建筑节能原理与技术7—热泵

建筑节能原理与技术（7）安徽工业大学建筑工程学院建筑环境与能源应用工程系张治,1热泵技术定义,第6章热泵节能技术,利用高位能（电能或高温热能）使热量从低位热源流向高位热源的装置。热泵技术，按低位热源可分为：水源（海水、污水、地下水、地表水等）热泵，地源（包括土壤、地下水）热泵，以及空气源热泵。,6.1综述,2热泵技术原理,采用电能驱动，从低温热源中吸取热量，并将其传输给高温热源放热，由此可在夏天为空调提供冷源，或在冬天为建筑采暖提供热源。,构成：主要由四部分构成：压缩机，散热盘管（俗称冷凝器）、膨胀阀、吸热盘管（欲称蒸发器）。,热泵利用压缩机压缩制热后，把外界的热量源源不断的聚集到热泵主机上的加热盘管上，再经过高科技的导热材料使储水器中的水温迅速上升。热水经循环管路送入终端用户室内以供采暖和生活热水。,3热泵技术种类,热泵技术从应用形式可分为：空气源热泵、地源热泵、水源热泵三种，各种形式的热泵有各自的优缺点。,1）空气源热泵,空气源热泵是一种以室外空气为热源的热泵，设备通过和室外空气进行热交换，将室外的低温空气能量回收，供室内采暖的一种热泵形式。家庭常用的分体空调就属于这种形式，在南方大规模应用的风冷机组也是属于这种情况。,（1）优点：用空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭，可无偿地获取；一机两用，具有夏季供冷和冬季供热的双重功能；不需要冷却水系统，省去了冷却塔、水泵及其连接管道；安装方便，机组可放在建筑物顶层或室外平台上，省去了专用的机房。,1、空气源热泵机组特点,（2）缺点：由于空气的传热性能差，所以空气侧换热器的传热系数小，换热器的体积较为庞大，增加了整机的制造成本。由于空气的比热容小，为了交换足够多的热量，空气侧换热器所需的风量较大，风机功率也就大，造成了一定的噪音污染。,当空气侧换热器表面温度低于0时，空气中的水蒸气会在换热器表面结霜，换热器的传热阻力增加使得制热量减小，所以风冷热泵机组在制热工况下工作时要定期除霜。除霜时热泵停止供热，影响空调系统的供暖效果。冬季随着室外气温的降低，机组的供热量逐渐下降，此时必须依靠辅助热源来补足所需的热量，这就降低了空调系统的经济性。,窗式热泵空调系统原理图,分体式热泵空调机组,空气源热泵冷热水热泵机组,空气源热泵热水器,制热量随室内温度的增高而减少；,输入功率随室内温度的增高而增加；,（3）热力特性：,制热量随环境温度的降低而减少；,输入功率随环境温度的降低而下降；,（4）除霜方法：空气除霜：室外空气温度高于23采用；电热除霜：将电加热器放置在蒸发器上；热气除霜：可把一部分高压制冷剂旁通到蒸发器进行除霜，也将供热工况转变为制冷工况进行除霜。,（5）辅助加热,辅助加热源有三种：电加热燃烧燃料加热非峰值电力储存的热量加热,2）地源热泵,地埋管地源热泵系统地源热泵是从土壤中提取能量的热泵设备。通常在地下进行垂直或水平方向埋管，通过管中载热介质（水或乙二醇等溶液），从地下收集热量，再通过热泵系统把热量带到室内；夏季制冷时，系统逆向运行，通过热泵系统把室内热量运送到地下岩土中，实现室内空气与土壤间的热量转移。特点：地埋管地源热泵系统设备投资高，占地面积大，对于市政热网不能达到的独栋或别墅住宅有较大优势。对于高层建筑，由于建筑容积率高，可埋的地面面积不足，所以一般不适宜。,容积率：又称建筑面积毛密度，是指一个小区的地上总建筑面积与用地面积的比率。,16,地源热泵诞生于20世纪80年代中期。据美国10年来的统计资料，地源热泵的运行费用（采暖）比耗电空调节约22%25%，比燃油、燃煤锅炉运行费用节约40%60%。系统平均寿命预计1518年，开式循环系统30年，闭式循环系统寿命预计50年。