泵系统可

5、供暖、空调、还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替 换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。特别是对于同时有供热和供冷要求的建 筑物。二、水源热泵的系统设计方法水源热泵机组的选择和普通的制冷机组近似。水源热泵的运行效果如何，关 键在于地下水系统的合理设计及水质处理。下面就地下水系统的设计步骤和水质 处理方法进行阐述。1、完成试验井在建设工地的现场，根据场地的大小选择一个以上的试验井，由当地水文地 质单位测出每个井的日出水量和小时出水量。2、确定工程所需的地下水总水量地下水的流量主要与所选的水源热泵性能、地下水的温度、建筑物的冷热负 荷及所选的地下水系统形式有关。在夏季制冷工况时，地下水作为冷却水

6、使用。地下水的流量为：IG =-L: F式式中：GL夏季供冷所需地下水流量，kg/s；QL建筑物夏季设计冷负荷，KW；CPW水的定压比热，kJ/(kg.k)；tg1进入热泵换热器的水温，即地下水温，C；tg2离开热泵换热器的水温，C；EER热泵机组的能效比。从式(1)式中可以看出，当进入热泵机组的水温恒定时，所需的地下水流 量主要与离开热泵换热器的水温有关。水温越高，虽然所需水流量减少，但热泵 机组的能效比却降低。假定地下水的温度为15C，机组换热器的最小传热温差为5C，计算在相同 的蒸发温度，不同的冷凝温度情况下，热泵的能效比和地下水流量的变化情况如 下表1：表1：地下水进出口温差不同时，机

7、组能效比与水流量的变化地下水进出口温差(C)350 151252冷凝温度（C）223344350505蒸发温度（C）000000离开热泵的水温122334(C)805050机组相对能效比118766(%)12002.60.45.51.3所需地下水相对流量115322(%)63.4001.95.97.42.3计算结果表明，当进入热泵的进出口水的温差大于20C以后，所需地下水的 流量减少的程度变缓，而且机组能效比急剧降低；而当温差小于5C时，所需地 下水流量急剧增加，但机组的效率并没有显著的提高，因此，地下水的进出口温 差最好在15C以内。一般进出口温差在5-10C时，机组整体经济性比较好。在冬季

8、供热工况时，所需地下水流量为：I 二 Qhcup 1， 一 ，. 项 式（2）式中：QH冬季空调设计热负荷，KW；CPW水的定压比热，kJ/（kg.k）；tw1进入热泵换热器的水温，即地下水温，C；tw1进入热泵换热器的水温，即地下水温，C；tw2离开热泵换热器的水温，tw2离开热泵换热器的水温，C；COP-机组冬季制热性能系数。从式(2)式中可以看出，在相同负荷和进出口温差的情况下，冬季所需的 地下水流量小于夏季，但冬季地下水离开热泵机组的温度应高于水的凝固点温度。3、地下水的处理地下供水井的数量一般根据地下水井产水量及所需地下水量决定。采用地下 水的热泵系统必须考虑地下水的回灌，否则，因为

9、长期的地下水抽取，必然引起 地下水位的降低，造成地面塌陷。供水井和回水井必须保持一定的间距，以免影 响供水井的水温。地下水的水温和水质随地理环境、地质条件以及循环深度不同而变化。有些 水源含有泥沙、有机物与胶体悬浮物，使水变得浑浊。水源含沙量高会对机组和 管阀造成磨损。含沙量高和浑浊度高的水用于地下回灌也会造成含水层的堵塞。 因此，一般规定水源热泵系统的水源，含沙量小于1/200000，浊度应小于 20mg/L。如果系统中采用板式换热器，水源中固体颗粒的粒径应小于0.5mm。如果水源的水质不是适宜水源热泵机组使用时，可采用相应的技术措施进行 水处理，使其符合要求，经常采用大的水处理技术有以下几种。、除砂器与沉淀池、净水过滤器、除铁设备、板式换热器结论由于煤、油、天燃气等属不可再生能源，我国的能源储备有限，同时又面临 环境保护、可持续发展等问题，所以，如何提高能源利用效率，更多的利用可再生能源、减少环境污染，是我们应该注重的问题。而水源热泵技术对于解决上述 问题，是一种很好的选择。水源热泵作为一种环保节能的空调方式，利用地下水的热源，避免了燃料燃 烧产生的污染，具有良好的综合能效比，因此大力发展热泵空调很有必