水环热泵空调系统的原理

1、水环热泵空调系统的原理水环热泵空调系统的基本工作原理是： 在水/空气热泵机组制热时，以 水循环环路中的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵 空调系统制热运行的吸热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温 度升高，到一定程度时利用冷却塔放出热量；反之循环环路中的水温度降 低，到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。只有当水/空气热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时，循环环路中的水才能 维持在一定温度范围内，此时系统高效运行。2水环热泵空调系统的优点上世纪80年代初期在我国应用的一些水环热泵空调系统显示出了许 多的优点：如回收建筑物余热的特有功能；不像传统 锅炉那样会

2、对环境产 生污染；省掉或减少常规空调系统的冷热源设备和机房；便于分户计量与 记费；便于安装、管理等。据有关文献的预测分析，水环热泵空调系统上 一种很有前途的节能型空调系统2。下面，本文从组成系统的三个方面 逐一分析水环热泵空调系统的优点。2.1水循环环路方面首先，按水环热泵空调系统在建筑物中的用途，它属于热回收式热泵系统。在室外空气温度较低的情况下，建筑物的周边区需要额外的热量来维持室内温度的稳定舒适；与此同时，建筑物的内区则因为存在室内热源 （如照明、设备、人体等散热），而需要降低室内的温度。水环热泵空调系统通过同时连通建筑物周边区和内区的水循环环路， 可以将内区产生的余热转移到周边区，在对

3、内区供冷的同时对周边区供 热，而不存在或者少量存在常规空调系统在同种情况下的冷热量抵消所造 成的能量浪费。因此，该系统的建筑物热回收效果好，在充分利用余热的 同时节约了能源。当建筑物内部同时由供热工况机组和供冷工况机组模式 同时运行时，采用水环热泵空调系统的运行费用最多可降低至50%左右其次，与上类似，为了达到同时供冷供暖的效果，相对于常规空调系 统必须采用造价昂贵的四管制 风机盘管系统而言，水环热泵空调系统的水 循环环路仍然采用两管制。如此，就不会存在或者减少常规的四管制的风 机盘管系统对各个条件要求不同的房间空调时所出现的冷热量抵消，避免 了由此造成的能量的无谓消耗，更节省了管道系统的初投

4、资费用。再次，由于水循环环路中的水温在常温范围内、与其环境温度的温差 不大，所以常温水所消耗的能量比常规空调系统小得多。同时，因为减少 了输配过程中的冷热耗散等损失，环路的热损失也比常规空调系统要小得 多。总的来说，水环热泵空调系统与常规空调系统相比，仅管道热损失减 少这一项，节能效率约为8%15%5。而且，由于水循环环路管道可不 设保温和防潮隔湿，还能减少保温层及其它的一些材料费用。2.2小型水/空气热泵机组方面水环热泵空调系统一般采用的都是室内的，根据室内负荷的大小分别安装在各个房间内。各房间内的用户就可以根据室外温度的变化和各自不 同的要求，在一年内的任何时间随意进行房间里的供暖或供冷的

5、调节，而 不会影响到其它房间的温度。由于便于调节也不会出现房间过冷、过热等 情况，既避免了常规空调系统的能源浪费，又营造了良好的室内环境。同 时，室内的小型水/空气热泵机组也便于分户计量和分户收费。对于业主来说，如果采用常规空调系统，就必须一次购齐 冷水机组及 其它设备，往往会造成很大的资金压力，而且冷水机组一般要在安装一两 年后才能发挥效益；而水环热泵空调系统中的小型水 /空气热泵机组可以 分期投资、分批建设，甚至可以在用户入住前逐层安装，其投资回报效益 高、见效快。这一特点也使水环热泵空调系统在旧楼翻新或系统改造中颇 有市场，因为常规空调系统无法避免损坏原有的结构，且不易找到适合的 冷冻机

6、房，一般还需要全楼停业来进行改造工程，造成的经济损失较大。对于设计方来说，由于采用了室内的小型水 /空气热泵机组，也就没 有了体积庞大的风管、冷水机组等，所以系统布置更加紧凑、简洁和灵活， 也不用再设置空调机房（或减少机房面积），也为业主增大了使用面积及 有效空间。水环热泵空调。对于施工方来说，由于小型水/空气热泵机组可以在工程里进行组装，所以减少了工地的安装工作量。2.3辅助设备方面如果再在水环热泵空调系统中加入蓄热装置等辅助设备，则更能提高系统的经济性。因为蓄热装置可以实现内区 制冷机组向水循环环路中释放 的冷凝热与周边区制热机组从水循环环路中吸取的热量在一天或者更长 的时间周期内达到平衡

