水源热泵机组（共11篇）
水源热泵机组 篇1
目前, 市场上大中型水源热泵机组普遍采用满液式蒸发器, 它虽然效率高, 但必须充注大量工质。所以对于大中型中央空调的研究, 既要注意提高效率, 又要不增加甚至减少工质充注量, 综合考虑节能和减排问题, 已成为空调领域一个很值得研究的课题。
笔者所在公司在传统热泵的基础上, 开发出滴淋降膜式水源热泵机组。与传统热泵相比, 该机组一大特点就在于采用滴淋降膜式蒸发器, 大大减少系统工质的充注量。
系统描述
蒸发器是水源热泵和其他制冷空调装置非常重要且必需的部件之一, 其结构和性能在很大程度上决定了机组的效率和工质充注量。滴淋降膜式蒸发器由上方供液, 筒体内的换热管按特定的管阵排布, 液体经分配器后均匀地滴落在换热管表面形成薄膜蒸发, 蒸发后的气体通过特殊设计的气体通道, 沿壳体两侧汇集于蒸发器上部, 而不会对落下的液体造成冲击。这种结构可充分提高传热效率, 减少传热管的数量和工质充注量。蒸发后分离出来的冷冻油则汇集于蒸发器下部的集油器内, 通过控制由高压气体压至压缩机吸气管, 吸入压缩机实现回油。而目前常用的满液式水源热泵机组回油系统较复杂, 回油困难, 尤其在热泵负荷变化时润滑油位在蒸发器内发生变化, 回油孔位置难以确定, 回油不彻底不充分。滴淋降膜式蒸发器的应用, 解决了蒸发器回油难的问题。
试验研究
近年来, 通过引进国外技术与自行开发研究相结合, 我国滴淋降膜式水源热泵的研制有了飞速发展。据悉, 有多家生产企业正在积极研制开发滴淋降膜式水源热泵机组, 并已取得了初步成果, 目前国内生产的滴淋降膜式水源热泵机组已具有相当好的可靠性和性能水平。其中, 山东富尔达空调设备有限公司自2006年就涉足该领域, 并于2007年成功研制出第一台滴淋降膜式水源热泵样机, 型号为LSBLGR-600/2M。样机先后进行过两次集中实验, 实验地点在该公司实验室。该实验室的水源热泵机组性能检验装置制冷量测量范围为:300-1000kW, 由合肥通用环境控制技术有限公司设计制造, 通过了国家压缩机制冷设备质量监督检验中心的审核, 并颁发合格证书 (证书编号RZ-ZL-200705) 。其他所有测试仪表均由省技术监督局按规定周期进行鉴定。具体过程及实验数据如下:
第1次实验于2007年6月进行, 主要试验其运行基本性能及可靠性。实验条件为:按照GB/T 19409—2003《水源热泵机组》规定的水环式工况2进行, 实测热源侧进水温度11.88℃, 出水温度6.84℃, 使用侧进水温度29.92℃, 出水温度34.97℃。发现机组按照原设计的过热度 (1-2℃) 运行时, 压缩机声音异常, 出现明显的回液现象。经调整至较高的过热度 (3-4℃) 时, 机组运行恢复正常, 但这时蒸发温度只有2℃, 达不到设计值5℃;同时制冷量也只达到设计值的93%, COP值为4.78。通过观察得知回油非常稳定可靠, 工质充注量比同型号满液式机组减少22% (180kg减到140kg) 。对照实验结果, 经仔细研究分析, 并与合作的配套厂商多次进行技术沟通, 认为蒸发器的结构存在部分缺陷, 导致工质蒸发不充分或蒸发后的气体冲击液滴造成吸气带液。因此, 决定对蒸发器重新设计, 对液体分配装置、管阵排布, 特别是气体通道进行改造。
重新改造蒸发器后, 第2次试验于2007年8月进行, 主要试验其制冷、制热及运行的稳定性能。此次试验条件为:先进行水环式工况2试验, 实测热源侧进水温度11.92℃, 出水温度6.88℃, 使用侧进水温度29.79℃, 出水温度34.93℃, 系统保持前次试验的工质充注量。机组按照原设计的过热度 (1-2℃) 运行, 蒸发温度达到了5℃, 机组制冷量也达到理论设计值的97%, COP值为5.05;然后又进行了地下水工况试验, 实测热源侧进水温度11.99℃, 出水温度6.98℃, 使用侧进水温度17.84℃, 出水温度29.15℃, 机组制冷量达到理论设计值的96%, COP值为5.994;后又进行了制热运转试验, 制热量达到理论设计值的96.5%, COP值为4.55。整个运转试验过程中, 机组运行平稳, 回油可靠。结果表明各项参数均达到设计要求。
存在的问题及改进方向
滴淋降膜式水源热泵是近几年才发展起来的新产品, 其应用时间较短, 在某些方面还不够完善, 有待于进一步分析研究, 提高其性能。主要体现在蒸发器的优化设计问题, 有以下几个方面:
1、换热管的选择问题。滴淋降膜式蒸发器因为其结构及传热方式不同于满液式蒸发器, 因此采用的高效换热管翅型也不同, 需要通过理论分析及实验验证来选择最适合的换热管翅型, 进一步提高换热效率, 减少换热管数量。
2、分配器的设计优化问题。分配器是滴淋降膜式蒸发器中一个非常重要的部件。通过不断完善其结构, 使制冷剂液体尽可能地实现均匀分配, 从而以最少的供液量来满足供液要求, 最大限度地减少工质充注量。
3、管阵的排布优化问题。对蒸发器内换热管的排布有较高的要求。不但要求处于不同位置换热管按特定的不同管阵排列, 而且要求管阵间留有合理的气体通道。通过对管阵排布进行优化设计, 可以使从分配器来的液体能均匀滴落到所有换热管的表面, 形成薄膜蒸发, 使所有换热管得到最大限度的充分利用;同时蒸发后的气体能沿设计的流道顺利到达出气口, 而不对落下的液滴造成任何冲击。这样可以进一步提高换热效率。
结论
滴淋降膜式水源热泵机组运行效率高, 环保性好, 回油稳定可靠, 既提高了机组的运行性能, 又减少了环境污染, 可取得明显的社会效益和经济效益。目前这一技术在水源热泵领域处于领先地位, 并达到或接近国际先进水平。我国水源热泵行业发展迅速, 市场潜力很大, 随着中国地源热泵技术的不断向前发展和节能减排政策的不断深入, 国家通过多种方式鼓励发展高效环保型产品。因此随着时间的推移, 滴淋降膜式水源热泵将会大量替代现有的满液式机组, 成为节能减排、缓解污染的有效途径之一, 其发展前景非常广阔。
水源热泵机组 篇2
根据公司安排，结合《山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案》，对水源热泵在济宁市星村煤矿与新汶矿业集团孙村煤矿风井的使用现场进行了考察，现将考察情况汇报如下。首先对星村煤矿进行了考察。星村煤矿使用北京华誉生产的六台水源热泵机组，该机组用来向全矿井包括地面所有建筑及井筒防冻、浴室热水等进行供暖、制冷。其设备装机总功率约为1000 KW，共有六台水源热泵机组、十台各式加压泵等设备。通过了解：
1、该矿设备总投资约为1000万元，每月电耗10—20万度，电费6—15万元；
2、该矿矿区具有较为丰富的地下水资源，在地表以下约为20—30米处富含水源，为使用水源热泵提供了较为坚实的基础；
3、通过使用水源热泵系统冬季整个供暖季节可在供暖室内达到10—19摄氏度的温度，浴室内水温可满足洗浴需要；
4、现场维护人员还反映该系统维护较方便，但清理终端设备等较困难，因设计时未充分考虑维护空间，导致无法清理。（注：每个终端设备必须每年清理一次）
我们又到新汶矿业集团孙村煤矿风井进行了考察。孙村煤矿风井井深1000余米，井下地温高达40余摄氏度，必须采取降温措施。该矿使用的是清华同方人工环境有限公司生产的三组水源热泵螺杆式机组，设备装机总功率为1100 KW，单台机组较北京华誉功率大150
KW。该机组据介绍因水源不足（约需200立方每小时），采用部分回风风能，但现场无风能利用设备，仅有水源热泵机组。
据《山东省枣庄市峄城区福兴煤矿水源热泵工程可行性研究方案》介绍，我单位如采用水源热泵系统需采用“矿井排水+生活污水+矿井回风热回收系统”，考虑到矿井生产过程中矿井排水的特点，设计计划利用50 m3 /h的矿井排水作为水源热泵机组的热源，同时考虑利用30 m3 /h的处理后的生活污水，不足部分利用矿井回风热能作为水源热泵的热源。但其第八项同时提出：
