對水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的分析

摘要：水環(huán)熱泵機組作為一種以回收建筑余熱為目的的空調(diào)形式，具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義，受到了越來越多的關(guān)注。文章主要對水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點及空氣處理方式進行深入的分析和探討，以供廣大技術(shù)人員參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：水環(huán)熱泵；空調(diào)系統(tǒng)；機構(gòu)及運行分析

中圖分類號：TU831.3文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2011）18-0146-01

1水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)

水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是以一個雙管封閉的水循環(huán)系統(tǒng)連接系統(tǒng)中全部小型水—空氣熱泵機組，熱泵機組將系統(tǒng)中的循環(huán)水作為吸熱（熱泵工況）的“熱源”或排熱（制冷工況）的“熱匯”，從而形成一個以回收建筑物內(nèi)部余熱為主要特點的熱泵供暖、供冷的空調(diào)系統(tǒng)。通常系統(tǒng)內(nèi)要連接輔助加熱裝置和冷卻裝置以維持系統(tǒng)循環(huán)水溫度在一定范圍內(nèi)，使系統(tǒng)正常運行。

2水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點

①節(jié)約能源，舒適性高。現(xiàn)代大型商業(yè)建筑通常有明顯的內(nèi)區(qū)和外區(qū)（一般按距外圍護結(jié)構(gòu)3～5 m劃分）。外區(qū)受室外氣象條件影響較大，冬季需供熱，夏季需供冷，并且每天的負荷也隨室外氣溫及太陽輻射熱的變換呈周期性變化。內(nèi)區(qū)無外圍護結(jié)構(gòu)傳熱，而設(shè)備、照明、人員產(chǎn)生熱量，常年有余熱存在，經(jīng)常出現(xiàn)外區(qū)停止供冷或已開始供熱，而內(nèi)區(qū)仍需供冷的情況。傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)或二管制風(fēng)機盤管系統(tǒng)，通?？考哟髢?nèi)區(qū)新風(fēng)量來解決這個問題，有些在通風(fēng)系統(tǒng)上設(shè)置了熱回收裝置，但實際運行效果很少令人滿意。一些高級賓館或高檔寫字樓、商場等場所，內(nèi)區(qū)存在過熱狀況，既不舒適，也不節(jié)能，原因就是傳統(tǒng)的內(nèi)外區(qū)合一的空調(diào)系統(tǒng)無法同時供冷供熱，更難以利用建筑物內(nèi)區(qū)的余熱。對于住宅建筑來說，一般不存在內(nèi)外區(qū)問題，可回收的熱量不多，但采用WLHP系統(tǒng)，仍會有顯著的節(jié)能效果。首先，水環(huán)熱泵系統(tǒng)循環(huán)水溫度一般控制在15～35℃之間，可以應(yīng)用各種低晶位能源作為輔助熱源，如地?zé)崴?、工業(yè)廢水、太陽能等。其次，當(dāng)過渡季節(jié)或夜間僅有部分用戶使用空凋時，常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)也需啟動制冷主機或鍋爐，而WLHP系統(tǒng)僅開冷卻塔、輔助熱源等少數(shù)設(shè)備即可。而當(dāng)只有極少數(shù)用戶（如只有一、兩戶）短時間內(nèi)需要供冷或供熱時，甚至僅靠循環(huán)水的蓄熱（冷）量，即可維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。最后，熱泵機組分散在每個用戶家中，可由用戶的獨立電表供電，實現(xiàn)分戶計量，易于使用戶養(yǎng)成主動節(jié)約能源的習(xí)慣。

②應(yīng)用靈活。WLHP系統(tǒng)適用于各式新建或改建建筑。對于新建建筑可先安裝水環(huán)熱泵的主管和支管，熱泵機組則可在裝修時按用戶實際需要來配置，這對于以出租或銷售為目的的房地產(chǎn)開發(fā)項目尤為適宜。當(dāng)僅有部分用戶時，不必啟動主機即可滿足用戶需要，而且計費公平可靠，減少糾紛。對于空調(diào)改造建筑，不需建造主機房，管路簡單，更為合適。

