60kW级热泵型游泳池温水—空调系统设计文献综述终稿

60kW级热泵型游泳池温水—空调系统设计文献综述终稿 目: 本科毕业设计(论文) 文献综述与外文翻译 60kW级热泵型游泳池温水—空调系统设计 学 院: 机 械 工 程 学 院 专 业:过程装备与控制工程 班 级: 2007级 3 班 学 号: 200702060327 学生姓名: 张 伟 指导老师: 钟 英 杰 提交日期: 2011年 6 月 1 日 1 60kW级热泵型游泳池温水—空调系统设 计 学生姓名:张 伟 指导老师:钟英杰 浙江工业大学 机械学院 摘 要 随着人类生活水平的不断提高，人类对家居环境的要求越来越高，采暖与空调系统已经成为了公共建筑及住宅的必须组成部分之一。目前，日本、美国家庭中央空调的使用率高达60,;来自权威部门的预测表明:2010年前国空调 节能 环保 2 目 录 1、引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.1、 水源型热泵„„„„„„“„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.1.1、工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 1.2、 水环热泵空调系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1.3、 水源型热泵热水器—空调系统„„„„„„„„„„„„„„„„6 2、水源型热泵空调系统应用现状分析„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.1、水源型热泵国际应用现状分析„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2、水源型热泵国内应用现状分析„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3、水源型热泵所面临的问题和优势„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.3.1、水源型热泵的优点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3.2、水源热泵所需要的条件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.3.3、水源热泵所面临的问题„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 3、热泵—空调系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.10 3.1、系统组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 3.2、系统分类„„„„„„“„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 3 3.3、水源型热泵—空调系统„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4、水源型热泵—空调系统的技术经济分析„„„„„„„„„„„„„„„.10 4.1、设计及设备选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 4.2、各方案比较„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 4.2.1、对比方案一„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 4.2.2、对比方案二„„„„„“„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 4.3、理论设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 4.4、各方案性能分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 