1、福兴煤矿可以利用的井下排水量，还需要根据矿井正常生产后实际涌水量，对水源热泵系统作进一步调整。
2、回风热能换热器的设计，还需要根据矿井正常生产时不同季节不同时间的实际回风温度进一步优化设计，以充分提取回风的热量。
3、系统设计时，需要进一步考虑与矿井水处理系统的衔接，避免水处理系统的重复建设，节省投资。
从以上方案及现场考察分析我单位如需使用此系统有以下几个问题须解决：
1、设备装机总功率至少须增加1000KVA，根据有关设计计算目前我矿使用的10KV主供电线路截面须从120平方更换为185平方，即将整个主供线路更换，每公里投资约为10万元（不包括换杆及占地费用等）。
2、水源热泵系统设备总投资约为1000万元，每月运行电费约为10万元（不包括运行管理费用等）。
3、热源无法确定。系统运行约需80立方每小时的水源和回风风能，目前尚无法确定。
4、考察未发现回风风能利用的成型设备，且《可行性方案》中也未详细介绍。
5、该《可行性方案》有待进一步完善，如提出问题的解决方案，水源热泵系统使用设备的具体技术参数等。此问题已与方案提出单位作了交流，近期其将提出详细修改。
水源热泵热水器实验研究 篇3
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
双工况运行指系统在进水温度（蒸发温度）连续下降，冷凝温度连续升高的工况下运行.图4为双工况运行，水流量Q=0.7 m3·h-1，初始进水温度为24.5 ℃时，进水温度、功耗及COP随运行时间的变化.从图中可知，随着系统的运行，进水温度不断下降，功耗不断升高，COP先增大后降低.在系统运行初始阶段，由于蒸发器出口制冷剂过热度大，导致热力膨胀阀开度增大、制冷剂流量增加，继而制冷量、压缩机功耗、制热量增加，且制热量增加幅度大于压缩机功耗增加幅度，COP升高；25 min后，由于进水温度降低，制冷量、制热量减少，同时随着冷凝器进、出口水温差的增加，冷凝温度升高使压比增大，压缩机功耗略有增加，导致系统COP降低.系统运行25 min时，进水温度在20 ℃左右，COP达到最大，也验证了进水温度为20 ℃时，系统处于最佳运行状态.
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
双工况运行指系统在进水温度（蒸发温度）连续下降，冷凝温度连续升高的工况下运行.图4为双工况运行，水流量Q=0.7 m3·h-1，初始进水温度为24.5 ℃时，进水温度、功耗及COP随运行时间的变化.从图中可知，随着系统的运行，进水温度不断下降，功耗不断升高，COP先增大后降低.在系统运行初始阶段，由于蒸发器出口制冷剂过热度大，导致热力膨胀阀开度增大、制冷剂流量增加，继而制冷量、压缩机功耗、制热量增加，且制热量增加幅度大于压缩机功耗增加幅度，COP升高；25 min后，由于进水温度降低，制冷量、制热量减少，同时随着冷凝器进、出口水温差的增加，冷凝温度升高使压比增大，压缩机功耗略有增加，导致系统COP降低.系统运行25 min时，进水温度在20 ℃左右，COP达到最大，也验证了进水温度为20 ℃时，系统处于最佳运行状态.
摘要：
水源热泵技术利用少量电能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位，目前正成为节能领域的研究热点.针对水源热泵变冷凝参数的相关研究缺乏的现状，通过搭建水源热泵热水器实验台进行了相应实验研究.在水流量Q为0.7～1.3 m3·h-1，进水温度t为15～30 ℃范围内，对系统功耗、制热量、制冷量、热泵性能系数COP等参数进行了测量.实验结果表明，在水流量为1.1 m3·h-1，进水温度为20 ℃时，COP达到最大值，系统平均热泵性能系数COPave为3.23，此时系统处于最佳运行工况.由此可知，寻找系统的最佳运行工况对热泵系统设计和实际工程应用具有重要的意义.
关键词：
水源热泵热水器； 进水温度； 水流量； 最佳运行工况； COP
中图分类号： TB 66文献标志码： A
国内能源短缺日益严重已成为制约我国经济发展的一大瓶颈，国家在重视能源节约和再利用的同时，也更加关注新技术的开发与利用.水源热泵技术利用少量热能将地表水或地下水的低品位能量转移至高品位热能，因其节能环保的特点，正被广泛应用[1-2].水源热泵技术的研究主要包括地表或浅层水源（如地下水、河流和湖泊）热泵和人工再生水源（工业废水、废气）热泵[3].
Yan等初步研究了不同的板片形式、制冷剂、流态对板式换热器换热效果的影响，分析了板式换热器作为冷凝器或蒸发器应用于地下水源热泵系统中的特点[4-5].王芳通过实验和仿真模拟研究发现，井水进、出口温差一定时，进口温度升高有助于提高地下水源热泵系统COP；井水进口温度一定时，进、出口温差的升高将降低系统COP[6].朱禹实验研究发现随着蒸发器侧水流量增大，热泵系统COP升高[7].陈剑波研究表明，对R410a水源热泵空调机组而言，进水温度升高时，在制热工况下有利于提高系统COP，在制冷工况下将降低系统COP[8].
上述研究多集中在冷凝或蒸发参数基本保持不变时的实验研究和模拟分析，并未分析变冷凝参数工况下热泵系统运行特性.本文通过搭建水源热泵热水器实验台，研究系统运行过程中，冷凝器侧参数不断变化时，进水温度、水流量对COP、功耗、制热量、制冷量的影响，从而得到水源热泵热水系统的最佳运行工况，为后续实际应用提供参考依据.
1实验原理及实验台组成
水源热泵实验装置原理如图1所示.实验装置主要包括两个系统：热泵系统和水系统，其中水系统又包括冷冻水系统（蒸发器侧）和冷却水系统（冷凝器侧）.热泵系统由蒸发器、压缩机、冷凝器、热力膨胀阀及其它辅助部件组成.
制冷剂与低温热源循环水在蒸发器中进行热交换（蒸发吸热），经压缩机压缩后进入冷凝器与蓄热循环水进行热交换（冷凝放热），过冷液体经热力膨胀阀进入蒸发器，完成一个循环，从而达到把能量从低品位转移至高品位的目的.通过布置在系统流程中的9个温度测点、4个压力测点和1个示功器，可及时了解制冷剂各点状态参数、蒸发器和冷凝器进、出口水温及压缩机功耗.本实验采用温度可控的电加热水箱模拟低温热源.
2实验结果及分析
为研究低温热源参数对系统性能的影响，实验分为定温度变流量（进水温度t为20 ℃，水流量Q分别为0.9、1.1、1.3 m3·h-1）、定流量变温度（Q为1.1 m3·h-1，t分别为15、20、25、30 ℃）和同时制冷、制热运行三大类.当系统运行稳定后（开机约5 min），记录系统运行参数，当恒温水箱温度达到设定值时，停止工作.
2.1不同水流量下系统功耗、COP随时间的变化
图2为进水温度为20 ℃时，不同水流量下功耗、COP随运行时间的变化.由图2（a）可知，功耗随运行时间的增加而增加，且水流量越大，其增加速率越快；由图2（b）可知：Q=0.9 m3·h-1时，系统平均热泵系数COPave=3.17；Q=1.1 m3·h-1时，COPave=3.23；Q=1.3 m3·h-1时，COPave=3.13.COP随水流量增大，呈现先增大后减小的趋势，Q=1.1 m3·h-1时，系统处于最佳运行状态.这是因为在进水温度恒定时，随着水流量增加，将导致蒸发器进、出水温差减小，制冷剂流量略有增加，系统制热量、制冷量增加，功耗增加.Q≤1.1 m3·h-1时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增大；当Q≥1.1 m3·h-1时，功耗增加速率大于制冷量增加速率，导致COP下降.
