2023年7月11日发(作者：)

水环热泵空调系统的应用及存在问题探讨　查　焱　（中铁西南科学研究院，四川成都６１００３１）　【摘要】　文章介绍了水环热泵空调系统的原理、特点，分析了水环热泵空调系统的应用场所，针对应　用中存在问题，介绍了建筑余热不足、制冷经济性、噪声问题解决办法，分析了水流管路水力平衡问题，提出　了解决办法。　【关键词】　水环热泵；　节能；　应用　【中图分类号】ＴＵ８３１．３　５　【文献标识码】Ｂ　所谓的水环热泵空调系统是指小型的水／空气热泵机组　（３）水环热泵系统具有灵活性，可同时实现不同用户的　的一种应用方式。即用水环路将小型的水／空气热泵机组并　要求，分户计量，根据需要分期安装，节省一次投资，节约建　联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特点的热　筑空间，运营管理费用低。　泵供暖、供冷的空调系统。该系统一方面具有热回收功能，　（４）具有回收建筑内余热的功能，节省能耗，减少环境　提高了建筑物内部能源利用系数；另一方面该系统可以同时　污染。　解决建筑物的空调热源问题，节省了机房面积，并可以分户　（５）设计方案简单，安装方便，缩短工程时间。　使用，独立运行管理，给业主和用户带来了极大的方便，节约　（６）小型的　空气热泵机组的性能系数低于大型的冷　了大量的能源。基于上述优点，水环热泵系统自２０世纪６ｏ　水机组。一般小型的水空气热泵机组制冷能效比ＥＥＲ在　年代在美国出现至今，经过３Ｏ年的不断改进和发展，技术Ｅｔ　２．７６～４．１６之间，供热性能系数ＣＯＰ值在３．３～５．０之间。　趋成熟。自２０世纪８０年代以来，西方国家鼓励应用此系　而螺杆式冷水机组制冷系数一般为４．８８～５．２５，有的可高达　统，２０世纪９０年代初国内开始起步。对该系统运行能耗的　５．４５—５．７４。离心式冷水机组一般为５．００～５．８８，有的可高　静态分析表明，该系统在我国大多数城市应用有显著的节能　达６．６７。　效果，尤以长江流域节能效果更好。　（７）水环热泵的运行噪声较高。采用旋转式压缩机的水　１水环热泵空调系统的原理及特点　空气热泵机组一般在４０～４２　ｄＢ（Ａ），全封闭活塞式压缩机　１．１　水环热泵空调系统的工作原理　的水空气热泵机组一般在４５—４７　ｄＢ（Ａ），若采用分体式水　水环热泵空调系统的基本工作原理是：在　空气热泵　空气热泵机组并采用有效的消声减震技术措施时其噪声可　机组制热时，以水循环环路中的水为加热热源；机组制冷时，　控制在３５　ｄＢ（Ａ）以内。　则以水为排热热源。在同一个水环热泵空调系统中，有的热　２水环热泵空调系统的应用　泵机组在制热运行，有的热泵机组在制冷运行。制热运行的　２．１　写字楼、公寓建筑中的应用　机组从循环水中吸收热量；制冷运行的机组向循环水排放热　此类房间当采用传统中央空调，其运行费用较大，存在　量。当热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基　按面积公摊费用。其上下班时间不同以及个别房间深夜加　本相等时，循环环路中的水才能维持在一定温度范围内，此　班等，空调主机开机时间不同，可能因少数房间使用，而花费　时系统高效运行。而当水环热泵空调系统中制热运行的吸　较大费用，管理不便。采用水环热泵空调系统，此类建筑物　热量小于制冷运行的放热量时，循环水路的水温度升高，到　每个租户自行安装电表，发生故障时不影响其他租户，不会　一定程度时利用冷却塔放出热量；反之循环环路的水温度降　因少数几户开机而使中央主机开机，仅冷却系统开启。由于　低，到一定程度时需要通过辅助加热设备吸收热量。　没有制冷机房，节省建筑面积。可先安装水系统，待房屋出　１．２水环热泵空调系统的特点　租后再安装主机，可分别计费并节省一次投资。　（１）水环热泵空调系统由于没有冷水机组，不再需要制　２．