论文部分内容阅读
摘要：进入21世纪，我国建筑行业的持续发展，国家对建筑节能的要求越来越高。清洁、节能的地表水源热泵系统被广泛应用于工程实践中。本文就谈谈地表水源热泵在设计、应用中的体会。
关键词：地表水水源热泵板式换热器 室外泵房
随着科技的发展，“低碳”、“节能减排”越来越成为人们追求的目标。绿色建筑，减少冬季采暖所造成的大气污染，降低空调能耗，推广可再生能源在内的清洁能源是我们暖通空调工作者义不容辞的责任。水源热泵系统被称为二十一世纪的“绿色空调”技术，其具有高效节能、安全可靠、满足多工况要求，环境效益显著等特点而被广泛采用。
水源热泵根据利用介质不同又分为地表水源、地下水源、土壤源热泵系统。本文主要讲述的为地表水源热泵系统。（以下简称水源热泵）水源热泵原理主要是利用地表水作为冷热源，通过输入少量电能，将低品位能源转化成高品位能源的技术。
板式换热器
为实现水质较差的地表水源热泵系统的应用，只能对水质进行预处理（比较简单的除沙、除藻处理）以解决污物对流断面的阻塞问题。但是仅仅是预处理是不够的，因为此时水质中仍然含有大量小尺度污物及溶解性化合物，是一种固液两相、固相多组分流体。为了避免这些污物进入热泵机组，我们常常在机组与地表水之间加一道板式换热器进行隔离。在选择换热器时要注意的是一般选择碳钢型换热器。因为尽管各地地表水相差很大，但其PH值却都近似为7，接近中性。这就决定了其对碳钢的腐蚀性不是很严重，特别是在密闭运行的情况下。采用钛合金等昂贵防腐蚀金属做成的换热器，其代价往往不如直接更换廉价的碳钢换热器来的合算。在地表水端设置板式换热器，冬季，机组与换热器间用乙二醇溶液（浓度25%）作为载冷剂，通过换热器与地表水源侧小温差换热，避免由于水温过低而结冰，同时可以保证机组侧的的循环水为洁净水，不受水源水的影响。
水源取水系统
一般地表水源热泵采用开式取水系统，其主要由取水头部、引水管、泵房、供水管、水处理装置组成。取水头一般安装与湖中央底部，挖深至水面以下3.5，湖底用混凝土进行硬化处理，作为取水头部基座。滤水管固定于支架上。取水头部外面用20~40目尼龙栅网包裹，以阻拦水草、树叶等较大尺寸的污物（图一）网上的污物较多时,设备自行启动反冲洗功能,将污物从旁通管清除。反冲洗时，装置仍然维持过水能力。反冲洗时间长短可以根据情况设定。虽然湖水的含盐量及矿化度低,但是敞开水体含氧量较高。综合考虑抗腐蚀性及经济成本,水源水管(包括引水管、供水管、回水管)均选用U-PVC塑料管。另外,水源水管上的附件和阀门,也
选用抗腐蚀产品。引水管一端通过变径弯头连接在取水头部的四通接头上,另一端与泵房中的水源水泵连接。引水管沿河底东侧铺设。供水管沿管沟直埋,埋深1m,由泵房铺设到机房。为了减少回水对取水温度的干扰,并且使回水与湖水进行充分的热量交换,将排水口设置在距离取水口约150 m的南端。
自动控制
水源热泵机组具有一般空调冷水机组的所有控制功能。其控制模块集成化，功能齐全，能够根据负荷变化自动加载、卸载，自动实现最佳经济运行。机组具有系统压力和高低位温度报警及自动停机功能和节能设定,远端遥控,主从操作等功能。每台水源热泵空调机组的循环溶液进口管和水源进水管上,分别设有一个与机组连锁的水流开关。当进水量低于机组要求的最低水量时,机组将自动关闭。循环水泵与主机间闭锁,可避免人为误操作
而造成的系统故障。泵组各水泵自动切换运行，可
消除备用泵因长期闲置不用而出现故障的可能
性。系统中装有自动补水稳压装置,以保证系统水
压稳定。如图2所示,系统根据温度的高
低来控制电动阀M的开启。冬季,温度高于设计温度时,M开小,反之开大;夏季,温度低于设计温度时,M开小,反之开大。P控制水源水循環变频泵B的频率。
热回收
所谓热回收就是制冷剂在蒸发器中吸收冷却水的热量，经压缩后在冷凝器中放出热量，加热在其中流过的低温生活热水。在冷凝器中，制冷剂凝结成饱和液体，经节流阀节流降压降温后进人蒸发器蒸发吸热，汽化为干饱和蒸汽 从而完成一个循环；生活热水在冷凝器中吸热升温后．流人蓄热生活热水箱。生活热水箱循环水不断经过水源热泵直至被加热到生活热水所需温度。研究冷凝热回收和免费热水供应系统研究是一项既有理论价值，又有重要工程实用价值的课题。对大型系统的研究，由于其工况的复杂性、多变性，有待解决的难点问题还很多，比如:如何解决冷凝热与用热量在时间及量上的不同步问题；热水供应负荷变化规律问题；蓄热装置在系统运行中的动态模拟以及系统形式等问题。下面就介绍常见的热回收问题及解决方案。