2.2不同进水温度下系统功耗、COP随时间的变化
图3为水流量Q=1.1 m3·h-1时，不同进水温度下，功耗、COP随运行时间的变化.由图3（a）知，功耗随系统运行时间的增加而增加，且低温热源进口水温越高，增加速率增大.由图3（b）可知：t=15 ℃时，COPave=3.16；t=20 ℃时，COPave=3.23；t=25 ℃时，COPave=3.10；t=30 ℃时，COPave=3.01.COP随进水温度的升高，呈现先增大后减小的趋势，t=20 ℃时，系统处于最佳运行状态.这是因为低温热源水流量恒定时，随着进水温度的升高，系统蒸发压力升高，制冷剂流量增加，功耗增加，系统制热量、制冷量增加.t≤20 ℃时，功耗增加速率小于制热量增加速率，COP增加；t≥20 ℃时，功耗增加速率大于制热量增加速率，COP下降.
2.3双工况运行时进水温度、功耗及COP随时间的变化
水源热泵机组 篇4
水源热泵机组是一种新型节能装置, 是利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源, 进行能量转换的供暖制冷系统。水源热泵是利用因温度太低而不可能被其他设备加以利用的唯一系统, 可以利用无价值的大气或土壤中的太阳能资源以及地下水、地表水的低品位热能或工业污水废热来实现对用户的供暖。水源热泵的价值还不仅在于节能, 更为重要的是其利用的是太阳能或地热能, 消除锅炉供暖中烟气对环境的污染, 保护和净化人类赖以生存的自然环境[1]。所以说, 水源热泵是一种清洁、可再生的能源技术, 对于节能环保有重要意义。
水源热泵机组对提高供热水源温度有很好的提升作用, 但是单机水源热泵所能提升的温度大约为7~10℃, 尚不能实现对低品位热源的充分利用[2]。通常运用大温差来提高低品位热源利用率, 但大温差又会带来机组运行效率下降、能耗增加等问题。
针对这些问题, 提出了水源热泵机组串联方案, 采用串联方式可以大大提高水源热泵机组的运行效率, 在不增加系统投资的情况下, 节省主机的运行能耗。
1 温度对水源热泵机组供热性能的影响
1.1 水源热泵供热运行原理
热泵是一种热量提升装置, 除其本身消耗一部分能量外, 还会把低品位能源中储存的能量加以利用来提高供热温度, 这就是热泵节能的关键。水源热泵机组供热原理如图1所示。
当水源热泵机组制热时, 水源侧为机组的吸热源。液态制冷剂在蒸发器内吸热蒸发成气态制冷剂, 使水源侧温度下降, 气态制冷剂再经压缩机压缩成高温高压的制冷剂气体, 进入冷凝器, 由负载侧带走热量, 制冷剂冷凝为常温高压液态制冷剂, 再经膨胀阀节流降压后变为低温低压的液态制冷剂, 然后再进入蒸发器, 如此循环, 从而达到供热效果。
1.2 温度对水源热泵供热性能的影响
衡量水源热泵的制热性能指标是制热性能系数COP, 其定义式为:
式中:Q—额定供热量;
W—输入电功率。
热泵制热能效比COP越大, 节能效果越好。水源热泵机组COP与许多因素有关, 如水源侧进口温度T4和负载侧出口温度T2及两侧流量。
水源热泵工质的理想压缩循环是理论逆卡诺循环。在高温T2与低温T42个恒温间的T-S图如图2所示[3]。
对于制热工况, 其中面积1234代表输入电功率W, 面积3456代表释放的热能, 面积1256代表从低品位热源吸收的热量。
COP为释放热能与输入能量的比值, 所以COP的表达式为:
将对于热源温度 (即负载侧出口温度) T2求导, 得:
可得式 (3) 恒小于零, 这说明水源热泵制热性能系数COP随着高温热源温度T2的增高而减小, 随着高温热源温度T2的降低而增大。
再对冷源温度 (即水源侧进水温度) T4求导, 得到:
可得式 (4) 恒大于零, 这说明水源热泵制热性能系数COP随着低温热源T4温度的升高而增大, 随着低温热源T4温度的降低而减小。
综上所述, 水源热泵机组的制热性能系数随着低品位热源温度的升高而增大, 随着供热水源温度的升高而减小。
2 双机水源热泵串并联运行方式
2.1 双机水源热泵并联运行
传统设计中2台水源热泵机组一般并联使用, 其并联制热运行流程如图3所示。双机并联时, 水源侧、负载侧的进出口水温与单机运行时的进出口温度大体相同, 只是其整个机组的流量增大。当2台机组的总负荷减少到单台机组负荷的时候, 可以停机1台, 负荷由1台机组承担。但这种方式供回水温差小 (一般按厂家样本给定为5℃左右) , 循环水泵的耗电输热比 (HER) 及耗能都比较大[4]。
2.2 双机水源热泵水源侧串联运行
在单机水源热泵影响因素的论述中, 水源侧进口水温对机组性能系数的影响为, 随着进口温度的升高, 机组性能系数逐渐增大。对于串联机组, 前一级水源侧出水温度同时还制约着下一级机组的进水温度。双机水源热泵水源侧串联制热运行图如图4所示。
在水源侧进口温度不变的情况下, 低品位水经过第一级水源热泵机组时, 其与单机水源热泵机组运行没有太多差别, 但其经过的第一级机组后的出口水温降低, 对于第二级水源热泵机组来说, 即进口水温降低, 从而会使第二级机组的性能系数减小。串联时机组的总效率比单级高, 串联的第一级机组比第二级机组单位系统流量制热量要大[5]。而且此种串联方式可以使低品位热源得以尽大程度和利用, 使低品位热源温度的达到最优利用, 从而达到节能的目的。
水源热泵机组在制热工况下, 随着水源侧进水温度 (即蒸发温度) 的升高, 输入电功率、吸热量、制热量均增加, 但是, 从增加的数量上来说, 制热量的增加量远大于输入电功率的增加量, 因而能效系数COP值也会有较大的增大。因此, 在供热时应在机组有效范围内尽量提高水源侧进水温度, 该运行方式机组效率高、运行稳定, 缺点为机组不具有互备性。
2.3 双机水源热泵负载侧串联运行
对于负载侧出口水温对机组性能系数的影响, 随着出口温度的降低, 机组性能系数逐渐增大。双机水源热泵负载侧串联制热运行图如图5所示。在出口水温不变的情况下, 负载侧进入第二级的进口水温是低于出口水温的, 第二级的进口水温即为第一级的出口温度, 所以相对于第一级水源热泵机组来说, 其出水温度降低, 机组能效系数增大, 从而使机组的整体效率提高。
冬季随着负荷侧回水温度升高, 制热量减小, 输入电功率略有增加, 制热能效系数COP会迅速减小。仅解决了容量小, 循环水泵数量多的问题。此串联方式可以使负载侧水温拥有大温差供热性能, 且2台机组可以互为备用, 能避免机组出现运行时间不均衡的问题;缺点为机组效率较低且由于供热水温较高, 对机组的要求也高, 有机组运行不稳定的潜在风险[6]。
3 双机串联制热运行与其他运行方式的性能比较
3.1 双机串联与单机制热性能比较
目前, 采用单机大温差的设计较为常见, 由于出水温度不变, 即水源热泵机组的蒸发温度几乎不变, 而冷凝温度升高, 导致导致水源热泵机组的效率略有下降。为了改变这种不利影响, 充分利用大温差提供的节能空间, 提高制热效率而又不改变标准机型的工况, 采用水源热泵机组串联技术, 打破传统的单机大温差机组技术。
NPLV是衡量水源热泵机组部分负荷性能的一个重要指标, 它不仅考虑了机组在满负荷时的运行能耗, 还考虑了在部分负荷时的运行能耗, 能比较全面地反映冷机全年运行过程中的能耗水平。表1中给出了双机串联与单机大温差机组、单机普通机组的NPLV和节能率的对比[7]。
从表1可以看出, 采用双机串联大温差运行方式节能效果明显, 相比单机标准温差方式可节能20.4%, 相比单机大温差方式可节能17.3%。双机水源热泵串联机组由于可以大幅度降低输送冷源水的能耗, 从而在大型建筑物中受到日益广泛的应用。所以, 采用双机串联的方式还可以进一步提高大温差系统的节能潜力, 节能效果明显。
3.2 双机串联与并联制热性能比较
为了便于水源热泵机组水源侧串联与并联的性能比较, 这里先对机组水源侧串联与并联后的系统量进行定义。机组的进口温度T定义为水源热泵机组在水源侧的进口水温;机组的制热量Q定义为, 在规定工况下, 该机组中以同一单位表示的相同时间内各台水源热泵机组的制热量之和;机组的电耗功率W定义为, 在规定工况下, 该机组中以同一单位表示的相同时间内各台水源热泵机组的耗功率之和;机组的制热性能系数COP=Q/W。