,17,18,水平盘管埋设,水平直管埋设,管道并联连接,管道串联连接,不同地热能交换形式的地源热泵系统,钻孔放线定位,管材、耗材准备,成孔钻进,上管卡,打压试验,孔深孔径检查,钻孔放线定位,钻孔施工,下管回填,下管,钻机定位,二次打压,回填料,地埋管施工过程流程图,主要施工工艺：,主要管件：,合金钢钻头,简易龙门钻机,钻井机具设备：,钻井用D65钻杆,液压式钻机,施工过程：,2.下管,1.灌浆正循环回转钻孔,3.水平管连接,4.水平管连接,优点：造价和运行费用比地源热泵低，另外水井很紧凑，不占什么场地，技术也相对比较成熟，打井队也容易找。,缺点：地下水回灌尚未得到很好解决。地下水的过度开采可能引发地下水资源浪费、水位下降和地面沉降等环境的质量问题，以及地下水回灌过程中所可能引发的二次污染问题。,地下水地源热泵系统地下水地源热泵系统就是抽取浅层地下水（100m以内），经过热泵提取热量或冷量，再将其回灌到地下。,单井系统,双井(多井)系统,开环地表水源热泵系统,闭环地表水源系统,地表水地源热泵系统,5.1.2热泵的起源及发展,“热泵”这个名词最早在欧洲使用约在十九世纪初。当时，人们对能否可用“泵”将热量从温度较低的介质送到温度较高的介质中这一问题发生了浓厚的兴趣。但就压缩式热泵的理论来说，可追溯到1824年法国物理学家卡诺发表的著名论文。,卡诺SadiCarnot,4热泵的起源与发展,论证“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”,詹姆斯普雷斯科特焦耳,1852年，英国威廉汤姆逊（后改名开尔文）发表论文，提出了热量倍增器（HeatMultiplier）的概念，首次描述了热泵的设想。,开尔文LordKelvin,室外空气吸入气缸中进行膨胀，降温冷却的空气通过室外换热器吸收环境空气中的热，再进入排出气缸被压缩到大气压力，使其温度升到高于环境温度，送往用户，以供采暖之用。,5.1.2热泵的起源及发展,T,s,T2,T0,3,4,1,2,布雷顿（Bragton）循环,与制冷机的发展相比，由于取暖的方式多样化，简单而价廉，因此当时在技术上对热泵的迫需性就不大。这就是热泵的发展明显地滞后于制冷机的原因。,直至20世纪2030年代，热泵有了较快的发展。原因：一方面，在这之前工业技术特别是制冷机的发展为热泵的制造奠定了良好的基础；另一方面社会上出现了对热泵的需要。,英国的第一台热泵：,这台热泵是以空气为热源作热水供应和采暖用的。,英国霍尔丹（Haldane）于1930年在他的著作中报导了1927年在苏格兰安装试验的一台家用热泵的安装及试验情况。,最早的大容量热泵应用：,在19301931年间，美国南加利福尼亚爱迪生公司的洛杉矶办事处（LosAngeles）利用制冷设备供热。,供热量达1050kw，制热系数达2.5。,欧洲第一台较大热泵：,19381939年间，安装于瑞士苏黎世。以河水作低温热源，采用离心式压缩机，R12作工质。向市政厅供热175kw，制热系数为2，输出水温60。有蓄热系统，高峰负荷时采用电加热作为辅助加热。,日本的热泵试验及应用：,1930年第一次报导热泵试验1937年在大型建筑物内装备热泵空调系统，采用透平式压缩机，以泉水为低温热源。,热泵工业在20世纪40年代到50年代早期获得迅速发展。40年代后期出现许多更加具有代表性的热泵装置。,5.1.2热泵的起源及发展,1948年小型热泵有了很大的进展，家用热泵和工业建筑用的热泵大批投放市场。在英国50年代也产生了许多小型民用热泵。,热泵工业在20世纪50年代到60年代初得到了迅速的成长，而60年代和70初期的美国热泵工业又因可靠性低及设备费用高的问题一度受到抑制。60年代因电价的持续下降，人们更青睐使用电加热器。,1973年“能源危机”的出现，热泵又以其回收低温废热，节约能源的特点，在产品经改进后，重新登上历史舞台。,我国热泵空调发展,热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。