水源热泵节能技术的应用

水源热泵节能技术的应用

姚晓晗

中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120

摘要：水源热泵技术是可再生能源利用技术，具有提高机组效率和降低系统运行费用的特点，在应用水源热泵技术的同时，考虑多向节能技术的综合应用，空调系统的节能效果将更加明显，本文分析了分析了将水源热泵技术与集中供冷供热技术、二次泵技术、变流量技术等其他节能技术综合应用，不但能更有效地发挥水源热泵技术的优点，并能大大提高空调系统的能效。

关键词：水源热泵；节能技术；综合应用 中图分类号：TU832 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)16-0223-01

1 地表水热泵空调系统

自20世纪40年代美国开始对地源热泵进行系统研究并建成第一个地源热泵系统，国内外对地（水）源热泵的研究掀起了高潮，学术研究的开展和技术研发带动了实际的工程应用。地源热泵的早期研究和应用主要集中在地下水系统和地埋管系统。地表水是一个广义概念，包括河流、湖泊、海水、中水或达到国家排放标准的污水、废水等。利用地下水，必须考虑用水的回灌，还须实地对水源的状况进行探测，如地下是否有水、水量是否会足够、场地是否适合打井等，其费用较高。我国目前为了保护有限的水资源，对地下水的使用进行了限制，有些区域甚至对地下水的抽取和排放进行两次收费，因而降低了系统的经济性。地表水热泵系统相对于地下水热泵系统投资低，水源持续稳定，避免了较高的抽水功耗和回灌的问题。而且地表水与外界换热量较大，大大削弱了冬夏吸释热量不平衡对水体温度的影响。地表水热泵系统高效节能，机组COP值可达5以上。因此，在有充裕的地表水资源且建筑物与水体的距离经济合理的区域均可以考虑使用地表水水源热泵空调系统。我国南方地区地表水资源丰富，且一般夏季地表水体温度为20～30℃，冬季为10～20℃，非常适合推广应用该技术。

2 水源热泵空调系统节能技术的应用

完整的水源热泵空调系统由水源系统、热泵机组、输配系统、末端用户系统组成，其能耗相应也由各部分能耗共同构成。就水源热泵机组本身而言，其节能环保的优势非常突出，但水源热泵空调系统增加了水源系统的初投资以及取水输水的能耗。一般而言，水源系统包括水源、取水构筑物、水处理设备等，在与常规空调系统形式比较时，往往也因为这部分投资和运行费的增加抵消了水源热泵空调系统的一部分优势，使得应用受到了限制。因此，在空调系统设计中，除了与水专业人员深入配合，设计高效经济的水源系统外，空调系统本身应结合具体情况综合应用节能技术，提高系统的整体能效。

2.1 输配系统变频节能技术

输配系统主要由水泵、风机及其管路、阀件等组成，其任务是将蓄载冷热量的水或空气等煤质，输送和分配至空调末端。公共建筑，特别是大型公共建筑供暖空调电力消耗中，60%～70%由输送和分配冷量、热量的风机、水泵所消耗。目前建筑系统中风机、水泵的电力消耗（包括集中供热系统水泵电耗）占我国城镇建筑运行电耗的10%以上，而这部分电耗有可能降低60%～70%，因此应是建筑节能的重点。随着变频技术的成熟，空调系统中的输配设备，如水泵、风机等，越来越多地采用这种技术进行节能。研究分析表明，变频技术应用在空调水系统中，能有效解决部分负荷下的大流量小温差问题，大大减少运行能耗。

2.2 负荷优化配置与调控技术

空调建筑的负荷计算是一切空调工程设计的基本依据。建筑冷（热）负荷全年、一天当中均存在着变化，分析建筑

的动态负荷，存在着一定的规律。合理的系统形式和冷热源方案的设计，均需要准确的建筑负荷及其变化规律的基础数据。已有较多学者研究探讨了负荷模拟软件在节能设计中的应用。利用辅助设计的建筑能耗分析软件，可以模拟建筑物全年8760h逐时的室温、系统的冷、热负荷等。依据其结果，如逐月与全年的最高冷、热负荷数据，可以确定或校核空调冷、热源设备的设计容量。分析建筑不同区域冬、夏季热、冷负荷与累计冷、热量的数据，能够对空调水系统的划分与空调方式提出合理的建议。根据逐时冷、热如何数据，可以准确统计出全年的冷负荷与热负荷分布的累计时间规律，从而可以制定出建筑的全年冷、热源设备优化控制策略。因此，一方面，在准确的动态负荷计算的基础之上，对冷热源设备的台数、装机容量的大小等进行合理配置；另一方面，根据逐月逐时的负荷变化规律，对投入运行的机组设备进行调节控制，均能大大地减少能耗，提高设备和系统的能效。

2.3 区域供冷供热技术

区域供冷供热系统是指由专门的制冷（热）中心机房集中制造冷水或热水，通过区域官网为一个或多个大规模建筑物供给冷（热）的系统。由于集中选用大型优质高效的设备，避免了建筑单体采用中小型空调设备效率低、质量参差不齐的缺点。而且综合考虑不同建筑单体使用时间及负荷的变化，减少了设备总的装机容量，设备投资以及配电设施费用可显著下降。设备运行效率的提高，使耗电量减少，从而减少了温室气体的排放。集中的冷热源机房易于维护，可靠性高，便于专业化、规模化管理，能够减少维护费用以及人力成本。与分散式独立设置冷热源机房相比，集中机房能够降低机房面积，土建费用也显著下降，而且节省出的建筑面积可创造更大的经济效益。可见，区域供冷热技术是实现建筑节能的重要技术手段。根据国内外多年区域供冷运营的实践总结，区域供冷系统比各建筑单独设置中央空调节能20%以上。但是，区域供冷供热系统增加系统输送和分配的管网费用，长距离的输送将带来热量的损耗，而且提高了输配系统的能耗。因此，区域供冷供热系统具体的可行性，需要进行整体的综合分析。

3 结语

综上所述，在具备良好的水质、水量、水温条件下，用水源热泵空调系统，可以大大降低空调运行能耗，最大限度地节约资源、保护环境、减少污染；通过将空调系统节能技术与水源热泵技术的综合应用，不但能更有效地发挥水源热泵技术的优点，并能大大将低价空调系统的能耗。

参考文献

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[3]杨以功.以地源热泵为核心的节能技术在住宅中的应用探析[J].建筑知识：学术刊，2013(8):124.

2015年16期 223