7、，从而降低了冷却塔和水加热器的年耗能量。3水环热泵空调系统的缺点水环热泵空调系统的发展主要面临来自两个方面的问题：其一是从系 统这个方面来看，国内的一些建筑物内余热小或无预热，尚需补充加热设 备，致使其不能充分发挥原有的一些优点；其二是从设备这个方面来看， 水环热泵空调系统中采用的小型水/空气热泵机组所存在的一些固有问题 也限制了其更广泛的应用。目前，针对上述的两个缺点，也出现了许多的 解决办法，以期推广水环热泵空调系统的应用。3.1建筑物内余热不足通过分析水环热泵 空调系统的运行特性我们可知，只有当建筑物内区 有大量余热且周边区需要供热，才能通过水环 热泵空调系统将建筑物内区 的余热转移到需

8、要热量的周边区，从而达到回收建筑物余热、节约能源的 目的。但是，我国的各类建筑物内部负荷不大，建筑物的内区面积又小， 因而建筑物的余热量也较小。在这种情况下，如果要采用水环热泵空调系统，则势必要增设 锅炉。然而，将锅炉的高位热能加热水循环环路中的循 环水使之成为与室温相差无几的低温热源，再由水/空气热泵机组消耗电能将其提升到高位热量向室内供暖， 这本身就是不经济、不合理的。此外, 如果采用的是燃煤锅炉，还存在一个环境污染的问题。解决建筑物内余热不足这个问题的途径，就是由建筑物的外部引进低温热源，以替代建筑物内的余热量。太阳能、水（地表水、井水、河水等）、土壤、空气均可作为水环热泵空调系统的外部

9、能源6。例如大连电力大厦（高层单元式建筑）利用热电厂冷却水作为水环热泵空调系统的外部热 源，收到良好的节能效果2。此外，哈尔滨工业大学提出一种空气/水热 泵与水/空气热泵耦合双级热泵供暖系统。该系统在寒冷地区，用空气源热泵冷热水机组制备10C 20C低温水，通过水环路送至室内各个水/空 气热泵机组中，水/空气热泵再从水中汲取热量，直接加热室内空气，达 到供暖目的7。总而言之，可以通过廉价的辅助热源来解决建筑物内余 热不足的问题，拓宽水环热泵空调系统的应用范围。3.2小型水/空气热泵机组首当其冲的是小型水/空气热泵机组的的制冷性能系数 COP远小于大 型冷水机组，而且在相同制冷量条件下价格就其它

10、型式的主机来讲也偏 高。另外一个重要的问题，就是小型水 /空气热泵机组安装在室内，热泵 机组内部的压缩机和风机将会成为一个很大的噪声源，无法满足室内环境 的噪声标准要求。针对如何提高水环热泵空调系统在供冷中的经济性这个问题，我们可 以通过在空调系统设计中采用混合系统的形式加以解决。混合系统是指水 /空气热泵机组同其它空调设备（如冷水机组、单元柜式空调机等）共同 组合而成为全新的空调系统。同样，为了提高系统运行的经济性，在建筑 物内区设置单元式空调机组（水冷），向内区供冷，而周边区设置水/空气 热泵机组，向周边区供冷或供热，也是一种值得注意的混合系统形式7。而在控制房间内的小型水/空气热泵机组噪

11、声问题方面，文献8给出 了详尽的阐述。其控制噪声的措施包括控制噪声源、 合理设计、正确安装、 认真调试和维护等四个方面，每个方面又各有许多具体的实施措施。实践 表明，如果在工程建设中能够正确对待噪声问题，采取合理措施，完全可 以满足室内环境噪声标准要求。4结束语由以上分析可以可以看出，只要我们合理设计、规范安装、灵活管理, 水环热泵空调系统就一定能发挥出它既有的经济、节能、环保等优点。当 然，我们也应当根据各个地区、各个建筑物的特点，确定是否采用水环热 泵空调系统。尤其是北方地区的、内区面积大、内区的余热量也大的建筑 物，最适于采用水环热泵空调系统。相反，南方一些地区的、全年绝大部 分时间需要供冷的建筑物，则不宜采用水环热泵空调系统，因为它并不比 风机盘管或其它常规