20世纪70年代末期，世界范围的能源危机，为热泵空调的发展与应用提供了机遇。20世纪80-90年代末，我国暖通空调领域掀起一股“热泵热”。,1980年上海工业局设计室与上海冷气机厂为上海某商场设计了国内第一套空气水热泵空调系统，运行效果良好。90年代开始，热泵空调器开始步入百姓家庭。在北京、上海、广州、深圳四城市普及率达42.8%。90年代，水环热泵空调系统在我国得到广泛应用。据统计，1997年工程共52项。,5.1.2热泵的起源及发展,6.2多联式空调系统,1背景：多联式空调系统诞生于20世纪80年代，虽然只有20余年的发展历程，但由于它是一种直接蒸发式空调系统，减少了二次换热环节，且有室内及独立控制、使用灵活、扩展性好、占有安装空间小且无需专用空调机房等突出优点，目前已经成为中、小型办公、商用及民用建筑中应用最多的空调系统形式之一。,多联式空调系统,2多联式空调系统的原理、特点与分类（1）多联式空调系统的定义与工作原理,多联式空调系统示意图,（2）多联机的特点多联式空调系统是为适应空调机组集中化使用需求在分体式基础上发展起来的一种新型制冷剂空调系统。其主导思想是“变制冷剂流量、一拖多和多拖多”，体现变制冷剂流量空调的节能理念。多联机空调系统具有以下基本特点：每个变冷媒流量多联式空调系统均由一台室外机和多台室内机组成。室外机由一根冷媒配总管引向室内，通过分支管与室内机相连接。多联式空调系统的室内机款式、容量多种多样，用户可以根据每个房间的具体情况灵活选择，可以较好地满足空调使用要求和建筑室内装饰效果。,多联式空调系统冷媒连接管最长可达100150米，室内外机间高度差可达50米，因此室外机可根据工程现场情况灵活安排，能较好地解决空调使用和建筑设计效果的冲突。多联式空调系统智能化控制水平高，每台室内机都能直接启动空调系统，并可方便地实现温度、风量、风向、状态等的自动控制与设定。各台室内机的开停控制、工况设定等均可独立进行，极大地方便了用户对中央空调系统的不同需求。,（2）多联式空调系统设计与应用中应注意的问题冷量的衰减：制冷剂管路的长度与室内外机组的高差影响着空调系统的冷量衰减。随着制冷剂管长度及室内外高差的变化，多联式空调机组的冷量衰减相差很大。在设计中要考虑到容量修正系数，在系统设计时要尽量使一个系统的室内外机之间的距离最短，高差最小，对高差大、管路长的系统要适当增加机组的容量，这样才能保证空调使用的效果。,室内外机的匹配：多联式空调系统把不同功能和不同使用时间的房间合在同一个空调系统中，应考虑同时使用系数，对室内外机进行合理匹配。同时使用系数多少视具体情况而定，但是室内机和室外机的容量比既不能低于50，也不能超过130。,凝结水管的安装问题：多联式空调系统的室内机自带凝结水排升泵，这给设计带来极大的方便。实际工程中凝结水管的长度应尽量短，并要有0.01的坡度，以免形成管内气阻，排水不畅。如果凝结水管坡管不够时，可制一个排水升程管。升程管的高度应小于各种型号凝结水排升高度的规定值。升程管距室内机应小300mm。,5.3.2.水源热泵,1）地表水源热泵,2）地下水源热泵,3）污水源热泵,4）水环热泵,6.3水源热泵,水源热泵机组（Water-SourceHeatPump）：是指以水为热源的可进行制冷/制热的一种整体式热泵机组，通常是水/空气或水/水两种水源热泵机组,水源热泵种类：,5.3.2.水源热泵,1、水源热泵机组特点和分类,（1）优点：水的比热容大，传热性能好，所以使换热设备较为紧凑；水温一般也较稳定，从而可使热泵运行性能良好。1）属可再生能源利用技术：利用的是清洁的可再生能源的一种技术；,2）高效节能：冬季，水温比气温高，供热循环的蒸发温度高，能效比也高；夏季，水温比气温低，制冷的冷凝温度降低，冷却效果好于风冷式和水冷却塔式，机组效率提高；,5.3.2.