２商业建筑中的应用　冷机房。节省了宝贵的主机占地面积，使成本得到有效　现代商业建筑体量越来越大，有许多功能混杂其间，面　控制。　积大小不同，甚至有小的出租户，有的夜间营业，有的白天营　（２）水环路是双管系统但同四管制风机盘管系统一样可　业；不同功能房间其冷热负荷不同且差异较大。采用传统中　同时供冷供热，每个房间的用户可以根据室外温度的变化和　央空调系统会出现有的区域需制冷，有的需采暖，不好平衡；　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，而不会影响到其他房间的温度。与昂贵的　［定稿日期］２０１２—０４—０５　四管制相比，更节省了管道系统的初投资。　［作者简介］查焱（１９７２～），男，大学本科。　四川建筑第３２卷３期２０１２．０６　２５９　同时其费用公摊等方式将出现很多管理矛盾。采用水环热　泵空调系统，优化设计，将较好的解决此类问题。　２．３宾馆酒店建筑中的应用　机组可由旅客个人进行控制，避免中央主机全部开机，　系统。对于固定的或大量的冷负荷场所选用大型冷水机组　进行全年供冷，而对于既有冷负荷又有热负荷的周边区，设　置水源热泵系统夏季供冷，冬季供暖。系统在冬季运行时，　大型冷水机组的冷凝热排入水环热泵的水环路中，作为周边　区小型　空气热泵的低温供暖源，保持了水热泵空调系统　初投资运行费用和维修费用均较低。同时在过渡季节，不同　客人对室内环境有不同要求，有的需要制冷，而有的需要采　暖，一般非高级酒店，在不采用四管制的情况下，不能解决此　类问题，当采用水环热泵空调系统时，可随意进行房间里的　供暖或供冷的调节，满足客人的不同需求。　２．４　医院建筑中的应用　回收建筑物内余热的基本特点，从而节省了周边区供暖的高　位能。同样，在建筑物内区设置单元式空调机组（水冷），向　内区供冷，而周边区设置　空气热泵机组，向周边区供冷或　供热，也是一种值得注意的混合系统形式。　３．３管路水力平衡问题　水环热泵机组要求流量恒定，一旦水流量小于机组要　求，必然导致机组跳机，无法使用。为保证各机组流量达到　不同病人不同的环境温度要求，该系统可满足不同病房　的需求，其原理同宾馆酒店。同时由于各空调机单独设置，　不会因为用同一个主机系统造成交叉感染。因此该空调机　组适合医院等医疗系统。　要求，加大系统流量，必然导致能耗增加，不可取。如设计施　工不合理，将有一定比例机组不能顺利启动。在一公寓水环　３水环热泵空调系统存在问题探讨　３．１　建筑余热不足问题　热泵空调系统实际调试中，有６％左右的机组出现故障；在具　体分析后发现设计管路时有部分疏忽，支干管局部不合理；　施工时也有问题，管内杂物未清理干净，支管三通施工Ｔ艺　不合理，局部阻力大于设计要求。　水环热泵系统在管路与风机盘管系统有一定区别，风机　盘管在水流较小时其效果稍差，可以使用，但不会停机。设　水环热泵空调系统是余热利用的典型，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。如果建筑物的内区面积　小，建筑物的余热量也较小的情况下，则要增设锅炉，补充热　量。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，再由才（／空气热泵机组　消耗电能将其提升到高位热量向室内供暖，这本身就是不合　理的。但是写字楼、公寓、商业建筑存在大量的分散租房或　出售，开发商为便于管理，希望将空调使用费大部分放在末　端，减少主体的运行费用及其分摊的矛盾纠纷，也减少初投　计时应仔细考虑环路间水力平衡，在经济合理的前提下采用　同程系统，各分支环路不宜过大，环路问进行平衡计算，必要　时设置平衡阀。通过设备厂家的性能参数发现，设备冷量小　的阻力小，冷量大的阻力大，如果在同一管路相近位置设型　号相差比较大设备，其流量与要求的设备流量恰恰相反，实　际中如果同一千管管路中大量存在型号相差比较大设备混　合配置，必然导致大机组水流量不足几率增加。