4.4.1、各方案出投资分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 4.4.2、投资回收分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 5、水源型热泵—空调系统的节能分析(分析)„„„„„„„„„„„„16 5.1、建立模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„“„„„„„16 5.2、热泵机组模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.3、空调末端模型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 6、水源型热泵—空调系统的展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 7、总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20 4 1、引 言 现代社会，随着中国经济的发展，人民的生活水平越来越高，人们对更舒适生活的追求，促使了建筑暖通行业特别是供暖技术的发展，水源热泵加热系统就是一例，水源热泵机组的工作原理就是利用地球表面浅层地热能如地下水或地表水(江、河、海、湖或浅水池)中吸收的太阳能和地热能而形成的地位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，在夏季利用制冷剂蒸发将热量取走，放热给环流的水，由于水的温度低，所以可以高效地带走热量;而冬季，利用制冷剂吸收环流水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后载冷凝器中放热给室内。水源热泵机组从严寒地区至热带地区均适用，机组适用的水源温度从80C到35?均可，既可以提供7?或50?的空调用水，也可以提供同样温度的生活热水，既可以作为城市区域供热的热源使用，也可以为办公楼、宾馆、别墅、居民小区等提供中央空调系统[1]。随着居民生活水平的普遍提高，设有中央空调 系统的住宅小区逐渐增多，而对于这样的小区而言，地下水水源热泵无疑是较为理想的冷热源，与采用集中供热的住宅小区相比，初始投资虽然偏高，但能耗费用低，设有空调系统小区内的住户冬暖夏凉，生活品质得到改善，住户可以接受，而且其初始投资高出的部分不出数年已为能耗费用的节省所抵消。水源热泵的发展前景十分开阔[8]。 水源型热泵 1.1、 水源热泵是一种利用地下浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。水源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现低温位热能向高温位转移。地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即 5 在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖;夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。 1.1.1、工作原理 作为自然现象，热量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样，人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这就是热泵节能的关键所在。水源热泵机组工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水(江、河、海、湖或浅水池)中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出，放热给封闭环流中的水，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量;而冬季，利用制冷剂蒸发吸收封闭环流中水的热量，通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间。 