毕业论文范文——水源热泵在空调系统中的应用与分析

水源热泵在空调系统中的应用与分析摘要：从水源热泵的工作原理出发，介绍了水源热泵空调系统的特点，对水源热泵节能条件进行简要分析，并探讨了水源热泵设计应用中存在的问题。 关键词：水源热泵；空调系统；节能 Study on Application and Analysis of Air Condition Systems with Water Source Heat Pump Abstract：Based on the working principle of water source heat pump，this paper presents the feature of air condition systems with water source heat pump，then analyzes the conditions of saving energy of the water source heat pump，and talks about the questions in design and application of water source heat pump Key words：water source heat pump；air condition systems；saving energy 目前热泵已被各国公认为是一种有利于环境保护的高效节能装置。从世界范围看，水源热泵已处于成熟期，但是地下水温度的高低仍然影响着水源热泵的节能效果，本文从地下水源的温度变化对热泵节能效果的影响进行了论述。 1 水源热泵技术的工作原理及流程 原理：水源热泵技术是利用地球表面浅层水，并利用热泵原理，通过少量的电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵技术在空调系统中的应用，主要是利用水源热泵机组代替传统的制冷机组和锅炉，以水为储存和提取能量的基本介质,借助压缩机系统，消耗少量电能，在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，冬季则从水源中提取热量，以达到调节室内温度的目的1。图1 水源热泵工作流程图 流程：水源热泵技术的工作流程工作流程如图1：工质1为热源水，工质2为热泵中的介质(如R22)，工质3为循环水，工质1流经热泵时，与蒸发器中的工质2进行热交换，工质2吸收热量后，蒸发成低压蒸汽，经压缩机提高压力和温度后，进入冷凝器凝结成液体并向工质3放出热量，这热量实际上包括来自低位热源热量和压缩机的功耗工质3的热量即可供建筑物取暖所需，工质从冷凝器的高压下膨胀而进入蒸发器，再开始新的工作循环。制冷工作流程与此相反。2 水源热泵的特点2.1 水源热泵属于可再生能源利用技术23 水源热泵是利用了地球表面或浅层水源作为冷热源，进行能量转换的空调系统。地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了47的太阳能量， 比人类每年利用能量的500倍还多。水源热泵技术利用储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，为人们提供供暖空调，当之无愧的成为可再生能源一种形式。而水源热泵技术利用地下水以及地表水源的过程当中，不会引起区域性的地下以及地表水污染。实际上，水源水经过热泵机组后，只是交换了热量，水质几乎没有发生变化，经回灌至地层或重新排人地表水体后，不会造成对于原有水源的污染。可以说水源热泵是一种清洁能源方式。2.2 水源热泵属于经济有效的节能技术4 地球表面或浅层水源的温度一年四季相对稳定，一般为IO25，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源。这种温度特性使得水源热泵的制冷系数达到4.35.5、制热系数可达3.64.1。与锅炉(电、燃料)供热系统相比，锅炉供热只能将90 以上的电能或70 90 的燃料内能转化为热量，供用户使用。与传统的空气源热泵相比，空气源热泵的制冷、制热系数通常为2.23.0，水源热泵方式的能量利用效率要比空气源热泵高出40以上。另外，地球表面或浅层水源温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。2.3 水源热泵的环境效益显著 水源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40 以上，与电供暖相比，相当于减少70 以上，如果结合其他节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25 的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。3 水源热泵的节能分析 水源热泵使用时节能与否主要与冷却水(供冷时)或热源水(供热时)进水温度有关，以下就从这一方面分析水源热泵的节能条件。为了能用一个普遍的公式来近似地表达机组性能与冷却水(或热源水) 进水温度的关系，国外有关专家在总结了水源热泵各生产厂家给出的产品性能参数表的基础上，结合美国ARI320标准的有关规定得出以下关系式 Qc=(1.21-0.0072TL)QCARI COPc=(1.64-0.0216TL)COPCARI QH=(0.92+0.018TL)QCARI COPH=(0.85+0.0072TL)COPHARI 式中: QC为供冷量,W； QCARI为ARI320标准规定供冷量,W；COPc为供冷性能系数； COPCARI为ARI320规定的供冷性能系数； QH为供热量,W； COPH为供热性能系数； COPHARI为ARI320规定的供热性能系数； TL为冷却水进水温度,。 由上述关系式表达出的机组性能变化趋势可以绘制出水源热泵机组冷却水进水水温与机组相对性能之间的关系曲线5，见图2、图3。 图2 水源热泵供冷性能图 图2表明，当水源水进水温度上升时，机组的供冷性能不断下降，当水温上升到35时机组性能便下降为ARI320标准性能的10，这时为了维持机组的性能要开动水系统中的冷却装置，将热量排人大气。 图3 水源热泵供热性能图 图3表明，当水源水进水温度下降时，机组的供热性能不断下降，当水温下降到15时机组性能便下降为ARI320标准性能的10，这时为了维持机组的性能必须将加热装置投入使用，加热冷却高温水，以补充热量6。由此可见，虽说水源热泵有很多优点，但为了节能，使用它也有一些限制条件，这就是水源热泵水源水的温度必须维持在1535。因为当水温35供冷运行都将使水源热泵的初投资运行费用大大升高，很难达到节能的目的。 因此水源热泵最优的节能条件是水源温度为1535 4 水源热泵的优缺点4.1 水源热泵的优点79 4.1.1 高效节能 水源热泵机组可利用的水体温度冬季为1222，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。夏季水体为1835，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。 4.1.2 运行稳定可靠 地下水温度较恒定的特征，使得地下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一制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。 