(1 )由于空调余热回收系统只能在开启空调时才能使用，在改造时必须保留原有的热水生产系统，且最好采用与原有热水系统串联形式，以便空调余热回收水温过低时能够及时投人使用，保证热水的正常供应。
(2 )由 于 热水负荷是不均匀的，而空调余热回收的热水会随着空调负荷的变化而变化，造成热水的使用与生产不是同步，所以，需用一个余热水罐作为热水贮存缓冲，在条件允许下尽可能做到能容纳系统用水高峰时1h的用水量。
(3 )在 冷 凝器的热量能及时排放的情况下，不会引起冷凝压力的下降!’〕。要对冷却水泵进
行变频节能改造，因为部分的负荷已经传递给了热水系统，可以使冷却塔处于最有效率的工况下工作，提高系统的节能效率。
(4 )为 了 保证冷热水管的压力均衡，使水温稳定且容易调节，可在回水进入余热水罐前的管路加装平衡阀，避免各分区的热水水温不一样。
结束语
水源热泵是一项节能技术，在改善生活。减轻环境污染。促进经济可持续发展上都有这重要作用。未来能源与环境的问题将是人类面临的重大挑战,也是促进科学技术发展的良好机遇。正因为这样,热泵技术将会在能源与环境问题的推动下获得进步与发展。为此,关注我国热泵技术发展进步中的问题,其目的是更好地走出一条有中国特色的热泵技术新型发展道路,寻求我国发展热泵技术最优或较优的发展路径。在建筑用能的节能减排中做出应有的贡献。
参考文献：
【1】王兰锋，姚坤；浅析水源热泵空调系统应用中应注意的问题，赤峰学院学报(自然科学版)，2007.04
【2】李艳；地表水源热泵系统的设计，可再生能源，2007.06
【3】莫一鹏，徐娓；热回收系统在酒店工程中的应用分析，制冷，2007.03
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：地表水水源热泵板式换热器 室外泵房
随着科技的发展，“低碳”、“节能减排”越来越成为人们追求的目标。绿色建筑，减少冬季采暖所造成的大气污染，降低空调能耗，推广可再生能源在内的清洁能源是我们暖通空调工作者义不容辞的责任。水源热泵系统被称为二十一世纪的“绿色空调”技术，其具有高效节能、安全可靠、满足多工况要求，环境效益显著等特点而被广泛采用。
水源热泵根据利用介质不同又分为地表水源、地下水源、土壤源热泵系统。本文主要讲述的为地表水源热泵系统。（以下简称水源热泵）水源热泵原理主要是利用地表水作为冷热源，通过输入少量电能，将低品位能源转化成高品位能源的技术。
板式换热器
为实现水质较差的地表水源热泵系统的应用，只能对水质进行预处理（比较简单的除沙、除藻处理）以解决污物对流断面的阻塞问题。但是仅仅是预处理是不够的，因为此时水质中仍然含有大量小尺度污物及溶解性化合物，是一种固液两相、固相多组分流体。为了避免这些污物进入热泵机组，我们常常在机组与地表水之间加一道板式换热器进行隔离。在选择换热器时要注意的是一般选择碳钢型换热器。因为尽管各地地表水相差很大，但其PH值却都近似为7，接近中性。这就决定了其对碳钢的腐蚀性不是很严重，特别是在密闭运行的情况下。采用钛合金等昂贵防腐蚀金属做成的换热器，其代价往往不如直接更换廉价的碳钢换热器来的合算。在地表水端设置板式换热器，冬季，机组与换热器间用乙二醇溶液（浓度25%）作为载冷剂，通过换热器与地表水源侧小温差换热，避免由于水温过低而结冰，同时可以保证机组侧的的循环水为洁净水，不受水源水的影响。
水源取水系统
