水源热泵空调系统设计之我见

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摘要：本文对水源热泵技术的工作原理以及水源热泵系统设计，水源热泵系统在应用中存在的问题进行了探讨。

关键词：水源热泵；空调系统；设计

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：

水源热泵是一种高效节能的设备，用它组建的系统，初投资与常规空调系统相差不大，标准煤能耗与火电及水电相比耗量少，是一个值得大力推广的技术。本着环保节能的原则，水源热泵应是空调系统的优先选择方案，适合于大、中型集中空调之用。当水源温度为15～35℃时，水源热泵运行能达到最理想的节能状态。水源热泵机组在设计过程中所遇到的除砂、除盐以及地下水回灌等问题需要妥善处理。

1 水源热泵技术的工作原理

水源热泵技术是利用地球表面浅层水，并利用热泵原理，通过少量的电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵技术在空调系统中的应用，主要是利用水源热泵机组代替传统的制冷机组和锅炉，以水为储存和提取能量的基本介质，借助压缩机系统，消耗少量电能，在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，冬季则从水源中提取热量，以达到调节室内温度的目的。

2 水源热泵系统设计

水源热泵空调系统在形式上与中央空调相似。与中央空调相比，有能效比高，节省能源；施工方便，节省空间；运行可靠，便于管理；投资合理的特点。特别适用于高档公寓、宾馆及办公楼或商业建筑。充分利用其记费方便，各个房间温度可独立控制，完全独立的进行冷、热运行模式的控制；系统投资可分步到位，有利于开发商的投资回收。所以应该在水资源丰富的地区，合理使用水源热泵空调系统，以缓解我国能源消耗、降低电网压力、保护自然环境。

2.1 水源热泵空调水循环系统设计

一般的空调水系统，可采用单次泵系统或复式泵系统（一次泵系统与二次泵系统）。系统流量控制可采用定流量控制或变流量控制。复式泵系统中的一次泵、二次泵皆可以采用定流量或变流量控制。为了节约运行费用，二次泵运行应该采用变流量控制技术。深井泵也应采用变流量控制，且最好采用变频控制的方式。

2.2 水源热泵用深井水系统设计

地下水是宝贵的资源，地下蓄水层的构造、水质等是影响水源热泵深井水侧系统配置的第一个因素。地下水温是影响水源热泵效率的主要因素。地下水温度既是地下水水源热泵的冷凝温度又是蒸发温度。夏季，地下水作为冷却水，水温越低越好；冬季，地下水作为热泵热源，温度越高越好，但蒸发温度不能过高，否则会使压缩机排气温度过高，压缩机内油可能会炭化。综合考虑，地下水温度20℃左右时，水源热泵机组的制冷和制热将处于最佳工况点。

2.3 空调与生活热水同时使用的设计时的系统运行设计

现在有人看好空调与生活热水联用的水源热泵应用方式，并大力推广。据笔者了解，一般冷水机组运行时，只能控制蒸发器侧水温或冷凝器侧水温，二者很难同时控制。市场上的常规水源热泵机组（高温机组除外），其制冷工况下的冷凝器侧水温一般为35℃左右，难以达到60℃水温，要达到60℃水温，必然需要降低机组的COP值，其下降程度不低。制热工况下的冷凝器侧水温，当采用R134a时一般为55℃左右。因此，两者共用时，将会存在问题。

3 水源热泵系统应用中存在的问题及措施

目前水源热泵系统在运行的过程中主要存在以下四类情况：

3.1 回灌阻塞问题

回灌井堵塞和溢出是大多数地下水源热泵都会出现的问题。回灌井堵塞的原因和处理措施大致可以归纳为下面六种情况：

3.1.1 悬浮物堵塞：注入水中的悬浮物含量过高会堵塞多孔介质的孔隙，从而使井的回灌能力不断减小直到无法回灌，这是回灌井堵塞中最常见的情况。因此通过预处理控制回灌井中悬浮物的含量是防止回灌井堵塞的首要方法。在回灌灰岩含水层的情况下，控制悬浮物在30mg/L以内是一个普遍认可的标准。

