水源热泵空调的工作原理与特点

水源热泵空调介绍杭州博音节能科技有限公司 前言当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调。中国最早在50年代，就曾在上海、天津等地尝试夏取冬灌的方式抽取地下水制冷，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。目前，国内的清华大学、天津大学、重庆建筑大学、天津商学院、中国科学院广州能源研究所等多家大学和研究机构都在对水源热泵进行研究。其中清华大学在多工况水源热泵经过多年的研究已形成产业化的成果，已建成数个示范工程。国内的水源热泵制造厂商中清华同方人工环境设备公司、山东海阳富尔达是比较早的水源热泵制造厂家，但目前也有相当多的制冷空调厂家将其普通的水冷机组改造为水源热泵。中国的水源热泵的研究和应用才刚刚起步，与国外相比，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。杭州博音节能科技有限公司热泵的发展和在我国的应用热泵的发展和在我国的应用 欧洲第一台热泵机组是在1938年间制造的。它以河水低温热源，向市政厅供热，输出的热水温度可达60。在冬季采用热泵作为采暖需要，在夏季也能用来制冷。1973年能源危机的推动，使热泵的发展形成了一个高潮。目前，欧洲的热泵理论与技术均已高度发达，这种“一举两得”并且环保的设备在法、德、日、美等发达国家业已广泛使用。80年代来，我国热泵在各种场合的应用研究有了许多发展。针对我国地热资源较丰富的情况，若把一次直接利用后或经过降温的地下热水作为热泵的低位热源使用，就可增大使用地下水的温度差，并提高地热的利用率，这在京津地区早已有过应用实践。而这种设备同时对于我国能源使用效率不高、分配不均匀的现状也提出了一个有效的解决方法。杭州博音节能科技有限公司演示资料第一节：水源热泵技术概况水源热泵技术概况第二节：水源热泵空调的工作原理水源热泵空调的工作原理第三节：水源热泵系统的组成水源热泵系统的组成第四节：水源热泵空调的特点水源热泵空调的特点第五节：与其它系统空调相比的优势与其它系统空调相比的优势第六节：水热泵空调的推广阻力水热泵空调的推广阻力杭州博音节能科技有限公司第一节：水源热泵技术概况水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地球表面浅层水源如深度在1000米以内的地下水、地表的河流和湖泊和海洋中，吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量，并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵机组工作原理就是在夏季将建筑物中的热量转移到水源中，由于水源温度低，所以可以高效地带走热量，而冬季，则从水源中提取能量，由热泵原理通过空气或水作为载冷剂提升温度后送到建筑物中。通常水源热泵消耗1kW的能量，用户可以得到4kW以上的热量或冷量。杭州博音节能科技有限公司水源空调系统的外部资源水源空调系统的外部资源以江水、湖水作为能源以江水、湖水/热交换器作为能源以地下水作为能源以地热水作为能源杭州博音节能科技有限公司第一节：水源热泵技术概况热泵的技术性分析：热泵的技术性分析：1热泵机组可以达到一机两用的效果，即冬季利用热泵采暖，夏季进行制冷。既节约了制冷机组的费用，有节省了锅炉房的占地面积。2如业主已有地热井，则使用热泵则可大大便于能源的充分并有效地利用。3用于生活加热等需要的能源直接依靠电热造成能源的再浪费，是不可取的，只用热泵供热才能有效的利用电能。4使用热泵技术对大气及环境无任何污染，而且对能源消耗极低，属于绿色环保型装置，符合目前我国能源、环保的基本政策，对用户本身也无形中起到自我宣传的作用杭州博音节能科技有限公司第一节：水源热泵技术概况热泵供热的经济性分析热泵供热的经济性分析热泵的经济性是由多方面来确定的，它与锅炉房供热相比，显然具有以下特点：1运行附加费较小，这是因为：（1）热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费。（2）检修周期较长，因锅炉设备与高温烟气接触，构件极易受损；而热泵系统只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修。（3）管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支。2运行直接费用（电费）一般比燃煤锅炉大，这是热泵的主要开支。3热泵初投资费用常大于锅炉房设备（指单纯为冬季供热而设）。相同容量的制热设备比锅炉设备为贵。此外，初投资与装置规模，机房土建规模投资亦有关。杭州博音节能科技有限公司第一节：水源热泵技术概况热泵的能量利用分析：热泵的能量利用分析：地下水的能量大，属于低位热源，需要通过热泵提升热位向生活和生产过程提供有用的热量。而热泵拥有大于1的制热系数，高于锅炉供设备，对能量的利用远远优于其他方式的采暖方式。杭州博音节能科技有限公司第二节：水源热泵空调的工作原理水源热泵空调的工作原理在制冷模式时，高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器，向水中排放热量而冷却成高压液体，并使水温升高。到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，同时吸收空气的（水）的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。