合理用能技術(shù)系摘要:對(duì)水源熱泵空調(diào)進(jìn)行與簡(jiǎn)單的介紹,分析其節(jié)能機(jī)理與帶危節(jié)能效果。關(guān)鍵詞:熱泵空調(diào)水源熱泵地源熱泵○浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院楊紹胤1、水源熱泵的概況中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中,由于水源溫度低,所以1.1熱泵可以高效地帶走熱量。而冬季,則從水源中提取通常熱量是從高溫物體傳到低溫物體。但能量,由熱泵原理通過空氣或水作為載冷劑提是通過少量的高位電能輸入熱泵( heat pump)升溫度后送到建筑物中。做工,可以使熱量從低溫?zé)嵩磦鞯礁邷匚矬w,13水源熱泵的形式實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。通水源熱泵根據(jù)對(duì)水源的利用方式的不同,過熱泵中蒸發(fā)器和冷凝器的轉(zhuǎn)換,進(jìn)行供冷或可以分為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)兩種。閉式系統(tǒng)供熱。是指在水側(cè)為一組閉式循環(huán)的換熱套管,該組熱泵是一種能從自然界的空氣、水或土壤套管一般水平或垂直埋于地下或湖水海水中,中獲取低品位熱,經(jīng)過電力做功,輸出能利用的通過與土壤或湖水海水換熱來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。高品位熱的設(shè)備。(其中埋于土壤中的系統(tǒng)又稱地源熱泵,埋于海按照取熱來源不同一般分為水源、地源和水中的系統(tǒng)又稱海水源熱泵)。開式系統(tǒng)是指從空氣源熱泵三種。地下抽水或地表抽水后經(jīng)過換熱器直接排放的1.2水源熱泵系統(tǒng)。水源熱泵( water source heat pump,WSHP水源熱泵供冷(熱)有集中和分布式兩種方是以水為熱源,可進(jìn)行制冷/制熱循環(huán)的一種熱式,全部采用集中冷卻或加熱。集中供冷(熱)以泵型水一空氣空調(diào)裝置。這是近年來發(fā)展的一水為冷媒,末端為水風(fēng)機(jī)盤管。分布式供冷(熱)種節(jié)能、清潔的釆暖空調(diào)一體化新型空調(diào)裝置。末端為制冷劑風(fēng)機(jī)盤管。水源熱泵供熱時(shí)從水中提取熱,經(jīng)電力壓13.1水環(huán)式熱泵縮機(jī)對(duì)循環(huán)的工質(zhì)做功,可以達(dá)到輸出溫度水環(huán)式熱泵( Water loop heat pump,52℃的熱水。水源熱泵技術(shù)可以利用地球表面WLHP)是水源熱泵或水/空氣熱泵的一種形式淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太陽(yáng)通過水環(huán)路將眾多的水/空氣熱泵機(jī)組并聯(lián)起能和地?zé)崮芏纬傻牡蜏氐臀粺崮苜Y源。地球來工作。表面淺層水源如深度在1000米以內(nèi)的地下水、它利用循環(huán)水作水源,可用冷卻塔作為系地表的河流、湖泊和海洋吸收了太陽(yáng)的輻射能統(tǒng)的冷卻設(shè)備。分體式水源熱泵機(jī)組,將熱泵機(jī)量,并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。組的主機(jī)裝在外面吊頂內(nèi)。噪聲可控制在35dB水源熱泵的工作原理就是在夏季將建筑物(A中國(guó)煤化工在13℃-32℃(即常CNMHG作者簡(jiǎn)介】楊紹胤,男,1962年浙江大學(xué)熱能工程專業(yè)畢業(yè),教授級(jí)高工。Shanghai Energy Conservation2004No.5上海節(jié)能◆23合理用能技術(shù)溫水),管道不會(huì)有結(jié)露現(xiàn)象,不需保溫,也不會(huì)壓縮機(jī)冷媒有結(jié)垢現(xiàn)象。