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當今社會環(huán)境污染和能源危機嚴重地威脅著人類地生存與發(fā)展，如何理解這一問題已成為全人類的頭等課題。在這種背景下，以環(huán)保和節(jié)能為特征的綠色建筑和與之相應(yīng)地空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)運而生。而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的中央空調(diào)系統(tǒng)之一。水源熱泵具有節(jié)能、經(jīng)濟、運行可靠等特點。目前，國內(nèi)已有多家水源熱泵的專業(yè)生產(chǎn)廠，水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍正在逐步擴展。 水源熱泵技術(shù)可利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太陽能和地熱能而形成地低溫低位熱能資源，并采用熱泵原理，即通過少量的高位熱能的輸入，把不能直接利用的低位熱能轉(zhuǎn)化為可以利用的高位能，從而達到節(jié)約部分高位能的目的。 在國外，水源熱泵技術(shù)已經(jīng)相當成熟；而在我國，對于水源熱泵技術(shù)的研究才剛剛起步，同國外相比，還存在著差距。
1、水源熱泵的特點 空調(diào)熱泵按其熱源來分可分為空氣源熱泵和水源熱泵。
1.1 空氣源熱泵的優(yōu)缺點 從熱泵技術(shù)被引入中國后，空氣源熱泵機組在我國一直有相當廣泛的應(yīng)用�？諝庠礋岜孟到y(tǒng)簡單，初投資較低。空氣源熱泵雖然較之以前的冷水機組有許 多優(yōu)點，但是它的缺點也日益暴露出來：
1.1.1 空氣源熱泵體型較大，占地面積大
1.1.2 噪聲較高
1.1.3 需要定期除霜 在供熱工況下空氣源熱泵的蒸發(fā)器上會結(jié)霜，需要定期除霜，這也消耗大量的能量，特別是在寒冷地區(qū)和高濕度地區(qū)，熱泵蒸發(fā)器的結(jié)霜可成為較大的技術(shù)障礙。
1.1.4 受室外環(huán)境制約 這是空氣源熱泵的主要缺點。在遇到夏季高溫和冬季寒冷的天氣時熱泵的效率大大降低，而且制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，制冷量隨室外溫度升高而降低，這與建筑熱負荷需求趨勢正好相反。
1.2 水源熱泵的特點 水源熱泵基本上克服了空氣源熱泵的上述缺點，并且具有如下的特點：
1.2.1 屬于可再生能源利用技術(shù) 水源熱泵是具備了利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散地相對地均衡。這使得利用儲存于其中地近乎無限地太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術(shù)。
1.2.2 便于計量和收費 空調(diào)用電負荷在用戶位置，因此便于空調(diào)的計量與收費。這對于用戶合理使用空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗，公平、公正、公開地攤派空調(diào)運行管理是很有利的。
1.2.3 運行安全可靠 水源熱泵機組的空調(diào)系統(tǒng)是可以基本保證全年按用戶的需要開啟空調(diào)系統(tǒng)，特別是春秋空調(diào)過渡季節(jié)均能運行，也就相當于四管制空調(diào)系統(tǒng)。一般，水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對穩(wěn)定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。夏季水體作為空調(diào)的冷源，冬季作為空調(diào)的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。
1.2.4 高效節(jié)能 水源熱泵機組可利用的環(huán)境水體溫度冬季為12－22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18－35℃，水體溫度比環(huán)境溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低，機組效率提高。據(jù)美國環(huán)保署EPA估計，設(shè)計安裝良好地水源熱泵，利用江河湖水等，供熱制冷空調(diào)的運行費用可30－40％。
1.2.5 靈活應(yīng)用 有的建筑物內(nèi)，特別在過渡季節(jié)，部分區(qū)域需要供冷，部分區(qū)域需要供熱，水源熱泵可以同時供冷和供熱，可以實現(xiàn)建筑內(nèi)冷熱量的轉(zhuǎn)移和平衡，從而系統(tǒng)少用能源。