在供热模式时，高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体，到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，供热环境需要的热水在冷凝器中获得。热泵系统是一种高效、节能、节资、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。它利用空气、地表水、地下水、工业废水及地下常温土壤资源，借助压缩机系统，完成制冷（制热）。它无须任何人工资源，彻底取代了锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，使人们远离粉尘、废气和霉菌，是一种理想“绿色技术”。杭州博音节能科技有限公司第二节：水源热泵空调的工作原理水源热泵空调的工作原理 杭州博音节能科技有限公司第二节：总结目前我国利用较多的是水源热泵，就是以地下水作为冷热源体，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。传统的暖通空调系统需要很多辅助系统或设备来完成一个完整的暖通空调功能，如冷却塔。而水源热泵系统只是通过与地下水的热交换来完成制冷或制热的效果。只应用一个硬件系统，通过在不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换，就可以完成制冷与制热功能的转换。杭州博音节能科技有限公司第三节：水源热泵系统的组成水源热泵系统的组成水源中央空调系统的是由末端（室内空气处理末端等）系统，水源中央空调主机（又称为水源热泵）系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中中提取低品位热能，通过电能驱动的水源中央空调主机（热泵）泵送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源中央空调将用户室内的余热通过水源中央空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求。杭州博音节能科技有限公司第三节：水源热泵系统的组成水源热泵系统的组成1.系统原理图：制热工况为例，系统原理见下图：杭州博音节能科技有限公司第三节：水源热泵系统的组成水源热泵系统的组成2.用户（室内末端等）系统由用户侧水管系统，循环水泵，水过滤器，静电水处理仪，各种末端空气处理设备，膨胀定压设备及相关阀门配件组成。3.水源中央空调主机系统由压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，各种制冷管道配件和电器控制系统等组成。4.水源水系统由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。5.制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统。（反之则为制热工况）杭州博音节能科技有限公司第四节：水源热泵空调的特点水源热泵空调的特点水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：杭州博音节能科技有限公司第四节：水源热泵空调的特点水源热泵空调的特点（1）环保效益显著）环保效益显著水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。（2）高效节能高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户3040的供热制冷空调的运行费用。杭州博音节能科技有限公司第四节：水源热泵空调的特点水源热泵空调的特点（3）运行稳定可靠）运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。（4）一机多用，应用范围广）一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。（5）自动运行）自动运行水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。杭州博音节能科技有限公司第四节：水源热泵空调的特点水源热泵空调的特点当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。可利用的水源条件限制可利用的水源条件限制水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。水层的地理结构的限制水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。投资的经济性投资的经济性由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。杭州博音节能科技有限公司第五节：与其它系统空调的比较与其它系统空调的比较杭州博音节能科技有限公司 清华同方水源热泵的技术特点清华同方水源热泵的技术特点 清华同方开发的水源热泵机组是针对大中型的建筑开发的可以实现模块组合的水-水热泵机组。可以利用地下水和以及江河湖泊的水源以及地热尾水。对不同的水源，可以通过是否加装中间换热器来构成闭式或开式系统。机组在工作时的冷热切换，通过对水系统的管路的切换而实现，氟系统保持稳定不变。