水源熱泵設計應用問題水源熱泵設計應用問題1引言水源熱泵技術是利用地球表面淺層水，如地下水、地表水、海水江水及湖泊水中蘊含的低位能源作為熱泵的低溫側熱源，實現低位熱能向高位熱能轉移的一種技術。它利用水源熱泵機組代替傳統的制冷機組和鍋爐或風冷熱泵機組，以自然界的水體作為熱泵機組冷卻水系統的冷卻源，以達到調節室內溫度的目的．通常水源熱泵COP值在5左右。水源熱泵機組運行時對大氣沒有廢熱污染，不需要使用帶來飄霧的冷卻塔，供熱時可代替低溫熱水鍋爐，沒有燃燒過程，避免了排煙污染，因此可以建造在居民區內。水源熱泵系統可以只作為空調系統的冷熱源，也可以作為空調系統和生活熱水的制冷與供熱設備。現有的鍋爐加空調的兩套裝置系統可以由一套水源熱泵系統替換，特別是對于同時有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵的優越性更加顯著。賓館、商場、辦公樓、學校等建筑均可以采用水源熱泵，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調。但水源熱泵應用中有些技術問題應該引起重視的[1]。2水源熱泵系統設計2.1水源熱泵空調水循環系統設計一般的空調水系統，可采用單次泵系統或復式泵系統（一次泵系統與二次泵系統）。系統流量控制可采用定流量控制或變流量控制。復式泵系統中的一次泵、二次泵皆可以采用定流量或變流量控制。為了節約運行費用，二次泵運行應該采用變流量控制技術。深井泵也應采用變流量控制，且最好采用變頻控制的方式。北京某公寓閉式地下水水源熱泵空調系統運行測試表明[2]，在冬季供暖期二次循環泵耗電量為水泵耗電總量的80%，夏季供冷也有同樣趨勢。冬季一次泵與深井泵耗電量非常接近，但夏季一次泵的能耗大于深井泵。如果二次泵24h不間斷定流量運行，無論環路中有多少臺熱泵運行，二次泵總處于滿負荷工況，影響整個系統的節能。2.2水源熱泵用深井水系統設計min。在停用期,20～30天回揚1次。對于一般輕度堵塞的回灌井,可直接用連續回揚的方法處理,直至井的單位開采量和動水位恢復,方可繼續進行回灌。在回揚過程中需按時測定井的回揚量、靜動水位,取水樣分析化學成分等。對于堵塞嚴重的回灌井,可用回揚與間歇停泵反沖的處理方法,或用回揚與壓力灌水相結合的處理方法。為了清除濾水管的沉淀物和鐵細菌,一般對水進行化學處理。用ＨＣｌ(濃度10%,加酸洗抗蝕劑)處理濾水管的沉淀物,通過水中加藥或提高ｐＨ值(加石灰)使之變為堿性水,以抑制鐵細菌的生長。回揚和清洗處理都是非常專業化的工作,大大增加了用戶的維護工作量。另外,這種操作對井的損害也很大,會造成系統壽命的降低。2.3空調與生活熱水同時使用的設計時的系統運行設計現在有人看好空調與生活熱水聯用的水源熱泵應用方式，并大力推廣。據筆者了解，一般冷水機組運行時，只能控制蒸發器側水溫或冷凝器側水溫，二者很難同時控制。市場上的常規水源熱泵機組(高溫機組除外)，其制冷工況下的冷凝器側水溫一般為35℃左右，難以達到60℃水溫，要達到60℃水溫，必然需要降低機組的COP值，其下降程度不低。制熱工況下的冷凝器側水溫，當采用R134a時一般為55℃左右。因此，兩者共用時，將會存在下述問題。在夏季，當常規水源熱泵機組工作于制冷工況時，熱水出水溫度就會偏低。隨著空調負荷與熱水負荷的變化，二者之間存在不同步現象，導致空調的除熱量不等于熱水系統的需熱量，而二者水溫又必須同時控制，這造成了水系統運行管理上的許多麻煩，如加輔助熱源，固定一側負荷等控制措施。在冬季，當常規水源熱泵機組工作于制熱工況時且無冷負荷時，所有空調設備皆需供應熱水，空調水與生活水變成一個系統，這樣空調系統的供水溫度必為熱水溫度，空調系統設備的放熱量就偏大。