③投資合理。水環(huán)熱泵機組本身由于主要依賴進口，價格較高。但由于免去了集中的制冷機房、空調(diào)機房，降低了鍋爐或加熱設(shè)備的容量，從而減少了設(shè)備間的面積及設(shè)備投資；管內(nèi)水溫適中，不會產(chǎn)生冷凝水或散失大量熱量，水管不必保溫，減少了材料費用；所需風(fēng)管小，可降低樓層高度；機組在廠里組裝，減少了工地的裝配工作；溫度自控裝置由機組自帶，減少廠單設(shè)控制系統(tǒng)的投資。所以水環(huán)熱泵系統(tǒng)的綜合投資與普通空調(diào)系統(tǒng)相當(dāng)。并且隨著產(chǎn)品的國產(chǎn)化，有可能做到低于普通空凋系統(tǒng)。

④設(shè)計、安裝簡單。常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)包括冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)采用吸收式制冷系統(tǒng)時還包括熱源系統(tǒng)或燃油（氣）系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，任何一個環(huán)節(jié)處理不好都可能造成整個系統(tǒng)出現(xiàn)問題。安裝工程量大，對安裝質(zhì)量要求較高，安裝質(zhì)量對空調(diào)效果的影響較大。WLHP系統(tǒng)化整為零，設(shè)計只要布置好機組，保證每個機組的循環(huán)水量平衡，計算排熱設(shè)備、輔助加熱設(shè)備和循環(huán)水泵容量，進行簡單的風(fēng)管設(shè)計和自控設(shè)計即可。設(shè)計工作量大大減少，設(shè)計周期縮短。對于需分區(qū)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)域，WLHP系統(tǒng)易于設(shè)計，比其他系統(tǒng)形式要簡便得多。由于系統(tǒng)項目少，沒有大型設(shè)備，水環(huán)熱泵機組整體出廠，所以安裝工作量比其他中央空調(diào)系統(tǒng)少，安裝周期縮短，安裝質(zhì)量也容易保證。

3水環(huán)熱泵系統(tǒng)的空氣處理方式

綜合進風(fēng)參數(shù)和空調(diào)房間余熱余濕特性，水環(huán)熱泵系統(tǒng)的空氣處理有以下幾種方式：

①單獨水環(huán)熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)中新風(fēng)由室外通過風(fēng)管送至每臺水環(huán)熱泵機組的回風(fēng)靜壓箱，與回風(fēng)混合后進人機組，此時機組承擔(dān)空調(diào)房間的全部冷熱負荷。這種系統(tǒng)適用于寫字樓、賓館、公寓、住宅等新風(fēng)量較小的建筑，新、回風(fēng)混合的溫度一般滿足水環(huán)熱泵機組的進風(fēng)參數(shù)要求。此類房間室內(nèi)余熱余濕比一般為10 000～20 000 kj/kg左右，對水環(huán)熱泵機組來說有足夠的除濕能力。

②水環(huán)熱泵系統(tǒng)。加獨立的新風(fēng)系統(tǒng)該系統(tǒng)中新風(fēng)由單獨設(shè)置的冷熱源和新風(fēng)機組處理，水環(huán)熱泵處理循環(huán)風(fēng)，只負擔(dān)空凋房間的余熱（冷）量。這種系統(tǒng)適用于商場、餐廳、娛樂、會議等新風(fēng)量較大的建筑，冬季工況下新、回風(fēng)混合后的溫度可能不滿足水環(huán)熱泵機組的進風(fēng)參數(shù)要求。此類房間余熱余濕比為5 000~6 000 kJ/kg左右，僅用水環(huán)熱泵機組處理除濕能力不夠，應(yīng)由新風(fēng)機組負擔(dān)部分夏季空調(diào)房間濕負荷。新風(fēng)專用冷水機組可以采用普通水冷冷水機組、風(fēng)冷冷水機組、整體式機組等。像專用水冷冷水機組和專用鍋爐跟水環(huán)熱泵結(jié)合的一種混合系統(tǒng)，其中冷水機組的冷凝器與水環(huán)熱泵連成一個水回路，這樣，當(dāng)新風(fēng)需要冷卻，而水環(huán)熱泵需要供熱時，可以將冷水機組排出的熱量傳到水環(huán)熱泵機組。