水源热泵,3）运行稳定可靠：水温一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气，是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，没有空气源热泵冬季除霜等问题；,4）环境效益显著：水源热泵没有任何污染，可建造在居民区内，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量；,5）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，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。,5.3.2.水源热泵,（2）缺点：,1）可利用的水源条件限制：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。而且水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度；,2）水层的地理结构的限制：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，保证用后尾水的回灌可以实现；,5.3.2.水源热泵,3）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，一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同，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。,（3）分类：目前常用的有两类：一是小型的水/空气热泵机组和水/水热泵机组(四通换向阀功能转换)；二是可用于集中供热、供冷的水/水热泵机组，它以地下水、地表水、城市污水为热源。,5.3.2.水源热泵,地下水源热泵,地表水源热泵,污水源热泵,水环热泵,一般可分为：,2、地表水源热泵（Surface-WaterHeatPump),地表水地源热泵是利用江、河、湖、海的水作为热源或热汇的热泵系统。,（1）地表水的特点：1）河流水温的变化：随季节、纬度和深度不同而变化2）江河水流量变化大3）河流含沙量大4）河流天然水质差异明显,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开式和闭式两种系统。,5.3.2.水源热泵,开式,闭式,通过取水口，并经简单污物过滤装置处理，然后在循环泵的驱动下，将处理后的地表水直接送入热泵机组或通过中间换热器进行换热的系统。,将封闭的换热盘管按照特定的排列方式放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热盘管管壁与地表水进行热交换的系统。,（2）地表水源热泵的分类,开式地表水换热系统,5.3.2.水源热泵,闭式地表水换热系统,5.3.2.水源热泵,开式和闭式系统性能比较：,闭式循环介质较清洁，可避免内部堵塞，但盘管外部可能会结垢；闭式环路系统水泵扬程只需克服系统中的流动阻力，可减少泵功率；闭式循环机组循环介质的温度一般要比地表水的水温低27，闭式循环热泵的EER或COP相对开式系统略低。,5.3.2.水源热泵,地表水源热泵系统：,3、地下水源热泵（Ground-WaterHeatPump）,地下由于地层的隔热和蓄热作用，其水温四季变化较小，特别是深井水，温度常年基本不变，对热泵运行有利。,（1）特点：与传统空气源热泵比较,1）具有较好的节能性：地下水温稳定，冬暖夏凉，机组的供热季节性能系数和能效比高；,2）显著的环保效益：地下水为清洁能源；,3）具有良好的经济性：节约运行费用；,4）能够减少高峰需电量；,5）回灌是地下水源热泵的关键技术：生态问题,5.2热泵的分类,（2）地下水源热泵系统分类,1）按回灌井的设置，地下水源热泵系统可分为两种，一种为同井回灌，另一种为异井回灌。