水源地源热泵技术手册

水源地源热泵技术手册内容摘要：

空气热泵（如图 2－ 1） 图 21 空气 空气热泵 图 21 空气 空气热泵 这是最普通的热泵型式。 特别适用于由工厂制造的单元式热泵，广泛地用于住宅中。 该类热泵中，热源（制冷运行时为冷却介质）和供热（冷）的介质均为空气。 可通过电机驱动和手动操作的换向阀来进行内部切换，以使被空调房间获得热量或冷量。 在该系统中，一个换热盘管作为 蒸发器，而另一个作为冷凝器。 在制热循环时，被调的空气流过冷凝器，而室外空气流过蒸发器。 工质换向则成了制冷循环，被调的空气流过蒸发器而室外空气流过冷凝器。 水热泵（如图 22） 图 22 空气 水热泵 热泵型式空气空气热泵热源热汇 供热（冷）介质 转换方式空气 空气 热泵工质换向简图制热 制冷 制冷和制热工程技术部 12/11/2020 13 热泵工质换向空气水热泵型式 热源热汇 供热（冷）介质制热转换方式制冷简图制冷和制热冷热负荷储液器水 空气热泵水换向水水水 水热泵热泵型式 热源热汇 供热（冷）介质制热转换方式简图制冷 制冷和制热图24水 水热泵供水 回水热（冷）负荷供水排水排水压缩机这是风冷热泵型冷（热）水机组的常见型式。 与空气一空气热泵的区别在于，室内侧采用水作为传热介质，冬季按制热循环运行，供热水为空调系统采暖。 夏季按制冷循环运行，供冷水为空调系统供冷。 制热与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向实现。 空气热泵（如图 23） 图 23 水 空气热泵 这类热泵制冷的热源（或制冷时的冷源）为水供热（冷）的介质为空气。 制热与制冷循环的切换通过换向阀改变热泵工质的流向实现。 作为热源的水有多种，后面将详细介绍。 （如图 24） 图 24 水 水热泵 制热（或制冷）运行时以水作为热源（或冷源）。 供热（冷）的介质也是水。 可用切换工质，来实现制冷与制热运行。 然而更方便的是由水回路中的三通阀来完成。 虽然图中表示了水流直接进入换热器，在某些场合，为了避免污染封 闭的冷水系统（通常是处理过的），需要间接地通过一个换热器来供水。 （如图 2－ 5） 工程技术部 12/11/2020 14 水换向水水水水热泵热泵型式 热源热汇 供热（冷）介质制热转换方式简图制冷 制冷和制热供水 回水热（冷）负荷供水压缩机图25大 地偶合式热泵热泵共质换向大地热源直接膨胀式热泵热泵型式大地热源直接膨胀式热源热汇空气供热（冷）介质制热转换方式制冷简图制冷和制热大地偶合式热泵大地偶合（闭合大地热源）空气 热泵工质换向储液器压缩机压缩机 图 2－ 5 大地耦合式热泵 利用大地的土壤作为热源和冷却物。 与大地的换热可通过热泵工质一水换热器，也可采用热泵工质埋于地下的盘管直接膨胀形式。 供热（冷）的介质为空气。 水或防冻液被泵送 到埋入大地中的水平或垂直的盘型管中循环。 大地盘管可采用热泵工质直接膨胀，满液式或再循环的蒸发器回路，大地耦合式热泵热交换器的效果与沙土类型、含混量、成分、密度和是否均匀地紧贴换热器面有关。 管子材料和当地沙土及地下水的腐蚀作用会影响传热和使用寿命。 压缩式热泵的热力经济性指标 热泵的性能系数用 COP（ Coeffcient of Performance）来表示。 COP 指其收益（制热量）与代价（所消耗机械功能或热能）的比值。 对消耗机械功的蒸气压缩式热泵其性能系数 COP 也可用制热系数ε h 来表示，即为制热 量 Qh 与输入功率 P 的比值即ε h=Qh/P根据热力学第一定律，如不计压缩机向环境的散热则热泵制热量 Qh 等于从低温热源吸热量（可视为制冷机的制冷量） Qc 与输入功率 P 之和。 由于 Qc 与 P 的比值为制冷系数ε h，故ε h 也可写成：ε h=（ Qc＋ P）／ P＝ l＋ε，可见ε h 值永远大于 1。 水源热泵 水源热泵是以水为热源的，可进行制冷、制热循环的一种热泵型整体式水 水、水 空气空调装置，它在制热时以水为热源而在制冷时以水为排热源。 以水作为热源的优点是：水的质量热容大，传热性能好，传递一定热量所需的水量较少；换热器的尺 寸可较紧凑，每平米建筑面积所花费的经费比空气 空气热泵要少，而且不存在结霜问题，运行合理稳定，在易于获得稳定供水的地方，水是理想的热源。 