③水環(huán)熱泵系統(tǒng)。加新風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)水環(huán)熱泵機組夏季制冷工況下進風(fēng)溫度遠不如冬季制熱工況下要求嚴格，一般情況下，當(dāng)水環(huán)熱泵用于處理新、回風(fēng)混合風(fēng)時，夏季的進風(fēng)參數(shù)可以滿足要求，而寒冷地區(qū)冬季進風(fēng)參數(shù)難以保證。此時可以設(shè)置集中的新風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)，將新風(fēng)預(yù)熱后再與回風(fēng)混合，然后進入水環(huán)熱泵機組進行處理。這種形式中水機組的水環(huán)熱泵混合系統(tǒng)環(huán)熱泵機組在供冷工況下負擔(dān)空調(diào)房間全部冷負荷，供熱工況下負擔(dān)空調(diào)房間熱負荷及部分新風(fēng)熱負荷。由于水環(huán)熱泵機組除濕能力有限，工程應(yīng)用時，可以要求廠家加大蒸發(fā)換熱器管排數(shù)，提高處理焓差，增強除濕性能。新風(fēng)預(yù)熱的一種方式是采用獨立的熱源和熱水管路，由變風(fēng)量新風(fēng)機組處理后送至每個水環(huán)熱泵機組回風(fēng)靜壓箱內(nèi)。第二種方式新風(fēng)機組并入水環(huán)熱泵管路，直接利用循環(huán)水預(yù)熱新風(fēng)。此種方式系統(tǒng)簡單，并可在夏季進行新風(fēng)預(yù)冷，有不少工程實例采用，如北京裕京花園俱樂部、上海某工程的裙房部分等。由于冬季循環(huán)水溫度較低，寒冷地區(qū)應(yīng)用此方式能否滿足要求，必須經(jīng)過計算，并且水環(huán)熱泵機組應(yīng)有防凍措施。第三種方式采用各種熱回收裝置回收排風(fēng)的熱量同時預(yù)熱預(yù)冷新風(fēng)，然后送至各水環(huán)熱泵機組與回風(fēng)混合，如轉(zhuǎn)輪式全熱交換器，全熱回收效率可達80％～85％，熱管式熱交換器顯熱回收效率可達70％，水環(huán)管熱回收系統(tǒng)效率在60％～65％，板翅式顯熱回收裝置顯熱回收效率70％左右。第四種方式是在新風(fēng)管道設(shè)置電或燃氣預(yù)熱裝置，該方式初投資較低，但不節(jié)能，在確定鍋爐容量時，應(yīng)扣除該預(yù)熱裝置所提供的熱量。

4結(jié)語

除了以上所述的水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點及結(jié)構(gòu)特征以外，技術(shù)人員還應(yīng)了解該系統(tǒng)的一些不足與缺點，如新風(fēng)處理困難的問題，由于水環(huán)熱泵機組要求進風(fēng)溫度一般不超過一定值，大多數(shù)情況下，冬季新風(fēng)不能直接送入機組，處理起來較麻煩。對于要求較高的房間，如增加空氣凈化、加濕等功能，附加措施就更為復(fù)雜。因此，仍需不斷努力及改進，才能使得水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)更好地為人們提供舒適的生活環(huán)境。

參考文獻：

[1] 張長興，劉國丹.水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)運行節(jié)能探討[J].青島 理工大學(xué)學(xué)報，2006，(5).