双机水源侧串联与双机并联制热性能比较如表2所示[8]。从表中可以看出, 对于双机水源侧串联和双机并联, 随着水源侧进口水温的升高, 机组的整体性能系数逐渐增大;在相同的水源侧进口温度下, 双机串联比并联时的性能系数要高。综上所述, 在水源侧串联不仅可以更大程度地利用低品位能源, 而且其效率比传统的并联机组还要高。
4 结论
双机串联供热运行方式有两种, 一种为水源侧串联, 此方式有助于最大限度的利用低品位能源, 使低温水的温度大幅度下降;另一种为负载侧串联, 此方式可以尽可能大的提高供热温度, 达到大温差供热, 更能满足人们对生活热水的需求。尽管串联时整个机组的耗电量增加了, 但总的性能系数COP是增加的, 从该角度来说, 机组串联的利大于弊。通过双机水源热泵串联与单机水源热泵机组、双机串联机组的比较, 得出以下结论:
1) 相对于单机水源热泵机组, 串联时的节能率可提升20.4%, 即使相对于单机大温差机组, 也有17.3%的节能空间。
2) 相对于双机并联机组, 其机组的性能系数比串联机组的小, 不利于能源的高效利用。
参考文献
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水源热泵机组 篇5
1.基本工作原理
地下水源热泵系统的低位热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水，热泵机组冬季从生产井提供的地下水中吸热，提高品位后对建筑物供暖，把低位热源中的热量转移到需要供热和加湿的地方，取热后的地下水通过回灌井回到地下。夏季，则生产井与回灌井交换，而将室内余热转移到低位热源中，达到降温或制冷的目的，另外还可以起到养井的作用。
如果是水质良好的地下水，可以直接进入热泵进行换热，这样的系统我们称为开式环路。实际工程中更多采用闭式环路形式的热泵循环水系统，即采用板式换热器把地下水和通过热泵的循环水分隔开，以防止地下水中的泥沙和腐蚀性杂质对热泵机组的影响，同时防止对地下水造成污染。由于较深的地层不会受到大气温度变化的干扰，故能常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外空气温度，也低于夏季的室外空气温度，且具有较大的热容量，因此地下水源热泵系统的效率比空气源热泵高，COP值一般在3和4.5之间，并且不存在结霜等问题。此外，冬季通过热泵吸收大地中的热量提高空气温度后对建筑物供热，同时使大地中的温度降低，即蓄存了冷量，可供夏季使用；夏季通过热泵把建筑物的热量传输给大地，对建筑物降温，同时在大地中蓄存热量以供冬季使用。这样，在地下水源热泵系统中大地起到了蓄能器的作用，进一步提高了系统全年的能源利用效率。
地下水源热泵系统还可以产出生活热水，其水路连接方式大致有四种。最简单的方式有空调水系统与生活热水水系统完全分开和相关联且井水系统串级连接这两种，但是前者冷凝温差太小，后者也不能解决生活热水用的水源热泵机组停机时空调系统容量减小的问题。所以有了在后者基础上增加电动三通阀的方式，这样不仅减小了装机容量、降低了初投资，而且机组的配置也更加合理，提高了系统总能效比。
国内的地下水回灌基本上采用原先的人工回灌方式，主要分为压力回灌和真空回灌两种。压力回灌适用于高水位和低渗透性的含水层，也适用于低水位和渗透性好的地下含水层；而真空回灌则仅适用于低水位和渗透性好的含水层。
2.工程应用实例
2009年，牡丹江江南某小区采用地源热泵技术对2栋住宅楼进行供暖，供暖形式为低温地辐射采暖。因2009年东北地区出现了少有的严寒天气，室外最低气温达到-35℃左右，室内温度仅有12℃左右，造成住户集体上访事件，严重影响了居民的正常生活和社会秩序。后经开发商召集厂家技术人员分析，主要是地下水量不充足和水温度低，提供热量有限所致。进行调节增加水量后，供暖状况有所好转，但还是达不到供暖要求。这2栋楼于2010年供暖前，进行了管网系统改造后，并入城市集中供热系统，采用集中供热方式供暖。
2010年，牡丹江桥北某小区采用地源热泵技术对4栋住宅楼进行了初次供暖，供暖形式为低温地辐射采暖，室内温度为21℃左右，供热效果还不错。运行过程中发现回灌效果不好，小区附近有一个楼有地下室和一条城市内河，发现回灌水从地下室渗出，造成地下室一片汪洋。而且小河堤坝也有几处向外冒水。
3.存在问题分析
3.1地质问题
地下水属于一种地质资源，大量采用地下水源熱泵，如无可靠的回灌，将会引发严重的后果。地下水大量开采引起的地面沉降、裂缝、塌陷等地质问题日渐显著。地面沉降除了对地面的建筑设施产生破坏作用外，还会产生海水倒灌、河床升高等其他环境问题。对于地下水源热泵系统，若严格按照政府的要求实行地下水100%回灌到原含水层的话，总体来说地下水的供补是平衡的，局部的地下水位的变化也远小于没有回灌的情况，所以一般不会因抽灌地下水而产生地面沉降。但现在在国内的实际使用过程中，由于回灌的堵塞问题没有根本解决，很有可能出现地下水直接地表排放的情况。而一旦出现地质环境问题，往往是灾难性和无法恢复弥补的。
3.2水质问题
现在国内地下水源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，回灌过程中的回扬、回路中产生的负压和沉砂池，都会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化。地下水氧化会产生一系列的水文地质问题，如地质化学变化、地质生物变化。另外，目前国内的地下水回路材料基本不作严格的防腐处理，地下水经过系统后，水质也会受到一定影响。这些问题直接表现为管路系统中的管路、换热器和滤水管的生物结垢和无机物沉淀，造成系统效率的降低和井的堵塞。更可怕的是，这些现象也会在含水层中发生，对地下水质和含水层产生不利影响。更深层的问题是地下水经过地下管路时温度、压力的变化是否会影响其热力学平衡状态，地下热环境会对区域生态带来怎样的影响。水资源是当前最紧缺、最宝贵的资源，任何对水资源的浪费和污染都是绝对不可允许的。
4.个人分析思考
4.1地下水源热泵系统的优点
①根据热力学第二定律，采用热泵的形式为建筑物供热可大大降低一次能源的消耗，提高一次能源的利用率，因此地下水源热泵系统具有高效节能的优点。
②地下水源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套系统。系统紧凑，省去了锅炉房和冷却塔，节省建筑空间，也有利于建筑的美观。
③地下水温度恒定的特征，使得地下水源热泵系统运行更加稳定可靠，整个系统的维护费用也较锅炉、制冷机系统大大减少，保证了系统的高效性和经济性。
4.2地下水源热泵系统的缺点
①这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。由于打井的成本并不与取水量的大小成正比，因此较大系统的投资效益比较高。地下水源热泵系统的经济性还与地下水层的深度有很大关系。
②在冬季我国北方地区土壤温度较低，并且以热负荷为主，如果采用地下水源热泵供暖，则机组和换热器的初投资比较高，连续运行的效率也较低。夏季运行时，机组容量过大，造成浪费。我国政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解。不仅因初投资高于其它系统而得不到认可和推广，而且给运行管理带来了很大的问题。运行管理是任何一个系统的重要组成部分，对于地下水源热泵这种特殊设计更是关键因素。
③环境方面的问题一旦出现，基本上是无可挽回的或挽回的成本将非常巨大。从某种程度上讲，造成的危害不亚于大气污染。
4.3对于地下水源热泵应采取的态度
①地下水资源在某种程度上是国家的一种战略物资，而且一些水文地质界的专家对当前地下水源热泵的发展也持保留意见，因此，对于在我国大面积推广这种系统应采取慎重的态度。
②在决定采用地下水源热泵系统之前，一定要做详细的水文地质调查，出具地质报告，详细了解地质结构，并先打勘测井，以获取地下温度、地下水温度、水质和出水量等数据，合理地配置整个系统。并分季节进行抽水回灌试验，积累资料，各方面条件都满足，才能决定采用，否则会付出惨痛的代价。
