水环热泵空调系统的特点和控制要求

解决建筑物内余热不足这个问题的途径，就是由建筑物的外部引进低温热源，以替代建筑物内的余热量。太阳能、水（地表水、井水、河水等）、土壤、空气均可作为水环热泵空调系统的外部能源[6]。例如大连电力大厦（高层单元式建筑）利用热电厂冷却水作为水环热泵空调系统的外部热源，收到良好的节能效果[2]。此外，哈尔滨工业大学提出一种空气/水热泵与水/空气热泵耦合双级热泵供暖系统。该系统在寒冷地区，用空气源热泵冷热水机组制备10℃～20℃低温水，通过水环路送至室内各个水/空气热泵机组中，水/空气热泵再从水中汲取热量，直接加热室内空气，达到供暖目的[7]。总而言之，可以通过廉价的辅助热源来解决建筑物内余热不足的问题，拓宽水环热泵空调系统的应用范围。
2.3辅助设备方面
如果再在水环热泵空调系统中加入蓄热装置等辅助设备，则更能提高系统的经济性。因为蓄热装置可以实现内区制冷机组向水循环环路中释放的冷凝热与周边区制热机组从水循环环路中吸取的热量在一天或者更长的时间周期内达到平衡，从而降低了冷却塔和水加热器的年耗能量。
3水环热泵空调系统的缺点
水环热泵空调系统的发展主要面临来自两个方面的问题：其一是从系统这个方面来看，国内的一些建筑物内余热小或无预热，尚需补充加热设备，致使其不能充分发挥原有的一些优点；其二是从设备这个方面来看，水环热泵空调系统中采用的小型水/空气热泵机组所存在的一些固有问题也限制了其更广泛的应用。目前，针对上述的两个缺点，也出现了许多的解决办法，以期推广水环热泵空调系统的应用。
2.2小型水/空气热泵机组方面
一般，水环热泵空调系统采用的都是室内的，根据室内负荷的大小分别安装在各个房间内。各房间内的用户就可以根据室外温度的变化和各自不同的要求，在一年内的任何时间随意进行房间里的供暖或供冷的调节，而不会影响到其它房间的温度。由于便于调节也不会出现房间过冷、过热等情况，既避免了常规空调系统的能源浪费，又营造了良好的室内环境。同时，室内的小型水/空气热泵机组也便于分户计量和分户收费。
(1)夏季，各热泵机组都处于制冷工况，自环路释放热量，冷却塔运行，使水温降到35℃以下。
(2)大部风热泵机组制冷，使循环水湿度上升，到达32度时部分循环系统冷却塔。
(3)在一些大型建筑中，内区往往有全年冷负荷。在过渡季，甚至冬季。当周边区热负荷与内区冷负荷比例适当时。排入水环路热量与从中提取的热量相当，水温维持在13-15℃，冷却塔与辅助加热装置停止运行。考虑等量不可能每时每刻平衡。没有蓄热容器。暂存多于热量
①环路水温降到13℃时，水加热设备投入运行。
②环路水温升到16℃时，水加热设备停止运行。
③环路水温降到7℃时，发出低温报警。
④环路水温降到4℃时，低温停机。
注意：
⑴当采用电加热器时，可对电加热分档投入。
⑵当采用燃气(油)锅炉时可对燃烧器燃料供应量和燃烧时可进行分组投入
(3)蓄热器的控制要求
通过三通阀来调节环路水和蓄热容量中水的混合比。使回水环路水温保证设定水温以上。
5.便于分户计量和记费。
6.便于安装和管理，热泵机组可在工厂组装。减少工地的安装工程系统设备简单。使安装方便。加氟启动于调整容易。
7.小型水源热量机组的性能系数低于大型冷水机组
8.制冷设备在空调房间内噪音大
9.设备费用高，维修工作量大。
四.水环热泵空调系统的控制
1.控制目的：为确保系统安全，可靠和经济运行，在设计中要提出控制要求。
(4)循环水泵的控制要求
①主循环水泵连续运行，当系统循环水流量不足时，备用水泵投入运行，水流量还不足，应停止运行，运行检查。
②循环水泵与所有水源热泵机组连锁
③正常情况下，可利用时间计算器，使主泵与备用泵交替运行，延长泵的使用寿命。
1水环热泵空调系统的概况
水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/热泵机组并联在一起，形成一个封闭环路，构成一套回收建筑物内部余热作为其低位热源的热泵供暖、供冷的空调系统。典型的水环热泵空调系统由三部分组成：（1）室内的小型水/空气热泵机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（如冷却塔、加热设备、蓄热装置等）。
水环热泵空调系统的基本工作原理是：在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路中的水为加热源；机组制冷时，则以水为排热源。当水环热泵空调系统制热运行的吸热量小于制热运行的放热量时，循环环路中的水温度升高，到一定程度时利用冷却塔放出热量；反之循环环路中的水温度降低，到一定程度时通过辅助加热设备吸收热量。只有当水/空气热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时，循环环路中的水才能维持在一定温度范围内，此时系统高效运行。