132地源熱泵地源熱泵( geothermal heat pump,GHP)是冷凝器蔡發(fā)器利用地下常溫土壤或地下水溫度相對(duì)穩(wěn)定的特性,通過深埋于建筑物周圍的管路系統(tǒng)或地下水與建筑物內(nèi)部完成熱交換的裝置。它完全不需要任何的人工熱源,徹底取代了鍋爐或市政圖1水源熱泵制冷工況(水空氣方式)管網(wǎng)等傳統(tǒng)的供暖方式和中央空調(diào)系統(tǒng)。冬季壓縮機(jī)它代替鍋爐從土壤中取熱,向建筑物供暖;夏季它代替普通空調(diào)向土壤排熱給建筑物制冷。同冷凝器蒸發(fā)器時(shí),它還能供應(yīng)生活熱水,被稱為二十一世紀(jì)的綠色空調(diào)技術(shù)”圖2水源熱泵制冷工況(水-水-空氣方式)2、水源熱泵空調(diào)的工作原理2.2供熱工況目前使用的熱泵大致可分為兩大類:即空通過四通換向閥的切換,使制冷工況時(shí)的氣一空氣熱泵和水一空氣熱泵。前者通過由室冷凝器與蒸發(fā)器轉(zhuǎn)換。而制冷工況時(shí)的蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)換熱器吸取熱量,經(jīng)壓縮后由室外冷凝這時(shí)變?yōu)槔淠鳌Ｍㄟ^蒸發(fā)器吸收水的熱量。熱換熱器向外界空氣的放熱,形成一個(gè)制冷循環(huán)泵在循環(huán)過程中,從冷凝器向室內(nèi)循環(huán)空氣放系統(tǒng)。采暖時(shí),通過換向閥的轉(zhuǎn)換,改制冷循環(huán)熱。從其運(yùn)行原理中可以看到這時(shí)熱源來自流為制熱逆向循環(huán),吸收外界的熱量來供熱,形成過蒸發(fā)器中的水。一個(gè)制熱循環(huán)系統(tǒng)。此類熱泵空調(diào)供冷、釆暖運(yùn)行時(shí)受室外環(huán)境氣溫的影響很大。當(dāng)室外氣溫3、水源熱泵的發(fā)展過高或太低時(shí),其制冷和供熱的能效比大幅下水源熱泵機(jī)組在二十世紀(jì)60年代起源于降,甚至于無(wú)法正常工作美國(guó)加利福尼亞州。以其調(diào)節(jié)靈活,可同時(shí)供冷水一空氣熱泵的冷、熱源介質(zhì)為水(故簡(jiǎn)稱供暖,建筑熱回收效果好(能充分利用生活廢熱水源熱泵)。其工作原理為在制冷循環(huán)時(shí),向水及自然界能源如:太陽(yáng)能、地?zé)崮艿?,系統(tǒng)布置中放熱而制冷;供暖時(shí)則從水中吸取熱量而制緊湊簡(jiǎn)潔、靈活,設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理便捷等熱。因?yàn)樗撵手颠h(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣,所以水源熱泵特點(diǎn),在市場(chǎng)的銷售逐年增加。廣泛運(yùn)用于工業(yè)設(shè)備的制冷和釆暖的能效比值非常高。廠房、艦船、潛艇、賓館、醫(yī)院、寫字樓等。2.1制冷工況31水源熱泵在國(guó)外壓縮機(jī)把蒸發(fā)換熱器吸取熱量產(chǎn)生的低壓在國(guó)外,關(guān)于水源熱泵的研究分屬于兩種冷媒蒸汽,經(jīng)壓縮后的高壓高溫冷媒蒸氣進(jìn)入冷熱泵系統(tǒng):一種為地源熱泵,一種為海水源熱凝器,通過與水的熱交換而使高壓冷媒冷凝為高泵。其中地源熱泵真正意義的商業(yè)應(yīng)用也只有壓液體再經(jīng)節(jié)流閥膨脹后進(jìn)入蒸發(fā)器由此對(duì)空近中國(guó)煤化工當(dāng)迅速。如美國(guó),截氣進(jìn)行冷卻。(圖12)很顯然,這一過程與一個(gè)帶止YHCNMHG地源熱泵,而1997水冷冷凝器的整體式空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行完全相同。