③设计、施工和运行等各个环节都要有谨慎小心的态度，确保系统不会因负荷不当、水泵功耗过高、管理不善而降低效率。
④针对不同地区的地质条件和气候条件，采取不同的态度。对适宜地区，国家应鼓励大力发展新能源项目；对不适宜地区，应严格禁止，以免劳民伤财，污染环境。
水源热泵机组 篇6
水源热泵在工作时会产生明显的振动和噪声, 特别是安装在居民楼地下的设备, 运行时产生的振动和噪声会通过楼体结构传递到住户室内, 干扰人们正常的工作和生活, 因此需要对水源热泵机组进行隔振处理。
1 水源热泵的隔振方法
目前, 水源热泵常见的隔振方法主要是安装橡胶阻尼隔振器或弹簧隔振器, 隔断振动的传递路径。但该隔振技术对设备中的低频振动隔振效果不佳, 当采用隔振效果较好的多级隔振时, 又会产生施工成本高, 维修费用大的问题[1]。基于隔振中存在的问题, 本文提出在设备下方安装内含颗粒的颗粒阻尼箱的方法对热泵机组进行隔振处理。设备振动时诱发颗粒体间的不规则碰撞以及颗粒与颗粒阻尼箱壁的摩擦产生阻尼效应, 起到抑制设备振动的作用[2,3]。
2 颗粒阻尼器在水源热泵中的隔振设计
某小区地下室内安装一台全重2830kg的水源热泵机组。压缩机的工作频率为。水源热泵机房的噪声达77.5 d B (A) 设备运行时的全重大约为设备自重的1.3 倍, 约即3700kg。影响最大的一层住户室内的夜晚噪声值为48.5d B (A) , 超过国家住宅一类地区夜晚噪声不大于30d B (A) 的标准, 因此, 必须对设备进行隔振降噪处理, 隔振设计包含的内容有:
(1) 隔振后系统的自然频率fn, 隔振后系统的fn与压缩机的工作频率f有下列关系:
选取比值为5, 作为初步设计, 取阻尼, 那么隔振传递率为:
估算降噪量为:
设计的降噪量大于18.5 d B (A) , 设计符合要求。
(2) 设备的速度振幅为:
m为隔振后设备整体质量;F0为激振力。由于运行时激振力大小和激振状态不稳定, 为保证设备安全运行, 需要增加惰性块来提高稳定性。经计算后惰性块质量不小于4000kg, 但施工现场没有足够的空间, 因此, 需要在有限的空间下采取颗粒阻尼器代替惰性块来提高设备运行的稳定性。
(3) 颗粒阻尼器应用。工程中选择尺寸为1.8m×1.2m×0.6m的下端封闭的钢架作为颗粒阻尼器, 基本机构如图1。
颗粒阻尼器划分为12 个区域, 形成独立的12 个方型容器, 在每个容器中直径0.2-0.5mm的细砂粒, 细砂粒的放入量为容器容积的3/4, 然后封闭容器表面。为了调节安装后容器装砂量, 可以在容器上部留有开口, 形成一个具有颗粒阻尼效果的惰性块。颗粒阻尼器全重为2500kg, 此时整个设备质量为6200kg。
(4) 选择隔振器。在颗粒阻尼器的六个支撑耳下方安装橡胶弹簧隔振器, 根据机组尺寸和重量, 选配六组弹簧隔振器, 每组隔振器的荷载。选配的橡胶弹簧隔振器型号是JGF47 型。
(5) 对相关管道等隔振处理。由于设备管道也能传递结构噪声, 需要对管道进行处理, 将管道与设备进行软连接处理, 并对管道进行支撑, 支撑件下方安装减振弹簧。
3 颗粒阻尼减振效果分析
(1) 声环境效果分析。为了评价颗粒阻尼的效果, 对比分析隔振处理后, 添加颗粒前后水源热泵房的噪声量的变化 (见图2) 。
从图中不难发现, 隔振后未添加颗粒阻尼前, 水源热泵房的噪声值为62.9d B (A) , 在25-63Hz频带处区间低频信号比较强, 噪声能量较大 (见图3) 。添加颗粒后, 噪声值为58.3d B (A) , 颗粒阻尼对低频信号有了很好的抑制作用, 降噪值达到19.2d B (A) , 一楼住户室内的夜间噪声值为29.4d B (A) , 已不能听到水源热泵房的噪声。
(2) 设备减振分析。设备引入隔振装置后, 设备的重心提高, 稳定性降低, 机器存在安全隐患[4]。需要对设备稳定性进行分析。在设备正常工作时, 使用VIBXPERT� FFT数据采集器对设备的加速度响应幅值进行测量比较。其铅垂方向振级减少4d B。x, y向由于本身刚度很小, 颗粒阻尼可以使振级大约减少6dB。
热泵开关机时, 会出现明显振动, 在突然加压和泄压的时候也会出现比较明显冲击声音。通过粒子间和颗粒与容器壁的相互摩擦吸收动, 减小了设备共振峰值, 使机器很快进入到平稳工作状态。
4 结论
通过颗粒阻尼在工程的应用可以达到如下结论:
(1) 应用颗粒阻尼可以在不增加工程成本, 不改变隔振工艺的前提下, 可以提高设备的隔振效果, 较小的颗粒阻尼质量就取得了较好的减振效果。
(2) 颗粒阻尼对于低频振动的隔振效果有了明显的提高, 对于整体设备的隔振率也有明显提高, 机房的声音环境有极大改善。
(3) 颗粒阻尼能明显的降低了机器本身的振动位移幅值, 降低振幅, 减少了冲击振动给设备带来的危害, 使机器迅速进入平稳工作状态。
参考文献
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水源热泵机组 篇7
水源热泵三位一体机是一种集空调、采暖、生活热水三种功能于一体的冷热水机组。一体化机组与常规的水/地源热泵机组相比, 其优势在于本设备将热泵机组, 负载水泵, 生活热水水泵及自控系统和连接管路均组装在一个箱体之内, 成为一个紧凑的小型独立“热泵机房”。机组增加防冻保护装置后可在建筑物外部露天安装, 不占用建筑面积, 只需与负载侧, 源水侧管路、水泵相接即可使用。不影响环境美观也不会产生大的噪声。
2 冷量范围
7.57～47.5 kW。
3 高效节能
采用水作为冷却和加热介质, 机组的能效比较风冷机组高, 节省运行费用。全热回收工况下, 综合能效在6.0以上, 运行费用比普通机组节省30%～70%。
采用R410 A环保冷媒, 没有氯元素, 不破坏臭氧层, 稳定, 无毒, 换热效率高。
机组能够进行全热回收, 夏季及部分季节可免费提供生活热水, 水源热泵机组还可利用城市废水, 废热做能源, 使运行费用降到最低。
4 品质可靠
世界一流的先进节能全封闭涡旋压缩机, 寿命长, 噪音低; (2) 不锈钢板式换热器, 效率高, 体积小, 耐腐蚀, 适合制取生活热水; (3) 镀锌, 磷化, 喷涂, 三重防护及机壳, 抗蚀抗锈性能高, 长期置于日光下暴晒或潮湿多雨的环境也能持久如新; (4) 采用世界上最大的暖通空调用泵的专业生产厂家—威乐, 品质可靠; (5) 内衬保温消音结构, 噪音低。箱体内部用15 mm厚, 密度为48 kg/m3表明涂覆的玻璃纤维进行保温以防止结露并有效降低噪音, 环境适应能力强。
5 安装方便
(1) 可拆卸面板便于维护, 机组上的侧板和端板均可拆卸, 以便检修压缩机及电气控制板, 在保证最小安装空间的同时又能非常方便的对机组进行维护保养; (2) 机组布置整齐, 结构紧凑, 体积小, 重量轻, 外形美观, 结构精巧; (3) 内部集成装配了负载侧和生活热水侧水泵, 减少工地安装所需工作量和占地面积, 只需安装源水侧水泵和水系统管路就可使用。
6 智能控制
水源热泵机组 篇8
国家发改委颁布的《可再生能源中长期发展规划》中提出:到2020年全国水电装机容量达到3.28亿kW。大约在2030年全国水电装机容量将达到4.1亿kW[1]。水电站是个庞大的机构,厂房内由于安装有变压器、高压开关、电缆、全封闭组合电器、低压配电箱、电动机、充电设备、电抗器、互感器、空压机、水轮发电机组、控制仪表等散热、散湿设备[2];再加上维护结构的传热、传湿,其冷负荷与湿负荷非常巨大,导致厂房环境恶化,设备寿命降低,甚至影响水电站的发电效率。为了改善厂房工作环境,目前我国水电站地下厂房在夏季常采用机械制冷的方式进行降温冷却;在过渡季(4,5,10,11月)部分采用自然或机械通风的方式进行降温(因为地下厂房一般都有较长的交通洞或进风洞,利用洞体对进风空气的自然冷却可在一定程度上满足该季节厂房内环境温湿度的要求),部分则采用机械制冷进行降温。因此,地下水电站建筑能源消耗中,空调通风系统的能耗受到了广泛关注[3]。水电站厂房通风空调已成为水电站建设中一个亟待解决的重大课题[4,5,6,7]。