為了節能，冬季空調水流量應當設計成不等于夏季空調水流量的變流量系統。這一要求導致水泵的初投資增加以及水溫差的變化。在過渡季，空調系統停止工作，熱水系統依然要工作。因為環境水溫度的變化，熱水系統的需熱量比較小，當熱水循環所需的熱量不到熱泵主機制熱量的10%時，極可能引起機組的自我保護而停機，造成機組系統頻繁啟動。分析過渡節、夏季、冬季時水溫、冷熱負荷、不同的水路連接等因素，可以看出，空調與熱水聯供的系統水路的工況轉換是比較麻煩的，甚至需要很高的自動控制水平，對轉換閥門與主機的使用壽命可能產生不利的影響。如武漢某大廈，選用二臺上海開利生產的350A-HP2雙螺桿水源熱泵機組作為空調冷熱源，首期工程投入一臺。該機組名義制冷量為1135kw,名義制熱量為1288kw，輸入電源為三相交流電，制冷工況下工作電流為486A,制熱工況下工作電流為649A,總運行重量為5553kg,采用R134a為制冷工質。制熱工況下熱水最高溫度達60度，一般為55度，溫差為5度。機組同時作為生活熱水的熱源。為了減少成本，提高能量利用系數，系統采用空調與熱水分供的方式，在夏季空調運行時，熱水加熱系統停止，生活熱水靠熱水箱的水供應，當熱水溫度偏低時，關閉空調，主機切換至制熱工況，15分鐘后切換回制冷工況，切換相應閥門后，進入空調模式。可見，系統轉換頻繁，溫度必產生波動。水流程圖如圖1。2.4水源熱泵系統可能出現的故障調查水（地）源熱泵系統在工程中的常見有冷天氣問題、舒適性抱怨、裝置問題、頻繁自動保護、泄漏、噪聲、運行費用、回水井堵塞溢出、裝置不合適、防凍問題、建筑密封、控制、地源換熱器設計、地源換熱器安裝、熱泵壓縮機、熱泵換熱器、熱泵內部控制、水流泵、系統機械設計共19項[5]。通過對29個實例工程調查后，發現冷天氣問題占1.1%,舒適性抱怨0.18%,裝置問題0.18%,頻繁自動保護1.45%,泄漏0.9%,噪聲0.9%,運行費用1.45%,回水井堵塞溢出0.18%,裝置不合適0.36%,防凍問題0.54%,建筑密封1.1%,控制問題1.63%,地源換熱器設計0.72%,地源換熱器安裝0.54%,熱泵壓縮機0.36%,熱泵換熱器0.36%,熱泵內部控制0.72%,水泵1.1%,系統機械設計2.18%。可見，控制問題、頻繁保護、系統產品質量問題比較突出。3結論水源熱泵是一種高效節能的設備，用它組建的系統，初投資與常規空調系統相差不大[7]，標準煤能耗與火電及水電相比耗量少[6]，是一個值得大力推廣的技術。應該從水系統設計上充分發揮它的技術優勢，采用變流量控制技術減少運行費用，針對不同的水源特點進行不同的處理。當采用深井水時，水質處理與回灌帶來的影響不可忽略。同時提供生活熱水時，一定要詳細了解熱泵不同狀態下的溫度參數與調節能力，否則將會導致系統運行管理不善，問題多多。圖1水系統流程圖參考文獻[1]田剛,李曉東,陳申迅.水源熱泵在空調系統中的設計與應用.哈爾濱商業大學學報（自然科學版）,2004.20(2):230-233[2]陳超,倪真,李小軍,等.住宅建筑中閉式水源熱泵空調系統的應用研究.暖通空調，2004.34(6):72-77[3]薛玉偉,李新國,趙軍,等.地下水水源熱泵的水源問題研究.能源工程，2003(2):10-13[4]鄔小波.地下含水層儲能和地下水源熱泵系統中回路與回灌技術現狀.暖通空調,2004.34(1):19-23[5]張群力,王晉.地源和地下水源熱泵的研發現狀及應用過程中的總是分析.流體機械，2003.31(5):50-54[6]姚鏑,王建華,李波.水源熱泵供冷（供熱）系統的能量