水源热泵供暖空调系统主要分三部分:室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统。其中水源热泵机主要有两种形式:水—水式或水—空气式。三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。 1.2、 水环热泵空调系统 水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构成一套以回收建筑物内部余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。20世纪80年代开始，我国一些外商投资的建筑中相继采用了水环热泵空调系统。由于这些工程具有下列特点:回收建筑物内余热的特有功能;不像传统采暖系统会对环境产生严重的污染;省掉或减少常规空调系统的冷热源设备和机房，便于分户计量和计费，便于安装、管理等优点。 1.3、水源型热泵热水器—空调系统 所谓水源型热泵热水器—空调系统，就是指将热泵技术运用于热水器和空调中，并在同一系统中使用的情况。它充分利用了热泵的优点，使得室内耗电量最大的热水器和空调同时能够减少电能的消耗。该系统如果可以推广到所有居民用户和大型建筑中，可以节约大量能源。 6 2、 水源型热泵空调系统应用现状分析 2.1、水源型热泵国际应用现状 在国外，地表水地源热泵的研究始于20世纪30年代，瑞士苏黎世议会大厦安装了欧洲第一台大型热泵，以河水作为热源，输出热量175 kW。在第一次世界大战期间，这种能适应战时能源紧缺情况的大型供热和工艺热泵装置得到了快速发展。目前，水源热泵在欧洲的很多国家尤其是法国发展很快，市场总额年增长率达45,以上:另外，在瑞典、奥地利、荷兰等国家也得到了很好的发展。就拿瑞典来说，现在已有了比欧洲其他国家都好的水源热泵销售市场，2002年销 [13]。 量达到39 000台套，比2000年的销量增长了近60, 2.2、水源型热泵国内应用现状分析 我国水源热泵事业近几年已开始起步，虽然起步较晚，但发展前景广阔。在未来的几年中，中国面临着巨大的能源压力。一方面，中国的经济要保持较高速度的增长:另一方面，又必须考虑环保和可持续发展问题。所以要求提高能源利用效率，要求调整能源结构。能源利用效率提高，会鼓励各种节能设备和技术的推广。在中国的毹源消耗中，建筑耗能的比例相当高。随着技术的发展和成熟，水源热泵越来越显示出其在供暖制冷领域独特优势。因此，我们必须充分利用天然的丰富的水资源，充分发展水源热泵理论与技术[5]。 2.3、水源型热泵所面临的问题和优势 2.3.1、水源型热泵的优点 (1)“功效比”高 我们在评价热泵机组和制冷机组的性能时常用到“功效比”一词，用COP表示，它的定义是系统输出的功率与所消耗的功率之比。风冷热泵其COP值一般在2(0,3(0之间，而水源热泵，国内产品在供热时COP值可达3(5,4(0，供冷时活塞式机组为5(0,5(2，螺杆式机组可达6(0，从这一点上看，水源热泵可以被称作高效节能的供冷供热设备。水源热泵在制热时所需的地下水即相当于锅炉燃烧的煤或油，而且地下水占热泵所供热量的70,,75,，这些热量所消耗的代价仅为廉价的地下水，其成本要大大低于燃油和燃煤。以水源热泵运行状况来看，冬季每?的供暖运行费为15元左右，而热网供暖每?为24元，燃油供暖每?为35元左右，因此运行费用低是水源热泵的一个显著特点。 (2)一机两用，经济实用 水源热泵冬季可向建筑物供暖，夏季向建筑物供冷，真正做到了一机两用，提高了设备的利用率。从初始投资上看，现在国内主要热泵生产厂家的热泵机组价 格大致为每瓦热量 7 1(0元之间，而同样具备一机两用的溴化锂直燃机的价格为每瓦热量 0(9, 1(4,1(5元，而且水源热泵机组无需设置冷却塔及烟气排放系统，省去了高成本的自来水，避免了向大气排放烟尘及有害气体，因此水源热泵可称其为低成本的绿色空调产品。 (3)安全、方便，使用面广 由于热泵机组兼有供冷供热的功能，机组本身体积较小，因而使机房面积大大减少，机组可灵活地安装在任何地方，没有储煤、储油罐等卫生及安全隐患，机组采用智能化微电脑控制系统，并有备用手动操作系统，无需专业人员操控，完善的电脑控制和多重保护，使整机运行完全可靠。