事实上,地下水电站温湿度环境的调控具有其特殊性,主要表现在如下方面:一是过渡季节往往仍然需要供冷以消除发电机组等设备产生的余热;二是水电站周围拥有巨大的水源(水库水)可作为冷热源;三是水库水在过渡季节一定的水深度时,水温在11 ℃以下[8],这是较为适宜的免费供冷水温(虽然部分地区过渡季节可采用机械通风方式进行降温,但空气的输送能效比远高于水的输送能效比);四是地下洞室群位置较低,取水水泵能耗低,免费供冷的经济性较高。
国外已有免费供冷的工程实践,如Cornell大学建成的利用湖水供冷的工程[9],其抽取大学附近Cayuga湖底层温度较低的湖水,通过中间的热交换站换热后,为Cornell大学提供7 ℃的空调冷媒水,该工程每年可以节省2亿多度电。但国内的水库水很难常年满足这样的低温,所以完全应用免费供冷进行热湿调控也是不适宜的。
鉴于上述原因,现介绍一种可利用免费冷源的水源热泵空调机组工作原理与特点,并对其进行适宜性分析。
1 系统形式及工作原理
1.1 传统水源热泵系统
传统水源热泵系统工作原理如图1所示。该系统主要由冷却水取水系统、热泵机组制冷系统及冷冻水供水系统。该系统的工作流程如下:
(1)制冷工况时,启动压缩机、冷却水泵与冷冻水泵;压缩工质产生的热量经冷凝器由冷却水带走,排至水库水;经蒸发器制得的冷水供给表冷器,冷却送风,实现供冷模式;
(2)制热工况时,启动压缩机、冷却水泵与冷冻水泵,四通阀换向动作;原来的冷凝器变为蒸发器,原来的蒸发器变为冷凝器;热泵机组由水库水中吸取热量,制得的热水用于加热空调送风,实现供暖模式。
1.2 可利用免费供冷的水源热泵系统
可利用免费冷源的热泵机组工作原理如图2所示。该系统通过改变冷却水在管路中的流动,实现可利用免费冷源供冷与机械制冷两种供冷方式。该系统的工作流程如下:
(1)免费供冷工况时,四个三通阀分别接通取水管与冷(热)水供水管以及冷(热)水回水管与冷却水回水管;热泵制冷系统关闭,即将低于11 ℃的水库水直接供至表冷器用于冷却空调送风。具体工作流程为:水库→取水管→三通阀A→三通阀B→冷(热)水供水管→用户(表冷器)→冷(热)水回水管→三通阀D→三通阀C→回水管→水库;
(2)机械制冷供冷工况时,三通阀A接通取水管与冷凝器,三通阀C接通回水管与冷凝器,三通阀B接通蒸发器与冷(热)水供水管,三通阀D接通冷(热)水回水管与蒸发器;此时,由冷却水带走冷凝器产生的热量,蒸发器产生的冷量用于制取7℃左右的冷冻水。具体工作流程为:水库→取水管→三通阀A→冷凝器→三通阀C→回水管→水库;冷(热)水回水管→三通阀D→蒸发器→三通阀B→冷(热)水供水管→用户(表冷器)→冷(热)水回水管;
(3)制热工况时,四通阀换向动作,原来的蒸发器变为冷凝器,原来的冷凝器变为蒸发器,其他部件连接与循环方式同机械制冷工况。此时热泵机组吸取水库水中的热量,产生45 ℃左右的热水用于采暖工程。
1.3 两种系统的主要区别
从以上分析可知,在使用机械制冷与机械制热工况时,两种热泵系统的工作原理完全相同,也就是在这两种情况下,可认为二者节能性与经济性相同。区别仅在于一些季节条件下,免费冷源+机械制冷的水源热泵系统可以实现免费供冷,即在无需开启制冷机组时,也能通过利用水库水作为天然冷源,提供所需要的冷量。由于制冷机关闭可节省主机电耗,但必然导致冷却水循环量加大,水泵电耗增高。同时考虑到水力计算,由于水量的增大可能使得取水管管径增大初投资。为此,需对其适宜性进行合理评判。
2 适宜性分析
2.1 基本参数
2.1.1 制冷系统主要设备功率及能耗
①制冷系统主要设备的功率可按下式计算(kW)
∑Nj=Nchiller+Ncp+Nct (1)
式(1)中:Nchiller—冷水机组能耗,kW;Ncp—冷却水泵能耗,kW;Nct—冷冻水泵能耗,kW。
②制冷系统主要设备的能耗可按下式计算(kW·h)
∑NjT=(Nchiller+Ncp+Nct)T (2)
式(2)中:T—当量满负荷运行时间,T=TLε,h;ε—负荷率。
2.1.2 冷水机组功率
冷水机组功率表示为
式(3)中:COPchiller—制冷机组性能系数;QCHW—系统总冷量,kW。
2.1.3 水泵轴功率
冷却循环水泵轴功率表示为
式(4)中:ηSPMP—水泵效率,一般取0.5—0.8;ρw—输送流体密度,kg/m3;GCHLR,CW,per—水泵输送流量,m3/s;HSPMP—为水泵扬程,m。
2.1.4 冷却循环水量
①机械制冷时,冷却循环水量表示为(t/h)
式(5)中:Δt—机组冷却水进出口温差,℃。
②免费供冷时,冷却循环水量表示为
式(6)中:Δt′—免费供冷取水与回水温差,℃。
2.1.5 冷冻水循环量
冷冻循环水量表示为
式(7)中:Δt″—机组冷冻水进出口温差(免费供冷时即为冷却水供回水温差),℃。
2.2 适宜性模型建立
2.2.1 年节约能源量
可按照式(8)计算。
ΔQ=QC-QX (8)
由于在不使用免费供冷时,新型的热泵系统运行原理与运行效果与传统热泵系统完全相同,故二者年能耗差值仅为使用免费供冷季节造成的能耗差值。所以式(8)可简化为
ΔQ=QC,m-QX,m (9)
式(9)中:ΔQ—年能耗节约值,kW·h;QC—传统系统年能耗值,kW·h;QX—新型系统年能耗值,kW·h;QC,m—免费供冷季节,传统系统年能耗值,kW·h;QX,m—免费供冷季节,新型系统年能耗值,kW·h;结合式(2)与式(9),推导可得
ΔQ={[Nchiller,mf+Ncp,CT+Nct,CT]-[Ncp,X+Nct,X]}T (10)
式(10)中:Nchiller,mf—免费供冷季节传统热泵系统主机能耗,kW;Ncp,X—免费供冷季节新型系统冷却水泵能耗,kW;Nct,X—免费供冷季节新型系统冷却水泵能耗,kW;Ncp,CT—免费供季节传统热泵系统冷却水泵能耗,kW;Nct,CT—免费供季节传统热泵系统冷冻水泵能耗,kW。
2.2.2 年节约资金量
可按照式(11)计算。
ΔZ=ZJ-ZC=ZJ+xtK (11)
式(11)中:ΔZ—年节约费用,元/年;ZJ—每年因免费供冷而节约的能源折合费用,元/年;ZC—因使用免费供冷而每增加的初投资,元/年;K—初投资费用,元;xt—标准投资效果系数,xt=1/τt;τt—投资收回期,文献[10]指出对于热工程经济,一般取8—10年。
2.3 案例分析
2.3.1 工程概况
①室外气象条件
图3和图4分别给出了水电站所在地室外空气月平均温度值与水库水不同深度全年水温曲线。从图4中可以看出在4月、5月、10月、11月室外气温平均值小于25℃,这段时间室内负荷不大可考虑使用免费供冷。从图5中可以看出在4月、5月、10月、11月水深35 m处,水温平均值介于11—12 ℃之间,是较为适宜的天然冷源。故本工程考虑在这四个月利用水库水进行免费供冷。
②室内计算温度及冷负荷
表1给出了该水电站在4月、5月、10月、11月这四个月中的峰值负荷及室内设计温度参数。
③水源热泵系统参数
取水距离长约200 m,取水高差为40 m。由水力计算可得水泵扬程为70 m。冷冻水泵扬程为30 m。免费供冷冷却水供水温度为11 ℃,冷却水回水温度为16 ℃。传统机械制冷系统,冷却水供水温度为11 ℃,冷却水回水温度为20 ℃;冷冻水供水温度为7 ℃,回水温度为12 ℃。负荷率取0.5。制冷机组性能系数按照《公共建筑节能设计标准》给定的螺杆式机组取值,本文取4.60。
④新型机组增加的投资
由于采用免费供冷而增加的初投资主要是由于供水量增大,导致水力计算所选取水管管径增大以及四个三通阀及其控制系统造成的,这里主要考虑这些部分造成的初投资增加。管径与管材价格的计算模型可按照文献[11]给出的统计结果计算,如图5所示。电动三通球阀及其执行机构采用某国内品牌产品,其单价为82 280元/套。
2.3.2 结果分析
利用上述评价模型及相关参数,可计算得该新型热泵系统的节能性与经济性,结果列于表2中。从表中可以看出,采用该系统年可节约用约50万度电,年可节约运行成本约27万元。可见,使用该系统具有较好的社会效益与经济效益。
3 结论
综上所述,可以得到如下结论:
①过渡季节,地下水电站适宜使用免费供冷进行洞室群的热环境调控;
②该新型水源热泵机组应用于地下水电站热环境调控具有良好的节能性与经济性,可将其作为水电站洞室群供冷方式的备选项目。
