水环热泵空调系统探讨分析

2008年07月08 00:00:00 来源：中国制冷空调技术网

摘要：介绍了水环热泵空调系统的原理及特点，适用工程类型，介绍了典型工程应用实例，分析了水环热泵的优势，提出设计与工程应用中需要注意的问题。

水环热泵空调系统是水源热泵空调系统的一种特殊的应用方式,即用双管封闭式循环水环路将小型的水/空气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。该系统二十世纪在美国加利福尼亚州出现并很快发展应用，七十年代进入日本，我国八十年代开始有工程应用，在九十年代以后发展起来。

1 系统及特点

1.1 系统组成水环热泵空调系统由四部分组成(1)室内水源热泵机组(水/空气热泵机组)(2)水循环环路(3)辅助设备(冷却塔，加热设备，蓄热装置等)(4)新风与排风系统。其原理如图 1 所示。

图 1 水环热泵空调系统原理图

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

1.2 运行工况

水环热泵空调系统在不同季节中按不同的工况运行。

1.2.1 夏季运行工况

所有房间均需制冷，当水温超过 35 ℃时开启辅助散热设备，由水/空气热泵空调机组放给循环水的热量由冷却塔散出，使水环路的水温保持在 35 ℃ 以下。散热设备可为开式冷却塔加水/水板式热交换器或密闭式冷却塔。

1.2.2 冬季运行工况

分散安装于各房间的水/空气热泵空调机组从循环水中吸收热量，当系统水温低于 13℃时启动辅助加热设备，使水温不低于 13℃。加热设备。

1.2.3 过渡季节运行工况春、秋季时运行情况，水循环系统接近于热平衡，无需开动加热设备或冷却设备，系统水温保

持在 13℃ -35 ℃ 之间。建筑物内区全年需要制冷，周边的房间在冬季时需要制热的情况，此时可利用内区房间放出的

热量加热循环水，再由循环水加热周边房间，其不足部分可启动加热设备补充。

这种运行工况是水环热泵空调系统较经济的较理想的运行方式，达到最大节能效果。

1.3 水环热泵空调系统的特点

⑴ 具有回收建筑内余热的功能，节省能耗，减少环境污染。

⑵ 水环热泵系统具有灵活性，可同时实现不同用户的要求,分户计量,根据需要分期安装,节省一次投资，节约建筑空间，运营管理费用低。

⑶ 设计方案简单，安装方便，缩短工程时间。

⑷ 水环路是双管系统但同四管制风机盘管系统一样可同时供冷供热

⑸ 小型的水/空气热泵机组的性能系数低于大型的冷水机组。一般小型的水空气热泵机组制冷能效比 EER 在 2.76～4.16 之间，供热性能系数 COP 值在 3.3～5.0 之间。而螺杆式冷水机组制冷系数一般为了 4.88～5.25，有的可高达 5.45～5.74。离心式冷水机组一般为 5.00～5.88，有的可高达 6.67 [7] 。

⑹ 水环热泵的运行噪声较高。采用旋转式压缩机的水空气热泵机组一般在 40～42dB(A)，全封闭活塞式压缩机的水空气热泵机组一般在 45～47dB(A)，若采用分体式水空气热泵机组并采用有效的消声减震技术措施时其噪声可控制在 35dB(A)以内 [7] 。

1.4 系统经济评价：

投资费用：一般来说水环热泵空调系统的投资费用既低于四管制风机盘管也低于双风道中央空调(供冷供热)系统的投资费用。

运行费用：运行费用的大小应取决于当地气象条件建筑内外区面积大小建筑功能等因素是个有争议的问题，但一般来说运行费用低是水环热泵空调系统的优点之一。耗电量:经调查比较水环热泵系统是耗电量最少的系统.

2 水环热泵空调系统适用工程类型

2.1 超级市场:超级市场使用制冷设备贮存和展示冷藏食品用冷库制冰机展示柜等设备只制冷排出的热量可应用热回收装置回收用于超市的空调采暖。由于上述热回收装置很好的解决了制冷设备在冬季室外机由于环境温度低造成冷凝压力低制冷不稳定的问题。

2.2 写字楼：此类建筑物每个租户自行安装电表发生故障时不影响其他租户。不会因少数几户开机而使中央主机开机。由于没有制冷机房，节省建筑面积。可先安装水系统待房屋出租后再安装主机，可分别计费并节省一次投资。

2.3 宾馆的饭店：机组可由旅客个人进行控制，避免中央主机全部开机，初投资运行费用和维修费用均较低。

2.4 医院：不同病人不同的环境温度要求，该系统可满足不同病房的需求。同时由于各空调机单独设置，不会因为用同一个主机系统造成交叉感染。因此该空调机组适合医院等医疗系统。

