[科普中国]-水环热泵空调系统

简介

水环热泵空调系统是用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构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。它在20世纪60年代出现在美国的加利福利亚州，故也称加利福利亚系统。20世纪70年代后进入日本，20世纪80年代初，在我国一些建筑物中开始应用。由于其节能效益和环保效益显著，因此20世纪90年代，水环源热泵空调系统在我国得到广泛应用，并将会在我国空调节能领域中发挥越来越大的作用。1

组成水环热泵空调系统由三部分组成：（1）水/空气热泵机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）。下图给出了典型的水环热泵空调系统原理图。其中，1-水/空气热泵机组；2-闭式冷却塔；3-加热设备（如燃油、燃气、电锅炉）；4-蓄热容器；5-水环路的循环水泵；6-水处理装置；7-补给水水箱；8-补给水泵；9-定压装置。1

图1 水环热泵空调系统原理图

特点水环热泵空调系统主要具有如下特点1：

（1）调节方便。用户根据室外气候的变化和各自的要求，在一年内的任何时候都可随意进行房间的供暖和供冷的调节。

（2）虽然水环路是双管系统，但与四管制风机盘管系统一样可达到同时供冷供暖的效果。

（3）建筑物热回收效果好。因此，这种系统适合于有内区与外区的大中型建筑物，即适用于大部分时间内有同时供冷供暖要求的场合。

（4）系统布置紧凑、简洁灵活。由于没有体积庞大的风管、冷水机组等，故可不设空调机房（或机房面积小），从而增大了使用面积及有效空间；环路水管可不设保温，减少了材料费用。

（5）便于分户计量和计费。

（6）便于安装与管理。水源热泵机组可在工厂里组装，减少了工地的安装工作量。由于系统设备简单，而使安装方便，启动与调整容易。

（7）小型的水源热泵机组的性能系数不如大型冷水机组。

（8）制冷设备直接放在空调房间内，噪声大。

（9）设备费用高，维修工作量大。

水环热泵空调系统的运行特点根据空调场所的需要，水源热泵可能按供热工况运行，也可能按供冷工况运行。这样，水环路供、回水温度可能出现5种运行工况。2

（1）夏季，各热泵机组都处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，将冷凝热量释放到大气中，使水温下降到35℃以下。

（2）大部分热泵机组制冷，使循环水温度上升，达到32℃时，部分循环水流经冷却塔。

（3）在一些大型建筑中，建筑内区往往有全年性冷负荷。因此，在过渡季，甚至冬季，当周边区的热负荷与内区的冷负荷比例适当时，排入水环路中的热量与从环路中提取的热量相当，水温维持在13~35℃范围内，冷却塔和辅助加热装置停止运行。由于从内区向周边区转移的热量不可能每时每刻都平衡，因此，系统中还没有蓄热容器，暂存多余的热量。

（4）大部分机组制热，循环水温度下降，达到13℃时，投入部分辅助加热器。

（5）在冬季，可能所有的水源热泵机组均处于制热工况，从环路循环水中吸取热量，这时，全部辅助加热器投入运行，使循环水水温不低于13℃。

水环热泵空调系统的控制为了确保水环热泵空调系统安全、可靠和经济运行，空调工程师在设计中要对水环热泵空调系统提出控制要求。主要有：（1）水源热泵机组的控制与保护；（2）辅助设备（冷却塔、水加热设备、蓄热容器、循环泵等）的控制和保护；（3）系统的控制与保护。具体自控设计可由建筑电气工程师来完成。1

混合式系统水源热泵机组可以设计成独立的空调系统，也可以同其他空调设备共同组合成新的空调系统，常称此类系统为混合式空调。1

带冷水机组的水环热泵混合系统一般来说，大型冷水机组的制冷性能系数（COP）要比水源热泵机组的制冷性能系数高，也就是对于固定的或大量的冷负荷场所（如大型办公室的内区），可以选用大型冷水机组，而只对既有冷负荷又有热负荷的周边区，设置水源热泵系统。这样，混合系统的运行能耗将会比传统的水环热泵系统运行能耗减少，冷水机组的冷凝热排入水环热泵的水环路中，用于周边水源热泵的供热。1

带单元柜式空调机组的水环热泵混合系统为了提高系统运行的经济性，在建筑物内区设置单元柜式空调机组，向内区供冷。而在周边区设置水源热泵空调机组，向周边区供冷或供热。另外，单冷式机组的价格也比热泵机组便宜。1