,同井回灌,异井回灌,5.3.2.水源热泵,取水和回水在不同的井内进行，从一口抽取地下水，送至井口换热器中，与热泵低温水换热，地下水释放热量后，再从其它的回灌井内回到同一地下含水层中。若地下水水质好，地下水可直接进入热泵，然后再由另一口回灌井回灌回去。,异井回灌,5.3.2.水源热泵,取水和回灌水在同一口井内进行，通过隔板把井分成二部分，一部分是低压（吸水）区，另一部分是高压（回水）区。当潜水泵运行时，地下水被抽至井口换热器中，与热泵低温水换热，地下水释放热量后，再由同井返回到回水区。,同井回灌,5.3.2.水源热泵,2）开式系统和闭式系统,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直接定点排放。,由于可能导致管路阻塞，更重要的是可能导致腐蚀的发生，通常不建议在地源热泵系统中直接应用地下水。,闭式系统：通过一个板式换热器将地下水与建筑物内的水系统分隔开，避免了建筑内热泵系统设备的腐蚀。,5.3.2.水源热泵,5.3.2.水源热泵,（3）人工回灌,地下水人工补给即回灌，就是将被水源热泵机组交换热量后排出的水再注入地下含水层中去。,2）回灌水的水质,1）地下水回灌目的:,补充地下水源，调节水位，维持储量平衡,回灌蓄能，如冬灌夏用，夏灌冬用,保持含水层水头压力，防止地面下沉,目前，尚无回灌水水质的国家标准，各地区和各部门制定的标准不尽相同。应坚守一个准则：回灌水质要好于或等于原地下水水质，回灌后不会引起区域性地下水水质污染。,包括建筑物内的空调系统的设计和水井系统（地下水换热系统）的设计两大部分。地下水换热系统设计包括：工程场区调查与地下水水文地质勘察（编写勘察报告）地下水间接供水和直接供水系统系统形式的选择（水质要求）工程项目所需的地下水总水量的确定热源井（抽水井和回灌井的总称，主要有管井、大口井、辐射井等）,（4）地下水源热泵空调系统设计要点：,4、污水源热泵,水源热泵的一种，以城市生活或工业污水为低位热源，将污水排放与城市能源结合起来，实现了“变废为宝”。此项技术在美国、北欧及日本等国家已有了广泛的应用，2004年初，中国首例利用污水供热制冷的项目在北京密云污水处理厂开始试运行。,（1）城市污水的特点,冬暖夏凉：冬季一般在1220之间，夏季一般在20-28之间；全年水温变化小和受气候影响小；污水排热量稳定；来源充足，接入方便。,5.3.2.水源热泵,（2）污水源热泵系统的优点,1）冬季利用污水中的热量供热，利用可再生能源。（环保）2）机组效率高，节省运行费用。（节能）3）省却冷却塔，节省宝贵的水资源，减少占地面积。4）污水量大、温度稳定，可获取的能量多，是国家大力提倡的节能减排项目之一。,5.3.2.水源热泵,（3）分类根据热泵是否直接从污水中取热量，可分为直接式和间接式两种。1）间接式：指热泵低位热源环路与污水热量抽取环路之间设有中间换热器或热泵低位热源环路通过水/污水浸没式换热器在污水池中直接吸取污水中的热量。2）直接式：城市污水直接通过热泵，或热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂气化吸取污水中的热量。,5.3.2.水源热泵,5.3.2.水源热泵,污水干渠取水设施,1-污水干渠；2-过滤网；3-蓄水池；4-污水泵；5-旋转式筛分器；6-已过滤污水水泵；7-污水/制冷剂换热器；8-回水和排水管,污水源热泵采暖、生活热水系统图,5.3.2.水源热泵,5、水环热泵空调系统,指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/空气热泵机组（水源热泵机组）并联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特征的热泵供暖、供冷的空调系统。