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水环热泵水空调系统的分类与发展状况

时间:2018-03-06 17:11 作者:水空调 点击: 水环热泵水空调系统中两个关键的部分为水环路和水环热泵机组。
  一、水环热泵的概念讨论
  水环热泵空调系统,当前国内对其较为普遍的定义为:是以双管封闭式循环水管路将建筑物内各台水源热泵机组有效地连接起来的热泵空调系统。
  由以上定义可知,水环热泵水空调系统中两个关键的部分为水环路和水环热泵机组。其中水环路,亦称循环水系统,是作为系统中各水环热泵机组的能量载体,供暖时它作为机组的吸热源,制冷时作为机组的排热源,而其不足或多余的热量通常需要通过其他加热或散热手段来处理。水环热泵机组一般为小型水一空气热泵机组,该机组直接将循环水作为其冷热源,直接与室内空气进行热交换。
  水环热泵的本质是水源热泵机组的一种应用形式,与采用大型水源热泵机组的集中式系统不同的是,水环热泵系统是一种分散式系统,各机组均能单独实现供暖和制冷功能,并直接置于空调房间,承担室内负荷;水系统中流动的不是冷冻水或热水,而是常温的循环水。
  由此可见,水环热泵是充分结合了水源热泵和分散式空调的优点,并很好地通过一个循环水系统将各机组有效地组织起来,从而达到回收余热、节能等目的的空调系统。它是水源热泵的一种,却又有其的特征。
  二、 水环热泵的工作原理
  一个典型的水环热泵系统一般由开式冷却塔、换热器、双管封闭循环水系统、水环热泵机组、循环泵和辅助加热装置等部分组成。
  水环热泵机组将循环水作为吸热源和排热源,通过四通换向阀改变制冷剂的流向来实现制冷制热工况的转换。在制冷工况时,水环热泵机组吸收空调房间的热量并把它排入循环水中,在制热工况时,机组吸收循环水中的热量连同压缩机功率一同送入空调房间。机组制冷、制热工况的选择由机组自带控制系统控制。
  在系统正常运行时,系统的循环水温维持在设计范围内,通常为15~35℃当系统循环水温高于设计上限值时,冷却塔开启,循环水通过冷却塔进行散热;当系统循环水温低于设计下限值时,辅助加热设备投入使用,对循环水进行加热,由此保证循环水温在设计范围内。通常,在夏季各机组均按制冷工况运行向循环水放热,此时需开启冷却塔散热;在冬季,系统中大部分机组按制热工况运行,制热机组从循环水吸热,有部分位于建筑内区的房间,由于没有热负荷需制冷,机组按制冷工况运行;当系统中制冷机组的放热量小于制热机组的吸热量时,系统循环水温下降,当下降到某设定值时便要开启加热设备。在过渡季节,当制冷机组的放热量与制热机组的吸热量相当时,系统水温自动维持在设计范围内,无需开启冷却塔和加热设备。
  三、水环热泵的分类及发展
  水环热泵作为一种新型的空调技术,经过几十年的发展,其技犬加成熟,应用形式日趋多元化,类型为齐全。近年来,把水环热泵技术与地热、太阳能等技术结合起来的研究得到了的发展,并应用到工程实践,这不但进一步完善了水环热泵技术,也扩展了其适应范围。为了明确各水环热泵技术的各自特点,有对其进行归纳分类。
  水环热泵技术属于热泵技术的一种,故同样可用热泵系统的分类方法对其进行分类。从热泵系统设备的集中程度来说,水环热泵系统属于分散式系统;从热泵机组低温端与高温端所使用的载热介质来说,水环热泵机组通常属于水一空气热泵,当然近年来也出现了水一水热泵的形式,但应用不广;从水环热泵系统的低位热源来说,有空气源水环热泵系统、地源水环热泵系统、太阳能水环热泵系统以及废热源水环热泵系统等。下面对按低位热源分类的各种水环热泵系统作一介绍。
  空气源水环热泵系统是水环热泵技术中应用广、早的系统形式。该系统技术成熟,也为简单,但由于其低位热源为空气,夏季需由冷却塔散热,冬季可能需要开启辅助加热设备,且室外空气状态的变化对水环热泵机组的性能有较大影响,故此系统的应用范围受到了较大的限制,一般适合于冬季不太冷而又需供暖的地区。
  将地热能技术与水环热泵技术结合起来的系统称为地源水环热泵系统。其中地热能通常指地球表面浅层地热资源,包括地下水、地表水及土壤能等。因此根据低位热源的不同又可将地源水环热泵分成土壤源水环热泵和水源水环热泵两大类。土壤源水环热泵系统将土壤作为系统的冷热源而代替冷却塔和加热设备,土壤热能的提取方法通常为在土壤中垂直或水平埋管,通过管壁和土壤换热;或将交联管埋在建筑物地基内,通过管壁和地基、土壤换热。土壤源水环热泵系统运行可靠,系统也相对简单,但地下埋管投资较大。
  水源水环热泵系统利用地下水、地表水及污废水作为低位热源,其中应用较多的是地下水水源水环热泵系统,该系统直接抽取地下水作为系统的冷热源,从而省略了冷却塔和加热设备,故能起到节能和环保效果。但由于水环热泵机组通常对循环水质要求较高,故循环水系统一般应与地下水间接连接而形成一次水系统和二次水系统,二者通过换热器换热。地源水环热泵系统通过土壤或地下水等进行散热和吸热,故可不设冷却塔和加热设备。
  将太阳能技术与水环热泵技术结合起来的系统为太阳能水环热泵系统,此处太阳能作为水环热泵的低位热源用以代替辅助加热设备,但系统在制冷占主导地位时(如夏季)仍需通过冷却塔散热,故对其适应性要作充分的考虑,运用时要分析其经济性。
  近些年还出现了一种双级祸合水环热泵系统。该系统在寒冷地区,利用空气源热泵冷热水机组制备10~20℃温水,通过循环水环路送至各末端水环热泵机组中,由此提高水环热泵机组的运行效率,达到节能的目的。此系统由于除需设置水环热泵机组外,还需设集中的冷热水机组,故对其运行经济性需作充分的比较后方可采用。
  近年来,土壤源水环热泵和水源水环热泵技术得到了较快的发展,其不仅进一步提高了水环热泵系统的性能,也扩大了水环热泵的适应范围,是今后水环热泵技术的发展方向。而对于太阳能水环热泵系统以及双级祸合水环热泵系统的经济性的研究也正在进行中。相信随着水环热泵新技术的逐步成熟和水环热泵机组型式和性能的日益完善,水环热泵系统的应用将会有大的发展。
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