水源热泵机组从严寒地区至热带地区均适用，机组适用的水源温度从80C到35?均可，既可以提供7?或50?的空调用水，也可以提供同样温度的生活热水，既可以作为城市区域供热的热源使用，也可以为办公楼、宾馆、别墅、居民小区等提供中央空调系统。随着居民生活水平的普遍提高，设有中央空调系统的住宅小区逐渐增多，而对于这样的小区而言，地下水水源热泵无疑是较为理想的冷热源，与采用集中供热的住宅小区相比，初始投资虽然偏高，但能耗费用低，设有空调系统小区内的住户冬暖夏凉，生活品质得到改善，住户可以接受，而且其初始投资高出的部分不出数年已为能耗费用的节省所抵消。 (4)计费简单 随着住宅分户供暖方式在全国的推广，一些热泵生产厂又推出了用于每户使用户式水源热泵机组，具体应用方式为水源热泵分户设置，地下水统一供给，电费按每户的电表计量收取，水费接每户的水表计量收取，给物业管理部门的收费工作提供了方便。 (5)清洁无污染 水源热泵使用电能，电能本身为一种清洁的能源。因此水源热泵机组地运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧、排烟、废弃物提高居民区环境的质量，更加有利于居民的居住和生活。 (6)工作稳定、使用寿命长 水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统。机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高，因此使用寿命可达15年以上。 2.3.2、水源热泵所需要的条件 (1)可靠的水源。 对于水源热泵而言，其水源可为地表水、江河水、湖水、海水及地下水，但目前应用较多的水源热泵均采用地下水，地下水作为国家的重要资源之一，政府对开采与使用有各种限制和法规，要获取地下水，须通过有关政府主管部门的批准方可，并拥有可靠的技术确保地 8 下水回灌。 (2)充足的水源水量。 水源水量是影响水源热泵系统的重要因素，其水量的多少与建筑物负荷大小及空调等有关，在确定方案之前，应根据水文地质资料合理确定水量，必要时可先打井做抽水实验，看看在规定的连续抽水时间内地下水的水位下降是否符合要求，并根据确定的水量来选定取水井与回灌井的数量。 (3)合适的水源水温。 水源的温度也是影响水源热泵的重要因素。同样的机组，不同的水温其提供的冷量和热量也不同。一般来讲，水源热泵对水源温度要求的范围是:制冷工况下，进蒸发器水温为10,22?，制热工况下，进冷凝器的水温为18,40?。建议国内的热泵生产广家，应将同一型号机组在不同水温下所提供的不同冷热量列出明细，以便设计人员参考选定。另外取水井与回灌井之间应有一定的距离，以保证地下水经过水源热泵机组产生的温度变化经回灌后，在含水层中流动到达取水井时温度得以恢复，避免地下水产生冷量或热量的积累，从前实际应用运行良好的工程中，取水井与回灌井之间的间距均在40m以上。 (4)良好的水质。 水源热泵机组对水源的水质有一定的要求，如果水质达不到要求，会对阀门、主机及其附件构成危害，尤其对多数热泵厂家采用的板式换热器产生的危害更为严重，从而影响系统的运行，但通常可以采取一些处理手段如设置除污器，电子除垢仪，或在取水井内多设几层过滤装置以减小井水中所含沙尘颗粒直径，从而满足机组对水质的要求。一般来说，水源水质不是影响水源热泵机组应用的主要因素。 2.3.3、水源热泵所面临的问题 (1)目前实际运行的水源热泵机组来看，夏季制冷工况较为良好，而在冬季供热时却普遍存在大流量，小温差，热水出水温度低的问题，一方面可能是由于冬季地下水温度偏低引起的，另一方面说明机组的性能还有待于提高。如果水源热泵要得以大量推广，必然意味着需要大量的地下水资源，因此本着节水节能的原则，水源热泵应尽可能使用大温差、小流量技术，并尽量提高冬季的热水出水温度[7]。 (2)对于采用水源热泵组的中央空调系统末端来说，末端采用风机盘管无疑是比较理想的，但对于末端采用大风量的新风机组或空调机组时应加以注意，尤其在寒冷的北方地区，多数水源热泵厂家提供的50,55?的热水温度还是有些偏低。