年就安裝了45,000臺(tái),到目前為止已安裝了2方擇 Shanghai Energy Conservation 2004. NO5合理用能技術(shù)400,000臺(tái),而且每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和政策的影響,在相當(dāng)長(zhǎng)的1998年美國(guó)商業(yè)建筑中地源熱泵系統(tǒng)已占空調(diào)時(shí)期內(nèi),北方一般以燃煤鍋爐解決冬季取暖問總保有量的19%,其中新建筑中占30%。美國(guó)地題,南方以水冷機(jī)組解決夏季制冷問題。在二十源熱泵工業(yè)已經(jīng)成立了由美國(guó)能源環(huán)境研究中世紀(jì)八十年代以后,制冷機(jī)組的方式開始多樣心美國(guó)地下水資源聯(lián)合會(huì)、愛迪生電力研究所化,此時(shí),出現(xiàn)了溴化鋰機(jī)組、風(fēng)冷機(jī)組,機(jī)組的及眾多地源熱泵制造設(shè)計(jì)銷售公司以及政府機(jī)容量也從原有的大中型機(jī)組過渡為大中小型機(jī)構(gòu)和建筑商等146家成員組成的美國(guó)地源熱泵組。在二十世紀(jì)九十年代以后,對(duì)于取暖方式也協(xié)會(huì),該協(xié)會(huì)在近年中將投入一億美元從事開開始有新的嘗試和探討,特別是隨著可持續(xù)發(fā)展發(fā)、研究和推廣工作。美國(guó)計(jì)劃到2001年達(dá)到每和公眾環(huán)保意識(shí)的提高,世界和中國(guó)能源利用的年安裝40萬(wàn)臺(tái)地源熱泵的目標(biāo),其中,水源熱泵結(jié)構(gòu)都正在轉(zhuǎn)變,從原有的煤、石油取暖過渡到占15%,屆時(shí)將降低溫室氣體排放1百萬(wàn)噸,相以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最當(dāng)于減少50萬(wàn)輛汽車的污染物排放或種植樹1為嚴(yán)重的城市之一,其治理大氣污染的政策中就百萬(wàn)英畝,年節(jié)約能源費(fèi)用達(dá)42億美元,此后,包括能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,從以煤為主改為天然氣和每年節(jié)約能源費(fèi)用再增加17億美元。電力替代能源。但是,替代能源雖然可以部分解近十幾年來,尤其是近五年來,水源熱泵空決大氣污染的問題,可是天然氣和石油等都屬于調(diào)系統(tǒng)在北美如美國(guó)加拿大及中、北歐如瑞士、不可再生的能源,從可持續(xù)發(fā)展的角度看,必須瑞典等國(guó)家取得了較快的發(fā)展。與美國(guó)的地源熱提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源,而泵發(fā)展有所不同,中、北歐如瑞典、瑞士、奧地利、水源熱泵機(jī)組就是比較理想的一種設(shè)備。德國(guó)等國(guó)家主要利用淺層地?zé)豳Y源,地下土壤埋國(guó)內(nèi)的水源熱泵制造廠商中清華同方人工盤管(埋深<400米深)的地源熱泵,用于室內(nèi)地環(huán)境設(shè)備公司、山東海陽(yáng)富爾達(dá)是比較早的水板輻射供暖及提供生活熱水。據(jù)1999年的統(tǒng)計(jì),源熱泵制造廠家,但目前也有相當(dāng)多的制冷空家用的供熱裝置中,地源熱泵所占比例,瑞士為調(diào)廠家將其普通的水冷機(jī)組改造為水源熱泵。96%,奧地利為38%,丹麥為27%。同時(shí),中、北歐中國(guó)的水源熱泵的研究和應(yīng)用才剛剛起步,與海水源熱泵的研究和應(yīng)用也比較多。國(guó)外相比,在熱泵機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用32水源熱泵在中國(guó)上還存在較大差距。中國(guó)最早在50年代,就曾在上海、天津等目前,世界特別看好中國(guó)的市場(chǎng)。