水环热泵系统与风机盘管系统的几点比较

水 环 热 泵 空 调 系 统 是 回 收 建 筑 物 内 余 热 的 系 统 ，它 的 节 能 效 果 和 环 保 效 益 是 与 气 象条件、建筑特点及辅助热源形式（电锅炉、燃煤锅炉等）等因素有关的。
为了能对两种空调系统得出能耗相差多少，提出评价参数 k,b,eb，可得出两系统 能 耗 比 为 [2]：
1 引言
目前高层建筑如旅馆、酒店等的空调系统大部分采用的是风机盘管加独立新风系 统，但 20 世纪 80 年代我国深圳、上海、北京等城市的一些工程先后采用了水环热泵 系统。水环热泵系统相对风机盘管空调系统在某些地区工程上显示出了很大的优势。 本文主要讨论了水环热泵空调系统相对风机盘管系统的适用范围及特点。
风 机 盘 管 空 调 系 统 属 于 半 集 中 式 、空 气 -水 式 系 统 。它 是 将 主 要 由 风 机 和 盘 管（ 换 热器）组成的机组，直接安装在空调房间内，开启风机后，可将室内空气吸入机组， 经过空气过滤器过滤，再经过盘管冷却或加热处理后，就地送入房间，以达到空气调 节的目的。风机盘管机组所用到的冷水或热水，是由制冷剂房或热交换站集中供应。 室内所需的新鲜空气，是由新风处理机组将室外空气作集中处理后，经风道送入各个 房间。室内的冷、热负荷，分别由空气和水来负担。通常所说的风机盘管空调系统， 多半指的是风机盘管机组加独立新风的系统。不设新风的风机盘管机组，由于卫生条 件差，使用较少。
E2 = η 0 + eb E1 ηnh1 + eb
式中：
E1、 E2-------分 别 为 风 机 盘 管 加 新 风 、 水 环 热 泵 空 调 系 统 一 次 能 源 的 能 耗 ，
kW﹒ h；
B1、 B2-------分 别 为 风 机 盘 管 加 新 风 、 水 环 热 泵 空 调 系 统 的 能 耗 ， kW﹒ h； N1、 N2--------分 别 为 风 机 盘 管 加 新 风 、 水 环 热 泵 空 调 系 统 的 电 耗 ， kW﹒ h； η h1、η h2-----分 别 为 风 机 盘 管 加 新 风 、水 环 热 泵 空 调 系 统 用 热 的 总 效 率（ 供 热 量 /一 次 能 源 ）， ％ ；
由 上 式 可 见 ， 当 η nh1>η 0= kηnh2 + b 时 ， 则 E2<E1， 水 环 热 泵 空 调 系 统 能 耗 比 风 机
盘管系统少；反之，水环热泵空调系统能耗多。因此，欲对两系统能耗作出评价，需 要具体求得式中的几个评价参数。通过国内一些实际工程的运行情况总结出：
①夏季由于冷水机组制冷性能系数比水环热泵的制冷性能系数要大，因而夏季运 行时，风机盘管系统能耗略低于水环热泵系统。而冬季由于建筑物的余热可以回收， 水环热泵系统能耗明显低于风机盘管系统。从全年能耗看，水环热泵空调系统能耗一 般小于风机盘管空调系统.
2 适用地区和场合
（ 1） 对 于 全 年 绝 大 部 分 时 间 按 制 冷 工 况 运 行 的 场 合 ， 水 环 热 泵 空 调 系 统 中 的 水 /空 气 热泵机组与使用风机盘管系统相比，一般来说不节能，相应也无环保效益。因此，南 方一些城市（如广州）不宜选用水环热泵空调系统。 （ 2）在 建 筑 物 有 余 热 的 条 件 下 ，水 环 热 泵 空 调 系 统 按 供 热 工 况 运 行 时 相 比 风 机 盘 管 系 统具有节能和环保意义。
运行费用的大小取决于当地气象条件、建筑物内外区面积大小、建筑物功能等因 素，属于有争议的问题。但一般来说，运行费用低是水环热泵空调系统优点之一。日 本 水 环 热 泵 空 调 系 统 年 运 行 费 用 如 果 为 100%的 话 ，则 二 管 制 风 机 盘 管 系 统 为 110%，四 管 制 风 机 盘 管 系 统 为 130%。英 国 水 环 热 泵 空 调 系 统 运 行 费 用（ 100%）为 13.2 英 镑 / m2， 四管制风机盘管系统为 15.98 英镑/ m2[2]。 3.3 系统能耗
全 年能耗
费用 /万 元
备注
将煤折 130
算为油
65.3
5 结论
只有在多区域多房间同时有供冷和供热要求的场合，水环热泵空调系统才能有节 能效果，也就是说水环热泵空调系统适合于有内外分区和有南北朝相负荷的建筑。对 于没有余热的建筑，须采用一些其他措施，如利用其他废热或利用太阳能等来补偿。
水环热泵空调系统分区极端灵活，设计方案简单，各被调空间可以独立调节和选 择供冷、供热运行方式，不互相影响。而且具有最大的系统可靠性，个别机组的故障 并不影响其他房间的正常空调要求。
z 选用 150 台深圳麦克维尔空调公司生产的分体式水源热泵机组，将水源 热泵机组的主机装在卫生间的吊顶内。
z 保留原空调系统的冷却塔作为热泵空调系统的排热设备，但由于原冷却 塔为开式冷却塔，故又选用一台 40m2 阿法拉伐板式换热器，使开式冷却 塔与水环路采用间接连接方式。
z 选 用 320m2 的 清 华 阳 江 太 阳 能 热 水 器 、热 水 箱 和 格 兰 富 循 环 泵 作 为 水 环 热 泵空调系统的加热设备。