4.1.3 一机多用，应用范围广 水源热泵系统可供暖、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，水源热泵有着明显的优点。不仅节省了大量能源，而且用一套设备可以同时满足供热和供冷的要求，减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，小型的水源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。 4.1.4 灵活应用 有的建筑物内，特别在过渡季节，部分区域需要供冷，部分区域需要供热，水源热泵可以同时供冷和供热，可以实现建筑内冷热量的转移和平衡，从而系统少用能源。4.1.5 便于计量和收费，系统管理方便 水源热泵的动力由电提供，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。4.1.6 节约投资 水源热泵系统不需设冷冻机房。不设大的通风管道，不设大的锅炉房和没有冷冻水系统。安装和投资费用大大减少。水源热泵的空调系统，夏季管内冷却水供回水设计温度30 35 ，冬季供热水温度仅为16 21 ，因此，水管路系统可以不保温，管路系统的初投资与维护费用降低。4.1.7 环境效益显著 水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30以上，与电供暖相比，相当于减少70以上。 水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。 水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。4.2 水源热泵的缺点 1) 制冷量较大(10kW 以上)的水源热泵空调机组，由于机组内压缩机的功率大，因而噪声较大，在设计安装时要考虑一些降低噪声的措施。 2) 利用新风比较麻烦，新风管道必须敷设到安装10，水源热泵空调机的房间，对于要求较高的房间，如空气净化、加湿等有要求的房间，附加措施就更为复杂。 3) 水源热泵空调机多数为暗装，必须同建筑和室内装潢相配合，机组质量不好，会给维护带来麻烦。 5 水源热泵机组设计中的一些问题11205.1 可利用的水源条件限制 水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统。水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。当深井水的含砂量超过国家有关规定和标准时，为防止系统的堵塞及磨损应采用除砂器进行除砂。当深井水含盐量较高时，为降低深井水对机组的腐蚀，应在深井水系统与水源热泵机组之间增设钛板换热器。对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件1112。保证用后尾水的回灌可以实现。5.2 投资的经济性 由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，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暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。在中国，目前对水源。尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高。水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是否适合打井和回灌1314。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。5.3 水源的使用政策 我国目前为了保护有限的水资源，制订了中华人民共和国水法，各个城市也纷纷制订了自己的城市用水管理条理15。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，受费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变差。所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。5.4 整体系统的设计 水源热泵系统的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高的水温，但设计的空调系统的末端未加以相应的考虑。也可能会使整个系统的效果变差，或者使得整个系统的初投资增加。所以。水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与1516。5.5 噪声控制问题 由于机组的噪声源除风机之外。还有制冷压缩机的噪声，所以噪声一般很大。此外，不适当的送、回风管路设计也会产生噪声问题。分体式机组就是把机组分为内机和外机两部分。内、外机有工质管道连接；内机由风机和蒸发器(夏季工况)组成。外机由压缩机和冷凝器(夏季工况)组成。选用分体式机组时，内机置于空调房间内，外机置于空调房间外的走道、过道等位置的吊顶内，这样空调房间的噪声可以大大下降。采用整体式时，应把机组吊装在卫生间或厨房内。水源热泵的噪声问题是一个重要的问题。在设计和安装过程中一定要加以认真考虑并按要求施工17。5.6 机组的安装问题 水源热泵的安装也是较重要的问题之一。很多水源热泵系统产生问题都是和不当安装相关的。水源热泵机组在许多情况下是采用吊装的型式。与常规的空调机组相比，在相同的冷热负荷条件下。整体式水源热泵机组的外形尺寸大，尤其是机组的高度较高。安装在吊顶内的机组必须考虑此因素。此外机组的重量较重，整体式机组的重心也不一样，这就要求吊装时，必须注意机组的重心，使各吊架受力较均匀，且必须采用弹簧吊架18。6 结语 水源热泵中央空调系统是一种高效、节能、环保型产品，但并不是在任何条件下都可以应用。其制约条件是电源和水源。目前。我国电力供应较充足，容易解决。而水源则是其主要限制条件，没有适合可靠的水源，就不能使用水源热泵。例如有些工程规模大，制冷或制热负荷大，所需水源水量很多，虽然工程场地有一定面积，也可以钻井，但冈水资源量不足难以完全满足工程负荷需要 有些工程所在场地下面虽然有地下水，但是由于该工程地处繁华市区，场地面积狭小，无处布井取水，场地环境条件限制了水源热泵系统的应用1920。 水源热泵主要的特点和优点是冬季供热，夏季供冷，与一般的水冷机组比较没有太多的优点，故水源热泵用在北方有供暖要求的地方才是比较合适。 本着环保节能的原则，水源热泵应是空调系统的优先选择方案，适合于大、中型集中空调之用。当水源温度为1535时，水源热泵运行能达到最理想的节能状态。水源热泵机组在设计过程中所遇到的除砂、除盐以及地下水回灌等问题需要妥善处理。参考文献01 蒋能照空调用热泵技术及应用M北京：机械工业出版社，199702 秦红，文远高，张文华空调系统的地表水利用及其节能和环境影响分析A.全国暖通空调制冷 1998年学术文集c北京：中国建筑工业出版社，199832236603 薛玉伟,李新国,赵军等.地下水水源热泵的水源问题研究.能源工程，2003(2):1013.04 李先瑞,郎四维.热泵的现状与展望.建筑热能通风空调J.1999(3):41-4405 徐伟地源热泵工程技术指南M北京：中国建筑工业出版社，200106 ARI(Air-Conditioning and Refrigeration Institute)ARI320，19