1.2.6 節(jié)約投資 水源熱泵系統(tǒng)不需設(shè)冷凍機房，不設(shè)大的通風管道，不設(shè)大的鍋爐房和沒有冷凍水系統(tǒng)，安裝和投資費用大大減少。
1.2.7 環(huán)境效益顯著 水源熱泵使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時，消耗的是一次能源，其所產(chǎn)生的污染物和二氧化碳等氣體會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響。所以節(jié)能實際上也是減少了污染。
2、水源熱泵系統(tǒng)的管路設(shè)計 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與施工是一項系統(tǒng)性工作，需要從多方面來分析這一工程的特點。
2.1 水源熱泵系統(tǒng)管路設(shè)計的特點 水源熱泵的管路設(shè)計相對于空氣源熱泵來說，具有明顯的特點，主要體現(xiàn)在以下幾點：
2.1.1 水管不需要保溫 空氣源熱泵機組夏季輸送的是冷凍水，冬季輸送的是熱水，因此，管路系統(tǒng)必須保溫，而水源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)，夏季管內(nèi)冷卻水供回水設(shè)計溫度30℃～35℃，冬季供熱水溫度僅為16℃～21℃，因此，水管路系統(tǒng)可以不保溫，管路系統(tǒng)的初投資與維護費用降低。
2.1.2 開、閉式兩種形式的轉(zhuǎn)換 水源熱泵系統(tǒng)通常由開式（夏季）和閉式（冬季）一套管路兩種形式，季節(jié)轉(zhuǎn)換，即開、閉式系統(tǒng)形式的轉(zhuǎn)換。 1） 夏季利用開式的原因，開式冷卻塔遠比閉式冷卻塔便宜，如采用板式換熱器，則多了一套水循環(huán)系統(tǒng)。另外，往板式換熱器的冷卻水往往達不到熱泵機組進、出水設(shè)計溫度的要求。但是閉式冷卻塔可以保證水質(zhì)不受污染，所以采用開式冷卻塔時要注意水的除垢問題。 2） 季節(jié)轉(zhuǎn)換，可通過管路系統(tǒng)中合理設(shè)置的閥門進行切換。
2.1.3 重力作用的影響 閉式系統(tǒng)的水力計算中，與各用戶所在的標高關(guān)系不太大；而開式系統(tǒng)中與用戶的標高關(guān)系密切，即必須考慮高差產(chǎn)生的重力作用，這個作用壓力，對標高低的用戶有利，而對標高高的用戶不利。為解決重力作用產(chǎn)生的上下用戶的水力不平衡的問題，設(shè)計時，應(yīng)將每一層作為一個獨立的水系統(tǒng)分支，每層支管上應(yīng)設(shè)一個平衡閥（或流量調(diào)節(jié)閥）。
2.1.4 管徑的確定 水系統(tǒng)管路各管段管徑的確定，在水力計算中，應(yīng)按夏季工況考慮，（指長江流域等冬冷夏熱地區(qū)）因為夏季的水流量遠大于冬季工況。應(yīng)計算出合理的管徑，這樣即可以避免管材的浪費，又可以使初投資降低，節(jié)約資金。
2.1.5 同程式系統(tǒng) 設(shè)計時，水環(huán)路盡可能地采用同程式系統(tǒng)，這樣初投資費用雖然有所增加，但有利于保持環(huán)路的阻力平衡，這樣空調(diào)系統(tǒng)運行效果更加良好。
2.1.6 必要的接管組合 水源熱泵需要一些特殊的接管組合，以保證機組的正常工作 。常見的有手動控制流量球閥接管組合，手動文丘里平衡閥組合和自動流量接管組合。其中手動文丘里平衡閥組合是在手動球閥組合的基礎(chǔ)上增加了一個用來測流量的文丘里接頭；自動流量接管組合增加了自動流量控制閥，從而可以自動調(diào)節(jié)，以保證流量。
2.2 水源熱泵系統(tǒng)中的構(gòu)件布置 水泵一般布置于輔助設(shè)備（如冷卻塔、鍋爐等）和水源熱泵機組之間，這樣布置可使機組的供水管處于水泵的壓水段，而補給水管處于水泵的吸水段。 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理見示意圖，圖中可反映系統(tǒng)構(gòu)件（如水過濾器、膨脹水箱、空氣分離器等）典型布置。如需要設(shè)置蓄水箱應(yīng)將其置于水源熱泵機組水流下方，這樣，鍋爐可根據(jù)需要快速向系統(tǒng)補水。 從下圖可以在總體上了解水環(huán)路的連接應(yīng)注意的事項。其中，不同位置的閥門的作用應(yīng)特別注意（如季節(jié)轉(zhuǎn)換時的開啟或關(guān)閉）。 水源熱泵系統(tǒng)中，水管路系統(tǒng)的設(shè)計與施工非常重要。一般來說，系統(tǒng)配件管路的造價在整個系統(tǒng)總造價中所占比例很大，因此需盡可能合理地布置管道。 其中： 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)示意圖 1――空氣源熱泵機組 2――輔助熱源臥式循環(huán)水泵 3――單項閥 4――除垢儀 5――Y型水過濾器 6――可曲撓接頭 7――開式膨脹水箱 8――冷卻塔 9――系統(tǒng)臥式循環(huán)水泵 10――板式換熱器 11――水源熱泵機組 12――平衡閥