水源热泵的空调系统主要有以下几种类型： 水环路热泵系统用一个循环水路作为加热源和排热源，系统中必须设置排热器（冷却塔）和补热器（锅炉或电加热器）。 地下水的热泵系统是将建筑物附近井内的地下水取出，并通过水源热泵的换热器进行加热或冷却，然后将地下水排入下水道或湖泊中，最好重新回灌地下。 地表水的热泵系统使用建筑 物附近的湖泊、河流、水渠中的地表水，使之通过水工程技术部 12/11/2020 15 源热泵空调机中的换热器，然后再将升高或降低几度的地表水排回水源中去。 闭式环路地表水热泵系统是使用 1个闭式的水或盐水环路，包括浸没在地表水（河、湖或池）中的管道作为换热器，加热或冷却后的水再进入水源热泵空调机作为水源。 第二节 山东贝莱特 GSHP 型水源中央空调机组 水源中央空调机组的开发背景 传统的取暖方式，主要采取燃烧煤、石油、天然气等有限矿物质能源，而这些固有能源在开采、运输、和利用过程中，对人类生存环境造成极大的污染。 随着经济发展，能耗越来越大，环境污染也越来越严重，由于大气污染，使正常的生态环境被破坏，温室效应也受到全世界的普遍关注。 使用有限矿物质燃料用于取暖不仅极大地浪费着国有资源，同时也严重污染着环境。 因此保护环境和保护日益匮乏的能源资源越来越引起社会各界的高度重视。 目前，国内有不少采用地热取暖，而且用地热供暖的建筑采暖系统均为直流式，即地热水由地下抽上，经供水泵送往用户，在用户处放出热量，地热水温度降为 40 度以下直排入下水。 因地热采暖回水温度较高，直接排放，不仅浪费大量的热能，而且给环境带来比较严重的污染。 近几 年我国普遍地区逐步禁止使用燃煤锅炉取暖，燃油也得到了一定的控制，个别地区对地热采暖回水的排放进行了限制，如果地热采暖的用户不采取相应措施．则只有关闭地热井，重新寻找其它热源。 若用超前的环保意识认识上述问题， 21世纪利用地下能源采暖或送凉，预示着一场新的环保、采暖方式、能源利用的革命。 如何合理使用能源的问题是十分重要的。 为此，利用低位能量的热泵技术已引起越来越多人们的重视。 热泵也就是靠高位能（如电能）拖动，迫使能量从低位热源流向高位热源的装置。 顾名思义，热泵就象泵那样把低位热源的热能泵送到高位热源。 热泵虽然需 要用一定的高位能，但供给的热量却是消耗的高位能和吸取的低位能之和。 热泵不但节约了高位能，而且适用于同时供冷和供暖的场合。 目前，国内市场上的热泵型空调主要是以空气为热源，但是其制热效果受到室外气候条件影响。 若对现行的空气源热泵进行一些改进，可在一定程度上解决低温环境下的制热能力，但产品的成本将有所增加，因此风冷热泵的广泛应用受到限制。 我公司根据市场的需要，依托清华同方的人才和本身实力，利用自身强大的制冷空调产品的开发能力和先进生产制造实力，结合国际目前最先进的制冷、机械制造技术和智能自控技术研制生产了新型 高效水一水热泵机组，即 GSHP 型，弥补了国内厂家在这一领域的空白，其以水为热源（地下水、地热水、地表水、海水、工业废水等），不受室外气候条件变化的影响，广泛应用于全国各地区，从根本上克服了风冷热泵的局限性。 水源中央空调机组的工作原理 ： 液体汽化形成蒸气。 当液体处在密闭容器内时，若此容器内除了液体及液体本身的蒸气外不存在任何气体，液体和蒸气在某一压力下将达到平衡，此时的气体称为饱和蒸气，它所具有的压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。 饱和压力随温度的升高而升高。 如果将一部分饱和 蒸气从容器中抽走，液体中就必然要汽化一部分蒸气来维持平衡。 液体汽化时，需要吸热，此热量称为汽化潜热。 汽化潜热来自被工程技术部 12/11/2020 16 冷却的对象，它对冷却对象制冷。 反之，气体冷却成液体时放热，热量被供热介质吸收和传递，实现制热。 ： 单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。 其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力 P0、蒸发温度 T0 下沸腾， T0 低于被冷却物体或流体的温度。 压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力 PK，然后送往冷凝器在冷凝压力入下等压冷凝成液体，制冷剂冷凝时放出的热 量传给冷却介质（通常是水和空气），与冷凝压力 PK 相对应的冷凝温度 TK 一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或节流元件进入蒸发器。 