美國(guó)能源地嘗試夏取冬灌的方式抽取地下水制冷,天津部和中國(guó)科技部于1997年11月簽署了中美能大學(xué)熱能研究所開展了我國(guó)熱泵的最早研究,源效率及可再生能源合作議定書,其中主要內(nèi)容1965年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)水冷式熱泵空調(diào)之一是“地源熱泵”,該項(xiàng)目擬在中國(guó)的北京、杭機(jī)。目前,國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、天津大學(xué)重慶建筑州和廣州3個(gè)城市各建一座采用地源熱泵供暖大學(xué)、天津商學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所空調(diào)的商業(yè)建筑,以推廣運(yùn)用這種“綠色技術(shù)”,等多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)都在對(duì)水源熱泵進(jìn)行研緩解中國(guó)對(duì)煤炭和石油的依賴程度,從而達(dá)到能究。其中清華大學(xué)經(jīng)過多年的研究多工況水源源資源多元化的目的。200年6月19至23日在熱泵已形成產(chǎn)業(yè)化的成果,已建成數(shù)個(gè)示范工北京申國(guó)家科學(xué)技術(shù)部高新技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化程。在香港,目前正在推廣采用水冷空調(diào)代替風(fēng)司中國(guó)煤化工流會(huì),會(huì)議的主題就冷空調(diào)。中國(guó)的水源熱泵市場(chǎng)日趨活躍。是CNMHG宅小區(qū)或公用樓宇在中國(guó)的傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)概念中,由于國(guó)釆暖制冷,大幅降低運(yùn)行費(fèi)用的節(jié)能解決方案。Shanghai Energy Conservation2004No5上海節(jié)能◆25合理用能技術(shù)水源熱泵空調(diào)最大特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行4.2水源熱泵的節(jié)能穩(wěn)定、可靠、高效節(jié)能。最大的缺點(diǎn)是由于主機(jī)空氣源熱泵( air source heat pump,ASHP)安裝于室內(nèi),噪聲較大,所以過去一般都用在機(jī)以空氣為熱源,理論上可以不受資源限制,可在房、廠房、商場(chǎng)等場(chǎng)所。目前一些廠家繼承并發(fā)任何地區(qū)運(yùn)用。大部分的冷暖空調(diào)就是這種產(chǎn)揚(yáng)了該機(jī)型原有優(yōu)點(diǎn),完全解決了機(jī)組噪聲問品,它的供熱是通過直接產(chǎn)生熱風(fēng)或產(chǎn)生45℃題。水源熱泵空調(diào)由于創(chuàng)新性的采用了分體結(jié)熱水后再產(chǎn)生熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)的?？諝庠礋岜萌嶙顦?gòu),將壓縮機(jī)同送風(fēng)風(fēng)機(jī)分置于兩個(gè)箱體,且均方便,是節(jié)能、環(huán)保、安全的理想方式,在我國(guó)長(zhǎng)內(nèi)襯吸聲材料,故而噪聲得以太幅降低。如制冷江流域的夏熱冬冷地區(qū)正得到大力的推廣應(yīng)量為5kW的水源熱泵空調(diào)機(jī)組噪聲為45dB。用。但在黃河流域的寒冷地區(qū)、冬季由于室外溫水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)因而得到進(jìn)一步發(fā)展。