3 水源熱泵的輔助熱源問題 在冬季，水源熱泵機組不能完全承擔室內(nèi)熱負荷，需要使用輔助熱源。目前，使用的輔助熱源有多種形式，其中有：電加熱（通常采用蓄熱式）系統(tǒng)；蒸汽或熱水加熱系統(tǒng)；空氣源熱泵系統(tǒng)等。
3.1 電加熱（即蓄熱）系統(tǒng) 在空調(diào)工程中應(yīng)用蓄熱技術(shù)的主要前提是該地區(qū)實行電力低谷高峰期電價差。 目前，在我國的某些地區(qū)，存在著用電結(jié)構(gòu)矛盾并有不斷加大（一方面存在著嚴重地高峰電力不足，另一方面存在著峰谷差過大等問題）的趨勢，自然資源大量浪費的惡性循環(huán)的現(xiàn)象，這就為蓄熱技術(shù)的應(yīng)用提供了條件。 電加熱系統(tǒng)作為輔助熱源的優(yōu)缺點：
3.1.1 優(yōu)點 系統(tǒng)較簡單，水溫容易控制，操作較簡單。
3.1.2 缺點 熱水蓄熱裝置及配套設(shè)置占用建筑空間且初投資大。
3.2 空氣源熱泵系統(tǒng) 空氣源熱泵系統(tǒng)作為輔助熱源的優(yōu)缺點：
3.2.1 優(yōu)點 1）在冬季運行的情況下，其熱效率高于電加熱（熱泵的供熱系數(shù)大于1.0） 。 2） 由于要求供水的溫度（21℃）遠低于熱泵常規(guī)的設(shè)計供水溫度，實際供熱量要比額定供熱量大，選機組容量時可考慮這個因素。 3） 可作為夏季空調(diào)高峰時的備用冷源。
3.2.2 缺點 1） 初投資較大 2） 冬季供熱的水溫長期處于較低的情況，可能對機組的使用壽命有影響 3） 常采用間接換熱器的方式（如示意圖），所以又增加了一套水系統(tǒng)。
3.2.3 空氣源熱泵系統(tǒng)作為輔助熱源的適用場合 1） 我國長江流域地區(qū) 2） 無蒸汽或熱水等熱源的空調(diào)建筑物 3） 沒有其它低品味的或廉價的熱能 4） 沒有分時電價或雖有分時電價，但經(jīng)計算采用電熱蓄熱水系統(tǒng)經(jīng)濟上當不合算的場合。
3.3 蒸汽加熱或熱水加熱系統(tǒng) 蒸汽加熱或熱水系統(tǒng)作為輔助熱源的前提是建筑物附近有鍋爐房等熱源。特點是：系統(tǒng)簡單；運行費用低，經(jīng)濟；常采用換熱器。在具備此條件的情況下，盡可能采用此輔助熱源。
4、水源熱泵機組設(shè)計中應(yīng)注意的其它問題
4.1 噪聲控制問題 由于機組的噪聲源除風機之外，還有制冷壓縮機的噪聲，所以噪聲一般很大。此外，不適當?shù)乃�、回風管路設(shè)計也會產(chǎn)生噪聲問題。分體式機組就是把機組分為內(nèi)機和外機兩部分。內(nèi)、外機有工質(zhì)管道連接；內(nèi)機由風機和蒸發(fā)器（夏季工況）組成，外機由壓縮機和冷凝器（夏季工況）組成。 選用分體式機組時，內(nèi)機置于空調(diào)房間內(nèi)，外機置于空調(diào)房間外的走道、過道等位置的吊頂內(nèi)，這樣空調(diào)房間的噪聲可以大大下降。采用整體式時，應(yīng)把機組吊裝在衛(wèi)生間或廚房內(nèi)。 水源熱泵的噪聲問題是一個重要的問題，在設(shè)計和安裝過程中一定要加以認真考慮并按要求施工。
4.2 機組的安裝問題 水源熱泵的安裝也是較重要的問題之一，很多水源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生問題都是和不當安裝相關(guān)的。水源熱泵機組在許多情況下是采用吊裝的型式。與常規(guī)的空調(diào)機組相比，在相同的冷熱負荷條件下，整體式水源熱泵機組的外形尺寸大，尤其是機組的高度較高，安裝在吊頂內(nèi)的機組，必須考慮此因素。此外機組的重量較重，整體式機組的重心也不一樣，這就要求吊裝時，必須注意機組的重心，使各吊架受力較均勻，且必須采用彈簧吊架。
5、結(jié)論
5.1 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的能源利用率要比空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)高。如果采用地下水、江河湖水等能量，其效率可以進一步提高。
5.2 水源熱泵水管路系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)兼顧開式及閉式兩種情況及其互相之間的轉(zhuǎn)換，還必須考慮開式及閉式系統(tǒng)的水力平衡問題。
5.3 必須加快符合中國國情及適應(yīng)中國氣候條件的水源熱泵產(chǎn)品的研制開發(fā)，這已成為一種實用、可靠、節(jié)能、經(jīng)濟的空調(diào)系統(tǒng)型式。
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