,1）定义,2）系统组成,由四部分组成：室内水源热泵机组（水/空气热泵机组）；水循环环路；辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）；新风与排风系统。,5.3.2.水源热泵,1水/空气热泵机组；2闭式冷却塔；3加热设备（如燃油、气、电锅炉）；4蓄热容器；5水环路的循环水泵；6水处理装置；7补给水水箱；8补给水泵；9定压装置；10新风机组；11排风机组；12热回收装置,水环热泵空调系统原理图,5.3.2.水源热泵,3）运行特点,系统在不同的季节下按不同的工况运行。,a、夏季工况1,全部机组处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，使水温下降到35以下。,1-水/空气热泵机组；2-冷却塔；3-辅助热源；4-循环泵,机组供暖,机组供冷,5.3.2.水源热泵,b、夏季工况2,大部分机组处于制冷工况，使循环水温上升，达到32时，部分循环水流经冷却塔。,1-水/空气热泵机组；2-冷却塔；3-辅助热源；4-循环泵,机组供暖,机组供冷,5.3.2.水源热泵,c、过渡季工况,周边区的热负荷与内区的热负荷比例适当，排入水环路中的热量与从环路中提取的热量相当，水温维持在1332范围内，冷却塔和辅助加热器停止运行，如有多余的热量，则向蓄热器充热。,1-水/空气热泵机组；2-冷却塔；3-辅助热源；4-循环泵,机组供暖,机组供冷,5.3.2.水源热泵,d、冬季工况1,全部机组处于制热工况，从环路中吸取热量，辅助加热器全部运行，使水温不低于13。,1-水/空气热泵机组；2-冷却塔；3-辅助热源；4-循环泵,机组供暖,机组供冷,5.3.2.水源热泵,e、冬季工况2,大部分机组处于制热工况，使循环水温下降，达到13时，部分辅助加热器投入运行。,1-水/空气热泵机组；2-冷却塔；3-辅助热源；4-循环泵,机组供暖,机组供冷,5.3.2.水源热泵,4）水环热泵系统的特点,a、具有回收建筑内余热的特有功能,b、具有灵活性,室内水/空气热泵机组独立运行的灵活性;系统的灵活扩展能力;系统布置紧凑、简洁灵活;运行管理的方便与灵活性;调节的灵活性。,c、可达到同时供冷供热的效果,d、设计简单、安装方便,没有制冷机房和复杂的冷冻水等系统；设计周期短（常规空调系统的一半）；现场没有制冷剂管路的安装。,5.3.2.水源热泵,e、小型机组的性能系数较低,小型机组的制冷EER一般在2.764.16之间；供热COP一般在3.35之间。,f、噪音高于风机盘管机组,5）水环热泵系统的设计要点,a、建筑物供暖和供冷负荷,由于水环热泵系统的一些特殊问题，在计算建筑物供暖和供冷负荷时应明确以下几点：要先明确建筑物的分区；计算分区热、冷负荷；计算确定热负荷系数K值的变化范围。,热负荷系数K定义为建筑物中热负荷与同时存在的热负荷与冷负荷之和的比例。,5.3.2.水源热泵,b、水/空气热泵机组的选择,机组形式的选择：机组形式主要有水平式、立式、座地明装式、立柱式、屋顶式等；机组容量的确定：确定步骤主要有确定机组运行基本参数（机组进风参数、风量、水环路进水温度、机组水量等参数的函数）、确定机组空气处理过程、选择机组形式、确定机组主要性能指标（制冷量、制热量等）。,5.3.2.水源热泵,c、机组风道的设计,室内水/空气热泵机组均为余压型机组，设计水/空气热泵机组风管时，应注意：设计中要根据机组提供的机外余压值的大小来设计机组风管尺寸，否则将会影响机组的送风量；一般来说，机组的机外余压不大，因此，风管中风速不宜过大，一般为2-3m/s。,5.3.2.水源热泵,d、加热设备,如果内区向环路释放的热量少于周边区从水环路吸取的热量时，环路中水温会下降，降至13时，必须投入加热设备。