3.1.2 微生物的生长：注入水中的或当地微生物可能在适宜的条件下在回灌井周围迅速繁殖，形成一层生物膜堵塞介质孔隙，从而降低了含水层的导水能力。通过去除水中的有机质或者进行预消毒杀死微生物可以防止生物膜的形成。在采用氯进行消毒的情况下，典型余氯值为1—5mg，/L。

3.1.3 化学沉淀：当注入水与含水层介质或地下水不相容时，可能会引起某些化学反应，这不仅可以形成化学沉淀堵塞水的回灌，甚至可能因新生成的化学物质而影响水质。在碳酸盐地区可以通过加酸来控制水的PH值，以防止化学沉淀的生成

3.1.4 气泡堵塞：回灌入井时，在一定的流动情况下，水中可能挟带大量气泡，同时水中的溶解性气体可能因温度、压力的变化释放出来。此外，也可能因生化反应而生成气体物质。气泡的生成在潜水含水层中并不成问题，因为气泡可自行溢出；但在承压含水层中，除防止注入挟带气泡之外，对其他原因产生的气体应进行特殊处理。

3.2 腐蚀与水质问题

腐蚀和生锈是早期地下水源热泵遇到的普遍问题之一。地下水的水质是引起腐蚀的根源因素。因此对地下水的水质基本要求是：澄清、水质稳定、不腐蚀、不滋生微生物或生物、不结垢等。地下水对水源热泵机组的有害成分有：铁、锰、钙、二氧化碳、溶解氧、氯离子、酸碱度等。

根椐地下水的水质不同，可以采用相应的防腐措施：

3.2.1 除砂：地下水要经过水过滤器和除砂设备后再进入机组，目前多用漩流除砂器，也可采用预沉淀池。前者投资较高，后者较低，但采用开式水箱氧气容易进入，加速设备的腐蚀。

3.2.2 除铁：我国地下水的含铁量一般都超过允许值，故在使用前要进行除铁。

3.2.3 软化： 目前，供暖空调行业多采用软化水设备除去地下水中的钙、镁离子，将水软化达到地下水源热泵的用水标准后再使用。

3.2.4 较为常用的是加装换热器和对管道阀门进行特殊处理，推荐采用铜镍合金板式换热器，内外衬环氧树脂的管道和阀门，镀锌钢板，塑料以及玻璃纤维环氧树脂管材。

3.2.5 当潜水泵采用双位控制时，应加设止回阀，以免停泵时水倒空，氧气进入系统腐蚀设备。一般不推荐采用化学处理，一是费用昂贵，二是会改变地下水水质。

3.3 井水泵功耗过高

井水泵的功耗在地下水源热泵系统能耗中占有很大比重，在不良的设计中，井水泵的功耗可以占总能耗的25%或更多，使机组的季节性能系数降低20%。因此有必要对系统井水泵的选择和控制多加注意。地下水流量通常为0。037—0。055L/（s。kw）。常用的消潜水泵控制方法有：设置双限温度的双位控制、变速控制和多井调节控制。在设计时应根据生产井数、系统形式和初投资综合选用适合的控制方式。

4 结束语

随着我国社会经济的快速发展和人民生活水平的提高，公共建筑和住宅的供热和制冷已成为普遍的要求。我国的能源结构主要依靠矿物燃料，特别是煤炭，而大量燃烧矿物燃料所产生的环境影响，已日益成为政府关注的焦点，环保要求愈来愈高，加上有形能源（如石油、天然气）的价格日益升高，电价逐步提高等多种元素。除了大型集中供热的方式以外，急需加快发展其它的替代供热方式，而水源热泵技术则是有效节省能源，减少大气污染和CO2排放的供热和制冷新技术。如何发展管理，使用水源热泵是一个崭新的课题。

参考文献：

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