摘要：介绍了一种可利用免费冷源的新型热泵机组应用于水电站的工作原理与特点,并基于节能性与经济性要求,建立了其适宜性评价数学模型。最后以一工程案例详细论述了其可行性。结果表明:该热泵机组原理可行,并在过渡季节(4月、5月、10月、11月份),利用水库35 m左右水深的水直接进行免费供冷具有良好的经济性;其可作为水电站洞室群供冷方式的一种新型的备选方案。
关键词：冷量,热泵机组,水电站,降温除湿
参考文献
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水源热泵机组 篇9
从广义上说, 热泵指的是从低温热源吸热送往高温热源的循环设备。具体来说是指能够在低温的环境下广泛吸取热量, 并且把其能位提高之后, 将热量逐渐向高温的环境输出的装置。目前, 热泵的类型有机械式、吸收式, 还有诸如化工热力泵、化学吸附式和蒸汽喷射式。对机械式热泵来说, 热泵也可以看作是一个“制冷机”, 是一种单纯地利用高温端的放热为目的的实行工质逆循环的机械。本文着力讨论的是风冷热泵, 它又称为空气-水型, 它工作的主要动因就是利用大量的空气来吸热, 并且是通过利用机械做功输出热量, 这样一来, 它的整个工作过程就能够充分协调供应中央空调的冷、热水。水源热泵又称水-空气型, 水源热泵是由封闭的水系统及若干个水源热泵机组所构成的一个水环热泵的空调系统, 水源热泵机组在工作时, 能够实现水系统与环境中热量的转换。
1风冷热泵空调与水源热泵空调的特点及其应用
风冷热泵的应用通常受制于地理环境及气象条件的影响。风冷热泵由于不用水冷省去冷却水系统, 因此这种节水的功能对于缺水地区来说极为有利, 尤其是水质优劣会直接影响到同时还制冷机组的运行管理, 而风冷热泵却有效的避免了这一问题。
在应用中, 风冷热泵的条件首先需要冬季室外的空调计算温度应达到-10℃以上, 而机组蒸发的温度小于-8℃的运行时间应该小于110小时;适合于中、小型的空调工程的空调建筑面积应该在1~115万平方米以下, 由于冬季的空气湿度相对较低, 所以每年累计的除霜时间应该保持在500~1000小时, 而每公斤空气的累计除霜量应在7~20千克的地区。这样具体说来, 若想达到理想的效果, 那么我国的南部地区采用风冷热泵是极为适合的。但需要指出的是, 这些数据及条件的显示也并不是绝对的、局限的, 这里主要是从节能和保证机组稳定运行的角度出发, 但是如果对风冷热泵的自身性能加以适当的改善, 它的适用范围以及受众对象也会相应广泛起来。目前在我国的北部地区的某些实例表明, 一些针对具体温度及适应条件改善的风冷热泵已经可以在-15℃的外气环境之下运行。水源热泵空调系统是由一个封闭的双管水系统及若干个形式各异的水源热泵构成的。它可以充分地利用好环境内部的余热和废热, 就可以节能节效地使整个的空调系统进行正常的运行。当水温高于35℃的时候, 它向外来排放热量主要是要利用与其连接的冷却塔来, 而使用辅助加热设备比较适用于水温低于15℃的时候。值得注意的是, 水源热泵空调系统受外部气象的环境影响较小。另外, 水源热泵空调系统还具有压缩制冷机组的能效, 它可以把整个系统的用电量归整, 这样一来对于物业的管理以及电的供应是非常便捷的。
水源热泵空调系统有着杰出的热回收功能, 所以在气候适中的大部分北部地区可以广泛使用。它的建筑体型较大, 有明显、清晰的周边区与内区, 因其这样显著的特点, 便规定了内区面积要大于等于周边区, 也因此它更适用于内区热负荷较大的商场、办公楼。水源热泵的应用还很适合有洁净的江河水或者废水余热可利用的地方, 假设不考虑其经济性, 其实水源热泵空调系统可以说适用于全国的大江南北。
2风冷热泵空调系统与水源热泵空调的设计理念
在风冷热泵空调系统的设计中, 有四个方面需要注意。首先是如何按其最佳平衡点温度来选用热泵, 能够影响到热泵运行经济性的首要问题是辅助热源种类的选择。如果有蒸汽或者余热是最为经济的选择, 其次用煤气和燃油也是较为客观的选择。但是必须注意的是, 除了冬季供热要用的辅助热源之外, 为了防止冬季机组在停车之时, 向冷冻机油中注入冷媒, 则必须使用电加热曲轴箱里的油, 这样一来会大约多消耗掉百分之一的电力。
在防霜与除霜方面, 目前通常采用防止结霜的方法主要有增设辅助室外换热器和氟利昂加热器等等。常用的除霜方法则有旁通热气流除霜、转换工况热气反冲除霜以及空气除霜等。用脉冲电子膨胀阀转换工况是较为可行的方法之一。可以肯定的是, 除霜是极为必要的, 但是这一过程会引起能耗的加大以及热水温度的波动, 所以, 除了要考虑风冷热泵机组的性能优劣之外, 还要合理对于除霜的周期、温度等诸多的因素作以详尽周密的思考。另外, 出于节能节效和经济角度的考虑, 还应该在选用机组时, 把除霜的额外能耗列入考虑的重要因素之中。
水源热泵空调系统在设计中, 首先需要考虑水源热泵空调的条件能否直接应用于该空调建筑, 水源热泵空调有其自身的特点功能, 如果勉强的使用, 或者在运作之前没有考虑好它的使用条件, 那么必然会造成能耗大。其次还要在负荷的计算上, 分清内、外区各自冷、热负荷的大小以及怎样正确的利用。为了使置于各空调房间中的水源热泵机组进风的参数能够达到产品样本中夏季<29℃, 冬季>15℃的要求值, 还要考虑到信奉与排风间如何利用热量。在建筑中要注意, 若有配电间和大型热设备, 将会产生大量的热, 应注意加以回收。另外由于我国江河等天然水源资源广泛, 所以在实际的应用中, 还应该将这些优势融入考虑的范围之中。在我国诸多大型企业化工, 例如化工企业、钢铁制造企业中, 应该合理对它们排放出的大量的低位热能的产生加以利用, 但是与此同时也不能忽略有关的水质问题。
根据目前二者很多应用工程在实际应用中的分析, 水源热泵的效率以及应用范围都普遍高于风冷热泵效率。根据其不同的优势及其特点, 大、中型的集中空调多数采用的是水源热泵空调系统, 对于中、小型工程则大多采用的是风冷热泵空调系统。如遇到有余热、废热可以加以利用时, 要注意热回收这一问题。根据资料显示, 水源热泵空调还有一个优势在于, 它可以进行“化整为零”来减少电气设计的增容量与投资, 这样会更有利于物业的管理, 从而被世人所瞩目。风冷热泵的水源热泵应当在中央空调系统中被更加广泛的应用。
参考文献
水源热泵机组 篇10
【关键词】水源；热泵；供热；空调；工程；应用
1.热泵技术的由来与发展
当今社会环境污染和能源危机已成为全人类面对并要加以解决的重大课题，在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的供热空调系统应运而生，而热泵技术正是满足这些要求的新兴供热空调技术。我国热泵事业近几年发展势头看好，国内企业开发出了中国品牌的热泵系统，并已建成了数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其产生了浓厚的兴趣。
2.热泵的工作原理及种类
（1）根据热力学第二定律，热可以自发地由高温物体传向低温物体，而由低温物体传向高温物体则必须作功，正如水能够通过水泵从低处向高处流动一样，热泵系统实现了把能量由低温物体向高温物体的传递，它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，也就是说热泵的供热量永远大于所消耗的功量，所以是综合利用能源的一种很有价值的措施。热泵的硬件组成和制冷系统大致相同，也是由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等主要部件组成。只是制冷是从制冷房间吸热到冷凝器散发给冷却介质，热泵是制冷工况的逆过程，即把热量从冷凝器的介质吸收过来散发到制热房间中。