因而建议在必要的时候应对大风量的末端设备辅以额外的加热措施或将大风量的宋端设备分解成若千个小风量的末端设备， 9 以确保冬季送风参数的要求[7]。 (3)冰源热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌问题。对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑回灌技术方式。对不同地区的地质结构了解不够，就会制约水源热泵机组的推广使用。建议在采用回灌技术时应综合考虑以下问题:回灌水水量与水温;回灌水水质;回灌水对地下水的影响;用回灌技术是否使地下水位保持相对平衡状态;会不会引发局部地面沉降，对邻近建筑造成危害等。争取在使用水源热泵系统的过程中，做到抽灌两用井，确 保井水回灌量，并及时对井的抽水、回灌进行监测等，以确保水源热泵系统正常运行[7]。 (4)地下水不适宜直接被热泵系统使用时，须采取相应的技术措施对地下水水质进行处理。如:安装除砂器与沉淀池，使用净水过滤器或电子水处理仪，或使用板式换热器将水源和热泵机组隔离开。当前，许多工程由于水质处理不够，导致热泵系统效率下降或发生故障[9]。 (5)推广地下水源热泵需要进一步作打井审批部门的工作。由于打井的有关审批部门对此项新生事物还存有疑虑，比如抽出的地下水能否真正得到回灌，较高的回水温度是否会引起其他问题等。因此，打井能否得到批准将成为系统实施一个关键问题，需要进一步做工作来消除打井审批部门的疑虑。管井的质量也是地下水水源热泵系统成败的一个关键要素，其设计和施工应由专业队伍来完成，坚决做好每一工艺环节。一口优质井通常可以使用20年，如果成井质量不好，不仅影响井的寿命，还会影响取水和回灌效果，进而影响整个热泵系统的正常运行及制冷、制热效果。在热源井施工完毕后还应及时洗井，洗井结束后还应进行抽水试验和回灌试验，保证水量、水温、水质符合设计要求。 3、 热泵—空调系统 3.1、热泵—空调系统组成 3.1.1、室外换热系统 地源热泵系统的技术核心就是地下换热器。地下换热器的设置形式主要有水平埋管和竖直埋管两种。现场可用的地表面积是选择地热换热器形式的决定性因素。结合中国人口多土地少的国情，及考虑到建筑物周围可利用的空地面积，一般采用竖直埋管的地热换热器。地下换热器的换热方式由埋设在地下或抛放在水中的PE管和循环水泵及相关附属部件组成。由循环水泵驱动PE管路中的循环水，循环水作为热量的载体将热量在室内房间与室外土壤或地表水中进行转换，从而达到系统的制热工况和制冷工况。 3.1.2、室内换热系统 10 室特灵CVHG1600机组相关参数 4.2、各方案比较 我们设计的水源热泵系统能够解决全年四季学生和青工生活热水需求，而空调使用区域 11 的空调主机统一设置在一个机房。该方案可以在夏季空调制冷的同时免费获得生活热水，主要途径是热回收和热泵技术的使用;在过渡季节由于部分建筑有空调制冷需求，而此季节的热水需求量也较小，所以生活热水的制取能耗也可以认为同夏季效果，冬季学校大部分建筑物没有对空调采暖的需求，所以空调采暖的负荷主要集中在15,25天的最冷时间段节能供热系数最高可达4.3，一般为4.0,5.0(随室外气温变化和采用的不同冷 凝温度而变化)。即输入lkW电能可产生4kW的热量。夏季高温差的散热和冬季低温差的取热，使得水源热泵系统换热效率很高。因此在产生同样热量或冷量时，只需小功率的压缩机就可实现，而且冬季运行不需要任何辅助热源和除霜，大大地减少电能消耗和除霜的损失，从而达到节能目的[11]。 (2) 运行费用低 夏季由于江水湖水比传统空调的冷却介质(空气或冷却水)温度低10, 20?，因此制冷效率要高20,30,，制冷电耗节省约1,3。 (3) 无任何污染 由于该机组在制热过程中无燃烧反应，不排放燃烧废弃物，无需设烟 囱，l万平方米的建筑物一个采暖期即可节煤近百吨，可减少烟气排放量100余万立方米。 (4) 机房占地面积小 机房仅为锅炉房用地的1,10。 (5) 维护费用低 选用优质压缩机，保证运行5万小时无大修，正常使用约15个运行周 期，而锅炉每年换炉排、修炉拱等费用，年平均需要投资1元，平方米，以10万平方米供暖面积计算，本系统每年可节省维修费用约10万元。 (6) 运行维护十分简便 全部为自动化控制，每班只需一个人(而10万平方米以上小区 燃煤锅炉房每班则需四个人)值班即可。 (7) 属可再生能源利用技术。 4.2.1、对比方案一 (热水锅炉+冷水机组选型)可以解决全年四季学生和青工生活热水需求，而空调使用区域的各建筑只能在建筑物内部或附近区域设置独立空调机房并分别安装空调冷水机组。该方案生活热水只能由燃油锅炉制取，其消耗的主要是矿物能源，属于一次性消耗的不可再生能源，同时，这类能源的消耗向大气中排放了大量的悬浮颗粒、二氧化硫、二氧化碳、氮化 12 物等空气污染物，造成了严重的环境污染(如温室效应、臭氧层空洞)。该方案各个建筑物的空调系统是各自独立运行，不利于运行管理，而且能耗也比我们的设计方案大[12]。 4.2.2、对比方案二 (太阳能电辅助加热+冷水机组选型)该方案能够解决全年四季学生和青工生活热水需求的80,左右(产品设计问题)，而空调系统布局同对比方案一。该方案生活热水能由太阳能电辅助加热装置制取，其消耗的主要是太阳能，同时消耗电能。各个建筑物的空调系统是各自独立运行，不利于运行管理，而且能耗也比我们的设计方案大[12]。 4.3、理论设计计算 热水负荷的估算一期工程学生宿舍SS01—03、SS05,SS07和青工楼SS08。生活热水需求量为40升，人，天，该区域人员的生活热水使用量数据我们设计小组进行了实地调查，调查数据如表2所示: 表2 热水使用数据调查表 生活热水出水温度55?，夏季进水温度20?(160天)，冬季5?(80天)，过渡季节15?(60天)，热水使用量按调查数据估算，热水负荷余裕量为1(2，热水负荷计算见表3: 表3 总热水量和热水负荷计算表 13 空调负荷估算见表4: 表4 空调负荷估算 4.4、各方案性能分析 4.4.1、各方案出投资分析 设备及配件估算价格分析见表5。 表5 初投资估价 14 水源热泵系统初投资分析在此方案中，选水源热泵机组的造价为1(0元,kcal,h。该方案选取了三套板式换热器，三台除沙器和水处理器。根据工程经验，安装费及附科费用与机组和相关部件的比例为1:2，辅助材料费及安装费的比例约为1(5:1。该系统初 投资见表6。其它方案按同样的方法计算，其结果如下: 表6 水源热泵系统初投资 热水锅炉+冷水机组系统初投资分析见表7: 表7 热水锅炉+冷水机组系统初投资 15 太阳能电辅助加热+冷水机组初投资分析见表8: 表8 太阳能电辅助加热+冷水机组系统初投资 各系统年运行费用估算公式: M=(Pl+P2+P3)×(0.25×0.101+0.5×0.461+0.75×0.415+1.0×0.023)×Ts×Cd 运行时间的确定本次测算按照空调系统热季运行200天，冷季运行80天。电价的确定根据广西自治区物价局下发的《关于广西实施煤电价格联动有关问题的》，桂林市居民用电电价Cd按0.57元,千瓦时计算。各方案的年运行费用见表9~表12。根据各方案年运行费用分析并作比较(以对比方案二为比较对象)结果见表12[12]。 表9 水源热泵系统年运行费用 表10 热水锅炉+冷水机组系统年运行费用 表11 太阳能电辅助加热+冷水机组系统年运行费用 16 表12 各方案年运行费用比较 4.4.2、投资回收分析 所谓投资回收期是指用方案所产生的净收益补偿初始投资所需要的时间。当同时有多个设备方案可供选择时则分别计算其投资回收期以最短者为最佳方案。本方案采用的是动态投资回收期模型，此模型的具体公式如下: 表13 水源热泵系统与冷水机组+热水锅炉系统投资回收比较 表14 水源热泵系统与太阳能电辅助加热+冷水机组系统投资回收比较 从前面分析的数据可以计算出，地表水源热泵系统的初投资费用比冷水机组+热水锅炉系统高l,196,234元，而地表水源热泵系统的年运行费用比风冷热泵系统低2,978,361元，。因此，地表水源热泵系统相对于冷水机组+热水锅炉来说，只需要0.416年就能将这两种系统初投资的差额抵消，也就是说随着使用年限的增加，其节能效果会更加明显。通常情况下，只要其投资回收期?5年就可以认为此系统是可以作为优选方案的。虽然地表水源热泵系统的投资回收与冷水机组+太阳能电辅助加热系统比较优势不大，但太阳能电辅助加热系统由于设备的设计问题不能完全满足全年四季学生和青工生活热水需求，所以太阳能电辅助加热系统在尧山校区的应用并不是最优方案[12]。 