水环热泵and能源塔介绍.doc

低温热源在水环热泵空调系统中的应用分析 摘要：水环热泵空调系统(WLHP)是一个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。为了拓宽水环热泵空调系统的应 用范围，提出由建筑物的外部引入低温热源，以替代建筑物内的余热量。 关键词：低温热源；太阳能；水环热泵；节能 1 概述 众所周知，水环热泵空调系统是回收建筑物内余热的系统，它的节能效果和环保效益与气象 条件、建筑特点及辅助热泵形式（电锅炉、燃煤锅炉等）等因素有关。在什么样的场合里选用水环热泵空调系统才能收到最佳的节能效果和环保效益，这是我们应用水环热泵空调系统时值得注意的问题。当建筑物有大量余热时，通过水环热泵空调系统将建筑物内的余热转移到需要热量的区域，可以达到良好的节能效果和环保效益。但是，目前我国各类建筑内部余热不大，建筑物的内区面积又小。而且常规空调热源又常为燃煤锅炉。这种情况制约了水环热泵空调系统在我国的应用范围。那么如何拓宽水环热泵空调系统的应用范围呢？解决这个问题的途径，我们可以从建筑物的外部引入低温热源，以替代建筑物内的余热量。即利用太阳能、水（地表水、井水、河水、海水等）、土壤、空气作为水环热泵空调系统的外部能源，真正达到节能的目的。 2 水环热泵空调系统简介 闭式水环路热泵（Water Loop Heat Pump）空调系统简称为水环热泵空调系统（WLHP）,是一个以双管封闭的水循环系统连接系统中全部水-- 空气热泵机组，热泵机组将系统中的循环水作为吸热（制热工况）的“热源”或排热（制冷工况）的“热汇”，从而形成一个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。循环水温一般在15.6℃-35℃之间，系统中的各个空调用户均可以根据自己的需要控制机组进行制热或制 在特定时间段内，可能存在的对冷热的不同需求，从而利用循环水将内区热量在建筑内部进行转移供外区使用，实现热量回收的思想。建筑物中的水环热泵系统一般来说是一个完整的闭式环路系统，系统内除了许多水源热泵装置以外，通常还有循环水泵、冷却塔、辅助热源 及膨胀水箱等几大部分，如图1。一年中水环热泵系统基本上是在三种模式下运行： 图1 水环热泵系统原理图 2.1 大部分或全部热泵空调机组是按照供冷方式运行的炎热天气时，从空气中提取的热量加上热泵本身的耗能被传给封闭的水环路。为了排除向水环路中传递的越来越多的热量，冷却塔开启投入工作。 2.2 大部分或全部热泵空调机组是按照供热 方式运行的寒冷天气时，热泵需从水环路中吸收热量排向室内，为了弥补不断取热而造成的水环路水温的不断降低，辅助热源启动向系统中补热。 2.3 在一年中的其它运行时间里，建筑物中的热泵空调机组部分制热（周边区或朝阴区）部分制冷（内区或朝阳区），水环路几乎处于热平衡状态，冷却塔和辅助热源几乎均不需要运行。三种模式的运行控制是以水环路水温作为控制依据，当循环水温低于15℃时，加热装置开始加热，水温高于35℃时，冷却塔开启，水温处在15℃-35℃之间时，既不需要加热也不需要冷却。一般来讲，该系统适用于公寓、宾馆、办公楼、商业建筑、游泳馆等要求舒适性空调的民用建筑，而不太适用于对室内温（湿）度、洁净度要求严格的其它建筑。 3 辅助低温热源水环热泵空调系统简介我国地域辽阔、东西地区、南北地区气象条 件差异很大。各地实际的建筑形式与特点也各不相同，通过对辅助热源因地制宜的选择不但达到节能的目的，而且还拓宽水环热泵空调系统的应用范围。 3.1 太阳能辅助水环热泵 3.1.1 太阳能作为辅助热源的可行性。我国拥有丰富的太阳能资源（见表一）。据统计，每年中国陆地接收的太阳辐射总量，相当于24000 亿t 标煤，全国总面积2/3 地区年日照时间都超过2000h，特别是西北一些地区超过3000h，这就为在热泵系统中利用太阳能提供了宝贵的资源。而且太阳能是取之不尽，用之不竭的一种绿色环保能源，不受任何人控制和垄断，它的利用也比较灵活，规模可大可小。但是太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。然而随着科学技术的不断进步，人们对太阳能的利用技术将不断成熟，从而逐渐使太阳能合理的应用于建筑物的供热供冷系统中，改善人类的居住环境，成为本世纪的重要能源之一。3.1.2 太阳能水环热泵空调系统运行方式。根据太阳能集热器与热泵装置的连接方式不同，太阳能热泵系统可分为串联式、并联式和双热源式。三种太阳能热泵中，热泵的热源分别为太阳能、环境空气、太阳能和环境空气兼而有之。串联式又可分为两种：一种即常规太阳能辅助热泵，在该装置中，太阳能集热器和热泵蒸发器是两个独立的部件，其间通过储热器相连，储热器用于存储太阳能；集热器内的工质为水。另一种为直接膨胀式太阳能热泵，该装置中