清华同方的水源在产品的设计时，采用的技术路线是：选用R22做制冷剂，采用成熟的热泵技术，考虑中国的实际国情，重点放在高出水温度和宽使用温度的实现上，选择并确定压缩机工作点和工作范围，本着节水节能的思想，设计大温差的分段水换热器。氟系统的设计采用分系统完全独立的模块化思想，系统部件数量少而品质精良。控制系统充分考虑多系统的协调统一控制，并设置多种的安全保护，同时考虑水系统的水泵控制和远程的操作。清华同方的水源热泵机组除了具有传统的水源热泵的所有的特点以外，作为针对中国国情设计的系统，其值得注意的特点有：杭州博音节能科技有限公司清华同方水源热泵的技术特点清华同方水源热泵的技术特点1供热出水温度高供热出水温度高我们提供的水源热泵在标准的工况下，可以保证出水温度稳定在52，在测试和用户实际使用中，曾做过56的运行实验。提供高的出水温度，可以提高效率，减小室内侧设备的选型容量，并保证室内的热舒适性。2.水源侧进出水温差大，节约水资源水源侧进出水温差大，节约水资源在机组工作时，水源侧在冬季的进出水温差为7，而夏季的进出水温差为10。区别于传统的5的温差设计，可以省水20%-50%，并相应地减少了取水（如打井和水泵运行）的费用。该思想彦启森先生曾在1997年的我国制冷空调业技术发展现状及前景中论证过。3系统优化简洁，部件精良可靠系统优化简洁，部件精良可靠通过对系统的优化设计和独立模块的组合，最终的机组系统相当的简单可靠，但制冷部件选择均为行业中品质精良的品牌，保证机组可靠运行。4机组容量大，适用范围广机组容量大，适用范围广机组设计的单机最小的容量为150KW的热量，可以采用开式系统或闭式系统，可以通过打井回灌利用地下水，也可以增加中间换热器利用河水湖水甚至海水。甚至可以利用地热的尾水。5运行简单、宁静运行简单、宁静由于采用的智能自动控制，机组的运行相当简单，由于采用了高效的防护消声措施，机组的运行噪音不再难以接受。杭州博音节能科技有限公司清华同方水源热泵的技术特点清华同方水源热泵的技术特点一种高效、节能、节水、冷暖两用且无污染的空调系统一种高效、节能、节水、冷暖两用且无污染的空调系统一种很可能替代燃煤锅炉和冷却塔的空调系统一种很可能替代燃煤锅炉和冷却塔的空调系统新世纪能源利用的最优方式之一新世纪能源利用的最优方式之一环保环保供热时省去了锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染，供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染，使环境更加洁净优美。省地省地省去了锅炉房以及与之配套的煤场和碴场，节约了土地资源。节能节能冬季，投入电能，可得到左右的热能，夏季，投入电能，可得到以上的冷量，能源利用效率为电采暖方式的倍以上。节水节水以水为源体，吸收或向其释放热量，从而达到制冷或供暖的作用，既不消耗水资源，也不会对其造成污染。节资节资通过一套系统来实现供冷和供热，一次性投资只是传统制冷制热投资的1/22/3；节省运行费用，冬季只有传统方式的2/3；夏季只有传统方式的2/3。杭州博音节能科技有限公司目前中国水源热泵推广应用中存在的问题目前中国水源热泵推广应用中存在的问题 水源热泵作为一种新型的制冷供暖方式，从技术的角度，尤其是热泵机组的角度上看应当是相当成熟、没有问题的。但考虑到中国的国情，以及将水源热泵制冷供暖作为一个整体的系统来推广应用时，还是存在一些问题：1.水源的使用政策水源的使用政策我国目前为了保护有限的水资源，制订了中华人民共和国水法，各个城市也纷纷制订了自己的城市用水管理条理。这些政策均强调用水审批，用水收费。而审批的标准中对类似水源热泵技术的要求没有规定，所以水源热泵很容易被用水指标所限制。即使通过了用水审批，由于有些地方将水源的抽取和排放两次受费，受费的标准全国又不统一，所以结果可能导致水费偏高，使得水源热泵的运行节能费用不足增加的水费，水源热泵的经济性变查。所以水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度，综合能源环保和资源各个方面的考虑，调整水源热泵水源使用的政策，需重新确定水源如何管理和收费，才能促使其大规模的发展。杭州博音节能科技有限公司目前中国水源热泵推广应用中存在的问题目前中国水源热泵推广应用中存在的问题2.水源的探测开采技术和费用水源的探测开采技术和费用在中国，目前对水源，尤其是城市水源的的探测开采技术应当提高，水源热泵的应用的前提之一就是必须了解当地的水源的情况，在水源热泵使用的前期，必须实地对水源的状况进行调查，地下水量是否有水、水量是否会足够，场地是否适合打井和回灌。而探测开采的技术的提高和费用的降低，会推动水源热泵机组的更好应用。3.地下水的回灌技术地下水的回灌技术水源热泵若利用地下水，必须考虑水源的回灌，对于回灌技术，必须结合当地的地质情况来考虑，来考虑回灌技术方式。我们对不同地区的地质结构了解的还不多，这也制约了水源热泵机组的推广使用。4.整体系统的设计整体系统的设计水源热泵系统的节能作为一个系统，必须从各个方面考虑，如果水源热泵机组可以做到利用较小的水流量提供更多的能量，但系统设计对水泵等耗能设备选型不当或控制不当，也会降低系统的节能效果。同样，若机组提供了高的水温，但设计的空调系统的末端未加以相应的考虑，也可能会使整个系统的效果变差，或者使得整个系统的初投资增加。所以，水源热泵的推广应用，需要更多的各个专业各个领域的人来共同努力共同配合，从政府政策、主机设计制造、系统的设计和运行管理等各个方面都来共同参与。杭州博音节能科技有限公司