再次，由于水循环环路中的水温在常温范围内、与其环境温度的温差不大，所以常温水所消耗的能量比常规空调系统小得多。同时，因为减少了输配过程中的冷热耗散等损失，环路的热损失也比常规空调系统要小得多。总的来说，水环热泵空调系统与常规空调系统相比，仅管道热损失减少这一项，节能效率约为8％～15％[5]。而且，由于水循环环路管道可不设保温和防潮隔湿，还能减少保温层及其它的一些材料费用。
(2)加热设备，加热方法有两种：一是利用水加热设备，常选用的有电热型锅炉，燃油(气)锅炉，水-水换热器，汽—水换热器等。二是利用空气电加热器将热量直接加入到室内循环空气中，即将空气电加热量安装在水热泵机组，送，回风管中内或安装在机组内。当环路水量不低于13℃时。机组按热泵工况运行。当水温≤13℃时。热泵停运。电加热器投入运行，加热室内空气，通过气温敏感元件控制加热量，调节室温。当环路水温升至21℃时。恢复机组运行。
(e)环路水温升至40℃时，高温指示灯亮，发出高温报警。
(f)环路水温升至46℃时，高温停机指示灯亮，使水源热泵机组停机。
对开式冷却塔的控制策略为：
a控制冷却塔的运行台数
度达到控制循环水供水温度。注意冷却塔防冻保护。
(2)水加热设备的控制要求，
通过检测环路水温度(一般在10-20℃范围内)分级补热。具体步骤如下
其次，与上类似，为了达到同时供冷供暖的效果，相对于常规空调系统必须采用造价昂贵的四管制风机盘管系统而言，水环热泵空调系统的水循环环路仍然采用两管制。如此，就不会存在或者减少常规的四管制的风机盘管系统对各个条件要求不同的房间空调时所出现的冷热量抵消，避免了由此造成的能量的无谓消耗，更节省了管道系统的初投资费用。
对于业主来说，如果采用常规空调系统，就必须一次购齐冷水机组及其它设备，往往会造成很大的资金压力，而且冷水机组一般要在安装一两年后才能发挥效益；而水环热泵空调系统中的小型水/空气热泵机组可以分期投资、分批建设，甚至可以在用户入住前逐层安装，其投资回报效益高、见效快。这一特点也使水环热泵空调系统在旧楼翻新或系统改造中颇有市场，因为常规空调系统无法避免损坏原有的结构，且不易找到适合的冷冻机房，一般还需要全楼停业来进行改造工程，造成的经济损失较大。
4.附属设备的控制
(1)冷却塔控制要求，通过检测水环路水温进行分级排热。控制策略如下：
(a)环路水温升至29℃时，冷却塔风阀开启，运行自然对流排热。
(b)环路水温升至30℃时，淋水开始，利用喷淋水蒸发冷却排热。
(c)环路水温升至31℃时，风机低速运行，开始强破对流和蒸发冷却排热。
(d)环路水温升至32℃时，风机高速运行，加强排热。
三.水环热泵空调系统特点
1.调解方便，用户根据室外气候变化和各自要求。在一年内任何时候可随意进行房间的供暖或供冷的调节
2.虽然是双管，但与四管制盘管一样可同时供冷供暖
3.建筑物热回收效果好。适用有内区与外区的大中型建筑(同时供冷热暖)。
4.系统布置紧凑，简洁灵活。没有风管。冷水、机组。可不设定空调机房，增大使用面积有效空间，环路水管可不保温，减少初投资。
(3)蓄热容器：蓄热水使热量平衡，将低冷却塔和水加热器的年耗能量。但冷却塔和水加热器容量不能减少，恶劣天气持续性要求按最大负荷运行。
上述方式主要优势有：
1.初投资低。
2.电加热器便于计量，便于单户计费。
3.节约建筑面积，省掉水的加热设备机房
4.采用外集中加热器，提高了系统的可靠性。还可作为机组的备用或应急热源
2.水循环环路。所有室内水源机组都并联在一个小环路系统上管道，仅可能同程。若采用异程。注意各支管压力平衡，闭式，防腐蚀
设置部件：(1)定压，通常采用膨胀水箱，气体定压罐和补水定压。
(2)排水和放气
(3)补水
(4)水处理
(5)循环水泵及附件
根据需要，水源热泵可按供热工况进行，也可按制冷工况运行，可能出现图7-19所5种运行工况。
3.1建筑物内余热不足
通过分析水环热泵空调系统的运行特性我们可知，只有当建筑物内区有大量余热且周边区需要供热，才能通过水环热泵空调系统将建筑物内区的余热转移到需要热量的周边区，从而达到回收建筑物余热、节约能源的目的。但是，我国的各类建筑物内部负荷不大，建筑物的内区面积又小，因而建筑物的余热量也较小。在这种情况下，如果要采用水环热泵空调系统，则势必要增设锅炉。然而，将锅炉的高位热能加热水循环环路中的循环水使之成为与室温相差无几的低温热源，再由水/空气热泵机组消耗电能将其提升到高位热量向室内供暖，这本身就是不经济、不合理的。此外，如果采用的是燃煤锅炉，还存在一个环境污染的问题。
对于设计方来说，由于采用了室内的小型水/空气热泵机组，也就没有了体积庞大的风管、冷水机组等，所以系统布置更加紧凑、简洁和灵活，也不用再设置空调机房（或减少机房面积），也为业主增大了使用面积及有效空间。水环热泵空调。对于施工方来说，由于小型水/空气热泵机组可以在工程里进行组装，所以减少了工地的安装工作量。
(4)大部分机组制，循环水湿度下降。达13℃时。投入部分加热器。
(5)在冬季。可能所有水源热泵均处于制热工况，全部辅助加热器投入运行，使循环水温不低于13℃。
3.辅助设备：主要有：排热设备。加热设备和蓄热容器。
(1)排热设备：中闭式冷却塔外，还可采用普通开式冷却塔，但与水环路应间接连接有充裕水资源的地方。可直接利用水。