溴化锂吸收式冷水机组冷量衰减；设备陈旧老化（如锅炉排断裂，冷水机组自控 系 统 失 灵 等 ）； 运 行 费 用 高 ， 维 修 工 作 量 大 ； 燃 料 耗 量 也 很 大 ， 平 均 每 年 耗 煤 1500t； 空调水系统每年需要清洗费用 2 万元。
针对原空调系统存在的问题，将水环热泵空调系统作为本工程的改造方案，系统 如下。
z 选用一台菲斯曼 1.25t/h 的燃油蒸汽锅炉作为太阳能不足和阴天时系统 的补热设备。
z 保留原有新风系统，选用空气源热泵冷水机组作为新风系统的冷热源。 z 设置一套中央自控系统，可远程控制各房间的水源热泵机组、锅炉、水
泵、冷却塔设备的启停，记录、显示各设备运行情况、能耗、故障以及 设备安全运行保护。 改造后的工程水环热泵系统投资 340 万元，其中设备费 170 万元，平均每平方米 建筑面积空调造价 200 元左右。 与风机盘管系统相比，本工程改造后的水环热泵空调系统运行良好，具有如下特 点。 ①节约能耗费用。改造后夏季空调系统不需要锅炉，过渡季节水环热泵空调系统 可回收建筑物余热量，冬季水环热泵空调系统可利用太阳能加热循环水，仅需少部分 时间锅炉辅助供热。因此，全年空调能耗费用可节省 50%，详见下表 1。 ② 机 房 面 积 减 小 。改 造 后 机 房 面 积 比 改 造 前 可 节 省 350m2 建 筑 面 积 ，其 节 省 的 350 m2 建筑面积已用于出租，每年可为饭店增加 66 万元的收入。 ③管理人员减少。由于采用水环热泵空调系统，取消大型冷水机组，可以减少值 班操作人员和维修人员，每年人工开支可减少 8 万元。 ④ 对 城 市 环 境 的 影 响 变 小 。由 改 造 前 2 台 4t/h 燃 煤 锅 炉 改 为 一 台 1.25t/h 燃 油 锅 炉，因而极大地减少向大气排放三废物质，有利于保护城市环境。 ⑤改造后空调效果好。水环热泵空调系统可以同时供冷和供热。它相当于高级宾 馆的四管制空调系统，可满足不同需要的旅客要求，扩大顾客的服务范围，有利于饭 店的经营。
原 空 调 方 式 为 风 机 盘 管 加 新 风 系 统 ，空 调 水 系 统 采 用 二 管 制 ，空 调 冷 源 为 一 台 1160 kW 和 一 台 580 kW 蒸 汽 型 双 效 溴 化 锂 吸 收 式 冷 水 机 组 ，热 源 为 2 台 4t/h 燃 煤 蒸 汽 锅 炉 。 机组几年运行后出现下述问题。
E2
=
⎡ B2 ⎢⎣ηh2
+
N2⎤ ηn ⎥⎦
=
kηnh2 + b +
N1 B1
E1
⎡ B1 ⎢⎣ηh1
+
N1⎤ ηn ⎥⎦
ηnh1 + N 1 B1
其 中 ： k=B2/B1,b=(N2-N1)/B1,ηnh1=ηn/η h1,ηnh2=ηn/η h2
记 eb=N1/B, η0=kηnh2+b，则
表 1 改造前后空调系统能耗费用比较
项目
溴化锂 机组加 燃煤锅
炉 水环热 泵加燃 油锅炉
夏季及过渡季节
用油量
/t
用电量
/104 kW﹒ h
能耗费 用
/万 元
360 31.14 117.3
76.4
38.2
用油量
/t
22.4
9
冬季 用电量
/104 kW﹒ h11.748.9能耗费 用/万 元
12.6
27.1
η nh1、η nh2---分 别 为 风 机 盘 管 加 新 风 、水 环 热 泵 空 调 系 统 的 电 热 效 率 比（ 电
能 总 效 率 /用 热 总 效 率 ）， ％ ；
ηn -----电能总效率，％；
η 0------与 水 环 热 泵 系 统 能 耗 相 同 时 ，风 机 盘 管 加 新 风 系 统 应 有 的 电 热 效 率 比； eb-------风 机 盘 管 加 新 风 系 统 电 、 热 能 耗 之 比 。
② 风 机 盘 管 系 统 能 耗 中 ，锅 炉 能 耗 占 很 大 比 例 。水 环 热 泵 系 统 尤 其 是 水 /水 环 热 泵 处理新风的水环热泵空调系统，锅炉能耗可减少许多。
③与风机盘管系统相比，水环热泵系统中水泵的能耗相对较大而且全年能耗变化 不大，这主要是由于水环热泵系统是定水量系统，而风机盘管系统是变水量系统。从 节 能 角 度 考 虑 ， 在 某 些 建 筑 中 选 用 水 /水 环 热 泵 处 理 新 风 的 水 环 热 泵 空 调 系 统 比 较 合 理。
水环热泵中央空调系统是以双管封闭式循环水管路将建筑物内各台水源热泵机组 有 效 地 联 接 起 来 ，热 泵 机 组 向 循 环 水 中 释 热 或 取 热 ，循 环 水 温 维 持 在 15.6～ 35℃ 的 系 统。夏季由冷却塔带走弃热，冬季由锅炉提供辅助热源。各个用户可以根据各自的需 要控制热泵机组制冷或制热，可实现四管制风机盘管系统的效果。大型建筑物一年内 有相当时间系统中的一部分机组处于制冷工况而另一部分机组处于供热工况，这时在 系统内部实现热量转移，若达到热量平衡，则既不需要启动冷却塔也不需要投入辅助 热源，是水环热泵空调系统最为理想的运行工况。