目前，加热方式主要有两种：加热设备将热量加入循环管路的水中；加热设备将热量直接加入室内循环空气中。,d、排热设备,当环路中水温高于32时，排热设备必须投入运行，将环路中多余的冷凝热向外排放。排热方式主要有三种：开式冷却塔加换热设备；闭式蒸发式冷却塔。,5.3.2.水源热泵,e、蓄热水箱,目的：水环热泵空调系统通过水环路实现了热量的空间转移，然而，内区需要转移的热量与周边区所需要的供热量之间很难平衡。因此，在水环热泵空调系统中常设置蓄热水箱，以改善系统的运行特性；类型：低温、高温蓄热水箱。设置蓄热水箱可以实现内区按制冷工况运行的机组向环路中释放的冷凝热与周边区按制热工况运行的机组从环路中吸取热量的热平衡，从而降低冷却塔和水加热器的年耗能量。,1-蓄热水箱；2-循环水泵；3-备用泵；4-空气分离器；5-定压装置；6-水加热器；7-闭式冷却塔；8-冷却水泵,低温蓄热水箱原理图,功能：实现热量在时间上的转移，从而降低了冷却塔和水加热器的年耗能量。,1-高温蓄热水箱；2-循环水泵；3-备用泵；4-空气分离器；5-定压装置；6-闭式冷却塔；7-冷却水泵,高温蓄热水箱原理图,功能：利用夜间低谷期电加热水，以供白天用电高峰期使用，蓄热水箱内的水一般加热到82，甚至更高。,6）水环热泵系统的适用范围,a、水源热泵空调系统适用于冬季不太冷又需供暖的地区；b、最适合于冬季内区热负荷较大的商场与办公楼；c、全年绝大部分时间按制冷工况运行的场合，使用水环热泵与使用风机盘管系统相比，是不节能，不环保的；d、在建筑物有余热的条件下，水环热泵空调系统按供热工况运行时，才具有节能和环保意义。因此，在建筑物内区有余热，外区需要用热，时间越长，其节能效果越好。,1-小型水空气热泵机组；2-闭式冷却塔；3-太阳能集热器；4-太阳能加热器；5-太阳能热水循环泵；6-辅助加热器；7-水环路循环水泵,太阳能热水系统与水环热泵系统彼此独立，组成封闭式系统；设置辅助加热器解决太阳能热水系统供热不足或可靠性问题；太阳能热水系统、辅助加热器同水环系统并联，通过调节阀使高温水与环路回水混合，保证环路水温在上下限值之间波动（稳定）。,某闭式太阳能水环热泵空调系统图,1-小型室内水空气热泵机组；2-水循环环路；3-环路的循环水泵；4-定压装置；5-补水系统；6-板式换热器；7-抽水井群；8-回灌井群；9-集管；10-支管,井水源水环热泵空调系统闭式图示,5.3.3.土壤源热泵,1地源热泵的主要技术优势,3）当室外气温处于极端状态时，用户对冷量或热量的需求一般也处于高峰期，由于土壤温度相对地面空气温度的延迟和衰减效应，从而在耗电量相同的条件下，可以保持夏季的供冷量或冬季的供热量；,1）地下土壤温度一年四季相对稳定（约为1220），冬季比外界环境空气温度高，夏季比环境温度低，这使得土壤源热泵比传统空调系统运行效率高出约2050%；,2）土壤具有良好的蓄热性能，冬、夏季从土壤中取出的能量可分别在夏、冬季得到自然补偿，从而实现了冬、夏能量的互补性；,6.4地源热泵,4）土壤热交换器无需除霜，没有融霜除霜的能耗损失；,5）地下热交换器在地下吸、放热，减小了空调系统对地面空气的热、噪音污染；,6）设计安装良好的土壤源热泵系统，可以节约用户3040%的供热制冷空调的运行费用。,2地源热泵的缺点,1）土壤热交换器的供热性能受土壤性质影响较大，长期连续运行时，热泵的冷凝温度或蒸发温度受土壤温度变化的影响而发生波动；,5.3.3.土壤源热泵,2）土壤的导热系数小而使土壤热交换器的单位管长放热量仅为2040W/m，一般为25W/m左右。因此，当换热量较大时，土壤热交换器的占地面积较大；,3）土壤热交换器的换热性能受土壤的热物性参数影响较大，如传递相同的热量所需传热管管长在潮湿土壤中为干燥土壤中的1/3；,4）初投资较高，仅土壤热交换器的投资约占系统投资的2030%,3土壤换热器的设计步骤,确定建