（2）热泵技术按所需热源的不同大体可分为气源热泵、地源热泵及水源热泵。气源热泵即通常所说的风冷热泵，是以室外空气作为热源，是目前应用最为广泛的热泵系统。地源热泵是将换热盘管深埋于地下，吸收土壤中的低温热量进行供热，由于全年土壤温度波动较小，地源热泵的季节工况较为恒定。水源热泵是目前我国应用较多的热泵形式，它是以水（包括江、河、湖泊、地下水等）作为冷热源体，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放，实现对建筑物的供冷。在水源热泵的应用当中，又以利用地下水的地下水水源热泵应用较为广泛。其工作原理大都是通过外部管道及阀门的切换来实现冬夏工况的转换，夏季空调供回水走蒸发器，地下水走冷凝器，冬季空调供回水走冷凝器，地下水走蒸发器。
3.地下水水源热泵技术的特点
3.1高效节能，运行费用低
在评价热泵机组和制冷机组的性能时常用到“功效比”，用COP 表示，即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。
3.2一机两用，环保洁净，初投资小
由于水源热泵冬季可向建筑物供暖，夏季可向建筑物供冷，真正做到了一机两用，提高了设备的利用率。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。
3.3机房面积小，灵活安全，用途广泛
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小，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，使整机运行安全可靠。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8℃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。
4.水源热泵在供热空调中应用应具备的条件
4.1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政策和法规，要获取地下水，须通过政府有关主管部门的批准方可，并应有可靠的技术措施确保地下水的回灌。
4.2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设计方案等有关，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。
4.3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，由于水温不同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℃。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，在含水层中流动至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，目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。
4.4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。
5.水源热泵应用中有待探讨的问题
地下水水源热泵的应用必然带来地下水的开采问题，能否在一个城市或一个地区大量使用，如何解决取水井与回灌井的水位平衡问题，以及由于回灌井的回流速度问题能否给周围的建筑物造成安全及质量上的问题等都要进一步从理论上和实践上加以研究，并根据不同城市，不同地区，因地制宜制定相关政策。政府的职能部门应制定一套相关的优惠政策，加快水源热泵技术的开发研制及应用进度，使相关的问题得到尽快解决。
6.结论
水源热泵机组 篇11
一、水源热泵工作原理及其系统构成
在我国《暖通空调术语标准 (GB50155-92) 》中, 对“热泵”的解释是“能实现蒸发器和冷凝器功能转换的制冷机”;在《新国际制冷词典 (New International Dictionary of Refrigeration) 》中, 对“热泵”的解释是“以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统”。可见, 热泵在本质上是与制冷机相同的, 只是运行工况不同。其工作原理是, 由电能驱动压缩机, 使工质 (如R22) 循环运动反复发生物理相变过程, 分别在蒸发器中气化吸热、在冷凝器中液化放热, 使热量不断得到交换传递, 并通过阀门切换使机组实现制热 (或制冷) 功能。
水源热泵工程是一项系统工程, 一般由水源系统、水源热泵机房系统和末端散热系统三部分组成。其中, 水源系统包括水源、取水构筑物、输水管网和水处理设备等。
二、水源热泵对水源系统的要求
水源系统的水量、水温、水质和供水稳定性是影响水源热泵系统运行效果的重要因素。应用水源热泵时, 对水源系统的原则要求是:水量充足, 水温适度, 水质适宜, 供水稳定。具体说, 水源的水量, 应当充足够用, 能满足用户制热负荷或制冷负荷的需要。如水量不足, 机组的制热量和制冷量将随之减少, 达不到用户要求。水源的水温应适度, 适合机组运行工况要求。水源的水质, 应适宜于系统机组、管道和阀门的材质, 不至于产生严重的腐蚀损坏。水源系统供水保证率要高, 供水功能具有长期可靠性, 能保证水源热泵中央空调系统长期和稳定运行。
三、水源系统设计和施工中应注意的问题
1、供水水源的可行性研究
就商业建筑而言其特点明显, 需充分计算负荷和地下水含水量是否满足使用。同时要考虑商业建筑范围地下水供水的持续能力, 如能解决此问题水源热泵在商业用应还是很优秀的, 节能和效率都远远高于其他形式空调。
2、管井工程设计和施工
当选择地下水源和管井取水方案时, 对规模较大的工程, 应根据所需水量和地下水回灌需要, 结合场地环境和水文地质条件, 按一定采灌比确定抽水井和回灌井井数、合理布置井位和井间距。井深应大于变温带深度, 以保证冬季水源水温度>10℃。为防止回灌井堵塞, 确保水源系统长期稳定供水, 抽水井和回灌井应互相切换使用, 因此各个井的井深和井身结构应相近。井中滤水管和滤网应有一定强度, 能承受抽灌往复水流的压力变换。
3、管井施工质量
必须十分重视管井质量问题。应找专业队伍施工, 做好每一工艺环节, 建成优质井, 才能获得较大出水量和优质水。
四、水质处理
如果水源的水质不适宜水源热泵机组使用时, 可以采取相应的技术措施进行水质处理, 使其符合机组要求。
五、地下水人工补给 (俗称回灌)
1、人工回灌及其目的
所谓地下水人工补给 (即回灌) , 就是将被水源热泵机组交换热量后排出的水再注入地下含水层中去。这样做可以补充地下水源, 调节水位, 维持储量平衡;可以保持含水层水头压力, 防止地面沉降。所以, 为保护地下水资源, 确保水源热泵系统长期可靠地运行, 水源热泵系统工程中一般应采取回灌措施。
2、回灌类型
根据工程场地的实际情况, 可采用地面渗入补给, 诱导补给和注入补给。注入式回灌一般利用管井进行, 常采用无压 (自流) 、负压 (真空) 和加压 (正压) 回灌等方法。无压自流回灌适于含水层渗透性好, 井中有回灌水位和静止水位差。真空负压回灌适于地下水位埋藏深 (静水位埋深在10米以下) , 含水层渗透性好。加压回灌适用于地下水位高, 透水性差的地层。对于抽灌两用井, 为防止井间互相干扰, 应控制合理井距。
3、回灌量
回灌量大小与水文地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关, 其中水文地质条件是影响回灌量的主要因素。一般说, 出水量大的井回灌量也大。在基岩裂隙含水层和岩溶含水层中回灌, 在一个回灌年度内, 回灌水位和单位回灌量变化都不大;在砾卵石含水层中, 单位回灌量一般为单位出水量的80%以上。在粗砂含水层中, 回灌量是出水量的50-70%。细砂含水层中, 单位回灌量是单位出水量的30-50%。采灌比是确定抽灌井数的主要依据。
4、回扬
为预防和处理管井堵塞主要采用回扬的方法, 所谓回扬即在回灌井中开泵抽排水中堵塞物。每口回灌井回扬次数和回扬持续时间主要由含水层颗粒大小和渗透性而定。
参考文献
[1]《供水水文地质手册》, 地质出版社, 1976[1]《供水水文地质手册》, 地质出版社, 1976
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