5、 热泵—空调系统的节能分析(分析) 17 5.1、建立模型 COP=W (1) 式中，Q为制热量或制冷量(W);w为输入功率(W)[4]。 将系统分为两部分:热泵机组和毛细管网空调末端，首先对地源热泵机组建立模型，运Q用热力学第一定律和热力学第二定律进行热力学分析。 5.2、热泵机组模型 图2 热泵机组模型图 在制冷工况时，由热力学第一定律得: Q1=W+Q2 (2) 式中，Q1为室外换热量(W);Q2为冷负荷(W);W为输入功率(W)。 由热力学第二定律，平衡式: W+EQ2=EQ1+L1 (3) EQ1= 1?T0 T1×Q1 (4) EQ2= 1?Tm T2×Q2 (5) 效率η=EQ2W (6) 18 Tm=T5+T62 热泵在制热工况运行时，由热力学第一定律得: Q2=W+Q1 (7) 式中:Q2为热负荷(W);Ql为室外换热量(W);W为热泵机组的输入功率(W)。 由热力学 第二定律得: W+EQ1=EQ2+L1 (8) EQ1= 1?T0×Q1 (9) 2T EQ2= 1? 效率η=TmT1×Q2 (10) EQ2W (11) ( EQ1?EQ2 +W)地源 12) ( EQ1?EQ2 +W)空气源节能比β=1? ( 对于地源热泵，T0=(T8+T7)/2;对于空气源热泵，To为室外温度。式中，w为热泵机组的输入功率，EQl为与冷却水热交换的热量;EQ2为冷量收益);L1为热泵机组的损失;Tl为工质的蒸发温度;T2为工质的冷凝温度;T5为空调供水温度;T6为空调回水温度;T为冷却水供水温度;T8为冷却水回水温度 [4]。 5.3、空调末端模型 图3 空调末端模型图 根据以下公式，可以得出空调供回水的质量流量M。 Q=CpM(T5+T6) (13) 式中，Q为室 (14) 0T )，To为环境温度;T为工质进出口温度;Cp为定 式中:ex为工质焓(kJ,kg 压比热， kJ 19 ,(kg?K)。 由平衡式可得: W+M?ex5=Eq+M?ex6+L2 (15) ΔE=M(ex5?ex6) (16) 效率η=Eq W+ΔE (17) (19) 节能比β=1?(ΔE+W)毛细 (ΔE+W)盘管 式中，W为循环水泵的功率;M为空调供水的质量流量;Eq为收益;ex5为空调进水出单位质量的焓;ex6为空调出水处单位质量的焓;L2为损失。 从实例看出，地源热泵不仅损失小于空气源热泵，效率也远高于空气源热泵，特别是在制热工况时尤为突出，而且，节能效果也很明显。综合而言，地源热泵 机组的性能优于空气源热泵[6]。 6、 水源型热泵—空调系统的展望 突破技术限制，提高节能意识 热泵技术在可靠性方面已成熟，主要的技术突破和局限集中在应用方面。大众节能意识有待提高。 热泵的技术原理是物理学中的经典循环——逆卡诺循环，它的道理——“反着提取能量”不难被理解，但是如何控制这个能量提取过程，使它能够为人类所用，却是几代科学家经过100多年的研究才开发出来的。因此，控制技术是热泵的核心技术，它必须稳定可靠，同时适应复杂的自然条件和用户需求，才可能被应用。目前的热泵技术在可靠性方面已经十分成熟，主要的技术突破和局限集中在应用范围、能源条件和功能,性能的扩展上[12]。 应用范围待拓宽 热泵产品在既需要供冷又需要供热的地方最能够发挥其节能环保和经济效益。任何一种单独的供冷或供热需求提供起来都不够经济，因而它在长江以南、尤其是两广一带的应用并不多。随着人们对舒适性的要求越来越高，热泵产品的应用地域正在逐步扩展，长江以南地区的市场也在不断打开。同时，从前的热泵产品多为民用和商用(建筑使用)，现在已逐步扩大到工业应用领域。比如同方在河北开滦煤矿等煤矿作业区的示范项目，通过利用采矿过程中伴生的矿井涌水中的能量，为矿井口送暖风和提供洗浴热水。 空气源热泵不能在太冷的地方使用，原来只能在-5?以上的温度条件下使用，现在经过技术改良，有些空气源热泵已经可以在-20?的超低温条件下使用了。 而像污水源热泵和海水源热泵这样的热泵系统，由于污水和海水的成分比较复杂，直接利用有可能腐蚀机组，有待于进一步的研究。这部分的技术研发需要与其他相关机 20 构合作，对机组和水源做特殊处理。目前比较成熟的做法是直接引用已处理到二级排放的污水，由热泵机组对其进行能量提取[12]。 功能,性能也须扩展 以热泵热水器为例，由于技术条件的限制，从前热泵热水器的出水温度只能达到45?