一般地表水源热泵采用开式取水系统，其主要由取水头部、引水管、泵房、供水管、水处理装置组成。取水头一般安装与湖中央底部，挖深至水面以下3.5，湖底用混凝土进行硬化处理，作为取水头部基座。滤水管固定于支架上。取水头部外面用20~40目尼龙栅网包裹，以阻拦水草、树叶等较大尺寸的污物（图一）网上的污物较多时,设备自行启动反冲洗功能,将污物从旁通管清除。反冲洗时，装置仍然维持过水能力。反冲洗时间长短可以根据情况设定。虽然湖水的含盐量及矿化度低,但是敞开水体含氧量较高。综合考虑抗腐蚀性及经济成本,水源水管(包括引水管、供水管、回水管)均选用U-PVC塑料管。另外,水源水管上的附件和阀门,也
选用抗腐蚀产品。引水管一端通过变径弯头连接在取水头部的四通接头上,另一端与泵房中的水源水泵连接。引水管沿河底东侧铺设。供水管沿管沟直埋,埋深1m,由泵房铺设到机房。为了减少回水对取水温度的干扰,并且使回水与湖水进行充分的热量交换,将排水口设置在距离取水口约150 m的南端。
自动控制
水源热泵机组具有一般空调冷水机组的所有控制功能。其控制模块集成化，功能齐全，能够根据负荷变化自动加载、卸载，自动实现最佳经济运行。机组具有系统压力和高低位温度报警及自动停机功能和节能设定,远端遥控,主从操作等功能。每台水源热泵空调机组的循环溶液进口管和水源进水管上,分别设有一个与机组连锁的水流开关。当进水量低于机组要求的最低水量时,机组将自动关闭。循环水泵与主机间闭锁,可避免人为误操作
而造成的系统故障。泵组各水泵自动切换运行，可
消除备用泵因长期闲置不用而出现故障的可能
性。系统中装有自动补水稳压装置,以保证系统水
压稳定。如图2所示,系统根据温度的高
低来控制电动阀M的开启。冬季,温度高于设计温度时,M开小,反之开大;夏季,温度低于设计温度时,M开小,反之开大。P控制水源水循環变频泵B的频率。
热回收
所谓热回收就是制冷剂在蒸发器中吸收冷却水的热量，经压缩后在冷凝器中放出热量，加热在其中流过的低温生活热水。在冷凝器中，制冷剂凝结成饱和液体，经节流阀节流降压降温后进人蒸发器蒸发吸热，汽化为干饱和蒸汽 从而完成一个循环；生活热水在冷凝器中吸热升温后．流人蓄热生活热水箱。生活热水箱循环水不断经过水源热泵直至被加热到生活热水所需温度。研究冷凝热回收和免费热水供应系统研究是一项既有理论价值，又有重要工程实用价值的课题。对大型系统的研究，由于其工况的复杂性、多变性，有待解决的难点问题还很多，比如:如何解决冷凝热与用热量在时间及量上的不同步问题；热水供应负荷变化规律问题；蓄热装置在系统运行中的动态模拟以及系统形式等问题。下面就介绍常见的热回收问题及解决方案。
(1 )由于空调余热回收系统只能在开启空调时才能使用，在改造时必须保留原有的热水生产系统，且最好采用与原有热水系统串联形式，以便空调余热回收水温过低时能够及时投人使用，保证热水的正常供应。
(2 )由 于 热水负荷是不均匀的，而空调余热回收的热水会随着空调负荷的变化而变化，造成热水的使用与生产不是同步，所以，需用一个余热水罐作为热水贮存缓冲，在条件允许下尽可能做到能容纳系统用水高峰时1h的用水量。
(3 )在 冷 凝器的热量能及时排放的情况下，不会引起冷凝压力的下降!’〕。要对冷却水泵进
行变频节能改造，因为部分的负荷已经传递给了热水系统，可以使冷却塔处于最有效率的工况下工作，提高系统的节能效率。
(4 )为 了 保证冷热水管的压力均衡，使水温稳定且容易调节，可在回水进入余热水罐前的管路加装平衡阀，避免各分区的热水水温不一样。
结束语
水源热泵是一项节能技术，在改善生活。减轻环境污染。促进经济可持续发展上都有这重要作用。未来能源与环境的问题将是人类面临的重大挑战,也是促进科学技术发展的良好机遇。正因为这样,热泵技术将会在能源与环境问题的推动下获得进步与发展。为此,关注我国热泵技术发展进步中的问题,其目的是更好地走出一条有中国特色的热泵技术新型发展道路,寻求我国发展热泵技术最优或较优的发展路径。在建筑用能的节能减排中做出应有的贡献。
参考文献：
【1】王兰锋，姚坤；浅析水源热泵空调系统应用中应注意的问题，赤峰学院学报(自然科学版)，2007.04
【2】李艳；地表水源热泵系统的设计，可再生能源，2007.06
【3】莫一鹏，徐娓；热回收系统在酒店工程中的应用分析，制冷，2007.03
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。