度低于-5℃時(shí),出水溫度降低,設(shè)備出力降低,經(jīng)過40年的不斷發(fā)展,尤其近十年來隨著如仍按傳統(tǒng)模式,由空氣熱泵與風(fēng)機(jī)盤管組成高新技術(shù)的迅速發(fā)展,該熱泵系統(tǒng)的質(zhì)量得到的空調(diào)系統(tǒng)就難于產(chǎn)生足夠的可用于采暖的熱可靠的保證,其節(jié)能效果更加顯著,是目前市場(chǎng)風(fēng)?？諝庠礋岜玫哪苄П纫人礋岜玫?。上真正意義上買得起用得起的中央空調(diào)。與鍋爐(電、燃料)和空氣源熱泵的供熱系統(tǒng)相比,水源熱泵具明顯的優(yōu)勢(shì)。鍋爐供熱只能4、水源熱泵與節(jié)能將90%98%的電能或70~90%的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化4.1水源熱泵的能效比為熱量,供用戶使用,因此水源熱泵要比電鍋爐空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要指標(biāo)是能效比和性能加熱節(jié)省三分之二以上的電能,比燃料鍋爐節(jié)系數(shù),有時(shí)這兩者不區(qū)分。省二分之一以上的能量。由于水源熱泵的熱源能效比( Energy Eficient Ratio,EER)指在溫度全年較為穩(wěn)定,一般為10~-25℃,其性能系額定工況和額定條件下,空調(diào)器進(jìn)行制冷時(shí),制數(shù)與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比,要高出4%左右,冷量與有效輸入功率之比,其值用Ww表示。其運(yùn)行費(fèi)用為普通中央空調(diào)的50-60%性能系數(shù)( Coefficient of Performance, COP分布式水源熱泵空調(diào)具有中央空調(diào)合理利指在額定工況和額定條件下,空調(diào)器進(jìn)行熱泵制熱用能源設(shè)備性能系數(shù)高,運(yùn)行成本低和安全、可時(shí),熱量與有效輸人功率之比,其值用W/w表示?？康葍?yōu)點(diǎn)。又具有分體空調(diào)調(diào)節(jié)靈活、方便,便于通常水源熱泵消耗kW的能量用戶可以得到管理和收費(fèi),可利用大量低位熱能(如井水、地下4W以上的熱量或冷量,其能效比為46。比直接用水、江、河湖水電廠冷卻循環(huán)本、礦井水及工業(yè)電采暖要節(jié)省電力72%。夏季,又可以利用同一裝置余熱等作熱源)等優(yōu)點(diǎn)。因此,在我國(guó)廣大城市的制冷。一機(jī)多用,既節(jié)省初投資,又節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。公共建筑(辦公樓、商住樓、商場(chǎng)等)住宅建筑水源熱泵可以達(dá)到的能效比EER554,性上得到了廣泛的應(yīng)用。能系數(shù)COP5.0。水源熱泵式中央空調(diào)還得到了北京2008冷水機(jī)組在名義工況時(shí)的能效比EER見表1奧運(yùn)會(huì)的青睞,成為2008北京奧運(yùn)會(huì)指定選用表1冷水機(jī)組在名義工況時(shí)的能效比EER的空調(diào)。北京科技財(cái)富中心選用了水源熱泵,他們以領(lǐng)跑者的姿態(tài)引導(dǎo)辦公樓進(jìn)人了一個(gè)全新電動(dòng)壓縮機(jī)類到住復(fù)式兩旋式媒桿式離心式冷水機(jī)組的中國(guó)煤化工革命。風(fēng)冷2.48-2.572.48-2.572.48-2.572.46-2.6CNMH會(huì)成為21世紀(jì)最有水冷3.5-3.63.55-3.653.65-3.854.5-4.7效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。26◆上海節(jié)能 Shanghai Energy Conservation2004No5