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力 PK降到蒸发压力 P0，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度 T0，于是离开膨胀阀的制冷剂变成蒸发温度 T0 的两相混合物。 在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。 在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中、低压力的作用，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起节流降压作用。 并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量 的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量，连同压缩机消耗的功所转化的热量，在冷凝器中被冷却介质带走。 根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完成整个循环。 蒸气压缩式原理，是热泵中最为普遍而广泛应用的一种形式。 如图 2－ 6： GSHP 型水源中央空调机组的用途及特点 ： GSHP 型水源中央空调机组能适用于工矿企业、高层建筑、会堂 医院等场所， 提 供冷热源，并为纺织、化工、电子、国防、科研等部门提供工艺流程所需的 7～ 55℃之间的用水。 ： 结构紧凑，占地小，节省空间，安装简便，噪音低（ 75dB） GSHP260： 2 台压机， 2个循环回路。 工程技术部 12/11/2020 17 GSHP400： 3 台压机， 3个循环回路。 GSHP580： 2 台压机， 2个循环回路。 GSHP820： 2 台压机， 2个循环回路。 GSHP1020： 2台压机， 2个循环回路 这样设置多个独立循环系统，工作过程中利用分级调控，相互不受影响。 GSHP 机组为高温热泵机组，考虑到机组的特殊使用功能，设计 过程中充分发挥了贝莱特的科技人才优势，认真计算、优化设计，将各主要配件合理配置，以达到各自的最佳工作状态，保证整个机组的高效率。 其优越性具体体现在以下几个方面： （ 1）机组进水、出水温度范围广。 冬季冷冻水进水温度为 10～ 22℃，夏季冷却水进水温度为 14～ 35℃；冬季冷却水出水温度为 45～ 55℃，夏季冷冻水出水温度为7～ 15℃。 （ 2）与其他公司的水源热泵产品相比， GSHP 型机组两器设计温差大。 一般水源热泵采用标准的进出水温差，蒸发器和冷凝器均为 5℃。 而我公司的 GSHP 型机组蒸发器进出水温差为 7℃，冷凝器为 10℃。 （ 3）适用工程面广。 由（ 1）和（ 2）可看出，冬季运行工况， GSHP 机组所能提供的热水最高温度可以达到 55℃，循环水供、回水温差为 10℃：而其他公司机组可提供的热水最高温度仅可达到 50℃，循环水供、回水温差只有 5℃。 因此 GSHP机组不仅适用于新建建筑物空调系统（风机盘管或暖气片系统），而且还可用于旧有建筑物老采暖系统改造工程，从而克服了以往水源热泵机组适用面窄缺陷。 （ 4）能效比高。 冬季制热工况，能效系数 COP（供热量与输入功率的比值）约为： ～ 之间；夏季制冷工况，能效系数 COP(冷量与输入 功率的比值 )约为 ～ 之间。 （ 5）良好的完整性、系统性。 为了更好的配合 GSHP— 水源中央空调系统方案设计，在机组设计过程中，考虑了各地区的不同运行条件（如：不同水源的温度，水量等）和使用情况（原有锅炉房采暖系统改造、新建小区及建筑物的采暖、空调系统），对机组的蒸发器和冷凝器进行了特殊处理，采用与常规热泵机组不同的进出水温差，以达到在冬季和夏季不同使用季节中，在不更换冷热水循环水泵、水源水泵的情况下，都可以满足使用，从而减小了用户的一次性投资，提高了设备的利用率。 （ 6） 先进的控制技术与 网络功能 ：  大屏幕液晶显示屏显示机组工作状态  自动故障报警  提示设备维护信息。