3 水环热泵空调系统工程实例

3.1 重庆跃华国际商务大厦：总建筑面积约为 29000m2,空调面积约为 20000m2，为商务写字楼。为节省投资，减低运行费用，提高运行可靠性，经经济比较采用水环热泵空调系统，选用麦克维尔水源热泵空调系统，开式冷却塔加板式换热器，辅助热源为热水锅炉加蓄热水箱。

3.2 南京和园饭店空调改造工程：总面积 15000m2，原系统冷源为溴化锂吸收式冷水机组热源为燃煤锅炉,系统为两管制+新风机组,运行中冷量严重衰减,设备老化,能耗高，影响饭店的经营。改造采用麦克维尔分体式水源热泵机组,辅助冷源利用原有冷却塔增加板式换热器组成开式冷却塔系统，辅助热源采用太阳能热水器，辅以燃煤锅炉作为太阳能不足时补热用，新风系统保有原有系统并用空气源热泵冷热水机组作冷热源，设中央自控系统。运行后全年空调耗能减少 50%，减少了机房面积作其他用途为饭店增加收入，减少了管理人员，对环境污染减少，最重要的是空调效果好，达到了四管制的效果，可同时满足不同客户的要求，饭店开房率大幅度提高。

3.3 深圳某大厦原设计为多功能综合大楼，土建设计时由于功能不明确未做中央空调系统，土建完工后又增设中央空调系统。在没有设备层空间可利用及不影响外观情况下选用水环热泵空调系统，既实现了中央空调作用，又因分散灵活的特点满足了多功能房间分隔的要求，在同时供冷供热时可最大体现节能效果，年运营费用低。

4 . 应用中需要注意的问题

4.1 工程适用性：水环热泵空调系统是一种热回收系统，当建筑物内有大量余热且部分空调区域需要热量时通过水环热泵空调系统可将建筑物内余热转移到需要热量的区域，水环热泵空调系统才可取得良好的节能效果。但我国幅员辽阔，地区差异较大，具体应用时应根据当地气象条件、建筑形式、内部负荷等作具体经济分析比较才能确定方案，以发挥水环热泵系统的节能效果。通过有关工程实例比较，在我国华南夏热冬暖地区，由于水环热泵系统制冷效率小于大型单冷系统，而一次投资大于大型单冷系统(螺杆机等)，经济节能效果并不显著。

水环热泵系统设计简单，无制冷机房、冷冻水系统，在一些改造工程中有较好的应用。但也要

根据原有冷热源作具体分析。

4.2 噪声：空调主机在房间内，噪声较大，因此在设计与安装施工中应做好减少噪声的工作。

4.3 自动控制：控制是水环热泵空调系统中非常重要的部分。如何正确实现各工况转换及尽可能的体现节能性是应着重考虑的问题。

4.4 水处理：水处理机组采用闭式水环路，机组对水质要求较高(减少堵塞、管道及设备的腐蚀)，闭式冷却塔投资高，国内工程一般采用开式冷却塔加水/水热交换器形式，同时由于各地水质不同，仍需要水处理装置。

4.5 外部低位热源：由于在同时供冷供热的情况下或者说是建筑内有大量热量需要转移时才能最大程度发挥水环热泵空调系统的节能效果，而在我国很多工程中并不能满足这种条件，因此选择适当的外部低位热源以扩大该系统的适用范围变得很重要。可供水环热泵空调系统应用的低位热源很多，如太阳能、水(地表水、井水、河水、排放废水等)、土壤、空气均可作为水环热泵空调系统的外部能源。因而发展起来的空调系统有太阳能水环热泵空调系统，土壤源水环热泵空调系统，井水源水环热泵空调系统，双级耦合水环热泵空调系统，水环热泵混合系统。

5 结语

随着经济的发展，人们的环境意识越来越强烈。如何合理选择应用水环热泵空调系统，发挥其节能高效灵活性等优点，将受到人们更多关注，在应用中需要进行具体经济评价。

参考文献

1. 姜宜强等.水环热泵空调系统若干问题分析.流体机械.2001,11

2. 马最良等.水环热泵空调系统在我国应注意的问题.空调制冷论文.2004,8

3. 马最良等.水环热泵系统设计.现代空调.2001,3

4. 刘宪英等.水源热泵空调系统设计有关问题讨论.重庆建筑大学学报.1997

5. 刘光军等.水环热泵空调系统.应用能源技术.1998,6

6. 刘卫华等著.制冷空调新技术及进展.机械工业出版社.2004

7. 马最良等.水环热泵空调系统设计.化学工业出版社.2005-1

8. 马最良等.哈尔滨工业大学热泵研究工作的回顾.制冷空调.2004-3

9. 黄胜春,张文辉.热泵技术的应用现状及其发展.冶金丛刊.2003-6