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水空调系统的工作原理与分类

时间:2018-01-16 17:01 作者:水空调 点击: 水空调机组的工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水(江、河、海、湖或浅水池)中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源,采用热泵原理
  一、水空调系统工作原理
  作为自然现象,热量总是从高温端流向低温端。但如同水泵把水从低处提升到高处那样,人们可以用热泵技术把热量从低温端抽吸到高温端。所以热泵实质上是一种热量提升装置,它本身消耗一部分能量,把环境介质中储存的能量加以挖掘,提高温位进行利用,而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的1/3或低,这就是热泵节能的关键所在。
  水空调机组的工作原理就是利用地球表面浅层地热能如土壤、地下水或地表水(江、河、海、湖或浅水池)中吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能资源,采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,在夏季利用制冷剂蒸发将空调空间中的热量取出,放热给环流中的水,由于水源温度低,所以可以地带走热量;而冬季,利用制冷剂蒸发吸收环流中水的热量,通过空气或水作为载冷剂提升温度后在冷凝器中放热给空调空间。通常水空调消耗1kW的能量,用户可以得到4kW以上的热量或冷量。
  二、热泵的分类
  根据热泵的热源介质来分,热泵可分为空气源热泵和水空调,而水空调又分为水环热泵、地下水空调、地表水空调和土壤源热泵。水空调在国内的应用刚刚起步,有关地源热泵的术语很多,也很不规范,为了避免混淆,现统一采用ASHRAE1997年规定的标准术语。
  空气源热泵系统(Air-SourceHeatPump,ASHP)的热源(汇)是室外空气。也称风冷热泵。在供热工况下将室外空气作为低温热源,从室外空气中吸收热量,经热泵提高温度送入室内供暖。在制冷工况下将室外空气作为排热源,从室内吸收热量排至室外空气中。空气源热泵系统简单,初投资较低。空气源热泵的主要缺点是在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低。而且,其制热量随室外空气温度降低而减少,这与建筑热负荷需求趋势正好相反。因此当室外空气温度低于热泵工作的平衡点温度时,需要用电或其他辅助热源对空气进行加热。此外,在供热工况下空气源热泵的蒸发器上会结霜,需要定期除霜,这也消耗大量的能量。在寒冷地区和高湿度地区热泵蒸发器的结霜可成为较大的技术障碍。在夏季高温天气,由于其制冷量随室外空气温度升高而降低,同样可能导致系统不能正常工作。空气源热泵不适用于寒冷地区,在冬季气候较温和的地区,如我国长江中下游地区,已得到相当广泛的应用。
  水环热泵系统(Water-LoopHeatPump,WLHP)是充分利用室内余热的一种热泵,冬季当室内余热不足时,可利用锅炉进行加热;夏季当室内余热过多时,可利用冷却塔进行排热。
  地下水温空调系统(Ground-WaterHeatPump,GWHP)的热源(汇)是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。经过换热的地下水可以排入地表水系统,但对于较大的应用项目通常要求通过回灌井把地下水回灌到原来的地下水层。近几年地下水空调系统在我国得到了迅速发展。但是,应用这种地下水热泵系统也受到许多限制。首先,这种系统需要有丰富和稳定的地下水资源作为先决条件。因此在决定采用地下水热泵系统之前,要做详细的水文地质调研,并先打勘测井,以获取地下温度、地下水深度、水质和出水量等数据。地下水热泵系统的经济性与地下水层的深度有很大的关系。如果地下水位较低,不仅成井的费用增加,运行中水泵的耗电将大大降低系统的效率。此外,虽然理论上抽取的地下水将回灌到地下水层,但目前国内地下水回灌技术还不成熟,在很多地质条件下回灌的速度大大低于抽水的速度,从地下抽出来的水经过换热器后很难再被全部回灌到含水层内,造成地下水资源的流失。此外,即使能够把抽取的地下水全部回灌,怎样保证地下水层不受污染也是一个棘手的课题。水资源是当前紧缺、宝贵的资源,任何对水资源的浪费或污染都是不可允许的。国外由于对环保和使用地下水的规定和立法越来越严格,地下水热泵的应用已逐渐减少。
  地表水热泵系统(SurfaceWaterHeatPump,SWHP)的热源(汇)是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的热源(汇)是值得考虑的一种空调热泵的型式。当然,这种地表水热泵系统也受到自然条件的限制。此外,由于地表水温度受气候的影响较大,与空气源热泵类似,当环境温度越低时热泵的供热量越小,而且热泵的性能系数也会降低。的地表水体能够承担的冷热负荷与其面积、深度和温度等多种因数有关,需要根据具体情况进行计算。这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。
  土壤源热泵系统(Ground-CoupledHeatPump,GCHP)是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。通常也称为“闭式环路地源热泵”(Closed-LoopGroundSourceHeatPump)以区别于地下水热泵系统,或直接称之为地源热泵。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在封闭地下埋管中的流动,实现系统与大地之间的传热。在冬季供热过程中,流体从地下收集热量,再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行,即从室内带走热量,再通过系统将热量送到地下岩土中。因此,地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点,同时又不需要抽取地下水作为传热的介质。它是一种可持续发展的建筑节能新技术。
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