左右，这样的温度只能用来洗澡，用来采暖温度稍低。现在，经过技术改良，有些热泵热水器的出水温度可以达到55?-65?，基本能够满足采暖需求。 另外，热泵产品与其他设施的配套使用也可为热泵的市场推广打开一方天地。据同方人环工程技术部门介绍，由于出水温度不够高，从前的热泵产品在应用到使用暖气片散热的既有建筑中受到限制;现在新型建筑多采用地板散热装置，这种散热装置的技术路线与热泵产品很吻合，因为地板散热装置的面积大，不需要较高温度的热水就可以满足用户舒适性的要求，这样的配套设施改造和使用也增加了热泵产品的市场应用机会。 需要补充的是，从同方人环的经验来看，即便热泵产品在设计、安装、调试等 环节都没有出现技术障碍，在产品的正式投入运行和售后服务阶段还是会出现问题，很多相关的控制和操作系统还没有“傻瓜”到人人都能掌握的程度，违章操作和错误操作时有发生。另外，从空调制冷的角度来看，由于全球气候变暖的压力日益加大，传统的碳氟制冷剂逐渐被弃用，用什么冷媒代替碳氟制冷剂仍是一个全球性的技术难题[12]。 好产品须广泛认知 目前，普通大众对于热泵技术及其相关产品还知之甚少。热泵产品想要在市场上大规模推广和应用，需要普通大众的广泛认知和支持。 节能环保从来都不是一句空话，让人们了解后，才会成为一种影响普通人生活方式和思维方式的意识。利用热泵思维(提取和循环利用能量)，我们的生产和生活中隐含着许多可以利用的能量，比如房间排风的热回收、干燥、工业废水、废热、废料等等。 同方人环的销售部门认为，常规的能量提取和利用已经有很多人在做，但是复杂的能量提取工作则需要专业的技术团队来主动发现、利用、并完成。像热泵产品这样专业性非常强的节能产品的市场推广，绝对不仅仅是卖东西这么简单。与其说它推广的是一种商品，不如说它推广的是一种节能意识，与用户共同探索节能途径。因此，它的市场推广比其他任何一种产品在资源投入、服务周期和专业性要求方面都要细致得多。 7、 总结 近年来，随着能源的日趋紧张，以水源热泵为代表的可再生能源的系统必将有较大的发展，它不仅节约能源，而且对环境基本无污染，是公认的绿色能源。但同时我们也要看到，水源热泵系统如果在设计、施工、运行管理中处理不当，不仅不能节能，还将导致生态环境的破坏，将给人类的生活带来严重的影响，因此，我们需做好每一步的工作。此外我们还可 21 以对地源热泵的控制策略进行优化，它能够提高热泵系统的运行效率，最终达到很好的节能目的。 节能减排是应对全球气候变化、能源紧缺的迫切需求。加强对高效节能、洁净煤、先进核能、可再生能源、碳捕集利用与封存等低碳、零碳技术的研发和产业化投入，减少温室气体的排放，减弱温室效应。通过国际交流合作，相互引进、吸收先进低碳技术和应对气候变化技术，减少对石化能源资源的需求与消费，合理有效调整能源消费结构，降低对石油、煤炭的需求比重;大力开发应用新能源和可再生能源，增加其在能源消费总量中的比重，提高世界各国应对气候变化的能力，使世界经济朝着更绿色、更可持续的方向发展。 参考文献: [1]刘建伟. 刘金龙.地热水热泵供暖系统在住宅项目中的应用，节能技术， 2010. [2]吴开. 黄洁. 地下水源热泵空调设计方法， 制冷与空调，第24卷第3期. [3]袁建东. 地源热泵系统的应用和系统优化，建筑节能，2010. [4]张亮. 地源热泵+毛细管网空调系统的热力学分析， 制冷与空调， 第24卷第3期. [5]殷浩. 地源热泵在别墅中央空调工程中的应用， 职业技术， 专题研究. [6]唐琦. 桂林某酒店河水源热泵及生活， 制冷与空调， 第10卷第4期. [7]于昊. 空气能热水器 增速虽快，问题却多， 电器. [8]李少朋. 戚积功. 李少华. 刘璐. 浅谈水源热泵技术及应用现状，甘肃科技， 第26卷第7期. [9]胡丽华. 热回收水源热泵的设计与节能分析， 制冷， 第29卷第1期. [10]廖荣. 丁跃元. 刘立才. 罗遵兰. 水源热泵系统应用对地下水环境的影响， 水资源保护，第26卷第2期. [11]曹文龙. 程希. 水源热泵系统在日光温室中的应用效益分析，农业科技与装备， 第4期. [12]卢崇. 唐步洲. 尧山校区水源热泵供热工程设计方案及经济性分析， 价值工程. [13]袁建东. 地源热泵系统的应用和系统优化，住宅科技，2010. 22