因此，水环　热泵系统设计时，在同一管路中尽量采用同一机组型号，同　时尽量设置电磁阀，当机组压缩机停机时切断水流。施工时　资费用，水环热泵空调确是比较适合的系统模式。　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、排放废水等）、土壤、空气均可作为水　环热泵空调系统的外部能源，厂矿生产废热水、冷却水亦可　作为外部补充热源。地下深井水通过抽水井、回灌井的不同　转换，即实现了所谓的“冬灌夏用”和“夏灌冬用”，利用其作　应严格施工工艺，综合管线应布置合理，减少管路弯头等。　３．４机组噪声问题　小型水／空气热泵机组安装在室内，热泵机组内部的压　缩机和风机将会成为一个很大的噪声源，处理不好就无法满　足室内环境的噪声标准要求。大型机组及整体机噪声较大，　在噪声要求较严格的场所应按厂家样本噪声值对照允许值　采取相应措施。　作低位热源，解决了我国建筑物内余热少、无法正常使用传　统的水环热泵空调系统的问题。此外，有的学者提出一种空　气／水热泵与水／空气热泵耦合双级热泵供暖系统。在寒冷　设计时应尽可能将压缩机部分放置于卫生间、走道等次　要房间，大型机组应设于专门机房或非经常使用房间内。对　于公寓、宾馆等有夜问休息房间内尽量选用分体式热泵机　组。机组安装时应设置减震胶垫，机组大于１０　ｋＷ时应采用　地区，用空气源热泵冷热水机组制备１０～２０￣Ｃ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。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。　３．２供冷中的经济性问题　预应力阻尼型弹簧减震吊架；机组下方安装隔声板，噪声要　求较严房间设隔声腔。对于风管部分应加设消声箱、消声弯　头，机组与风管采用软接连接等。实践表明，如果在工程建　设中能够正确对待噪声问题，采取合理措施，完全可以满足　室内环境噪声标准要求。　小型才（／空气热泵机组的的制冷性能系数ＣＯＰ比风冷　热泵机组要高，但小于大型冷水机组，如何提高水环热泵空　调系统在供冷中的经济性这个问题对于节能尤为重要。　该问题可在空调系统设计中采用混合系统的形式加以　４结束语　（１）水环热泵空调系统属热回收系统，应当根据各个地　解决。混合系统是指水／空气热泵机组同其它空调设备（如　冷水机组、单元柜式空调机等）共同组合而成为全新的空调　区、各个建筑物的特点，建筑物余热情况，综合分析确定是否　采用水环热泵空调系统。　（下转第２６３页）　２６０　四川建筑第３２卷３期２０１２．０６　造成加固损伤。即使在新旧结合处加固效果也没有明显的　减弱；　（２）虽然碳纤维耐腐蚀，但是由于复合材料中树脂吸收　紫外线和水蒸气其性能可能降低。由于传导率的差异，与　ＣＦＣＣ接触的金属包括钢材，二者表面会产生电解腐蚀　。　４．３对于ＣＦＲＰ的使用还缺乏长期的监测，目前该材料的　性能只是通过短期的试验得到的数据推测出来的。这与实　际使用状态下材料的性能可能会有较大的差距。　４．４　国产ＣＦＲＰ技术不成熟，需大量进口，从而提高了　ＣＦＲＰ的使用价格．一定程度上制约了ＣＦＲＰ的研究和发展。　参考文献　（５）施工过程更简便。碳纤维材料轻且柔软，施工时不　需要特定的大型机械。施工过程耗时短效率高而且施工质　量更易得到保证；　（６）碳纤维布加固比传统加固法更经济。从表面上来　看，碳纤维材料的价格与其他相比偏高。但是碳纤维布加固　的施工简便，无需专用设备和大量人力，为施工方节省部分　开支。其次，碳纤维性能稳定，能抵抗酸碱盐腐蚀从而大大　的降低了建成之后的维护费用。　４　ＣＦＲＰ在使用过程中的问题以及展望　４．１碳纤维材料的各向异性　［１］倪礼忠，陈麟．聚合物基复合材料［Ｍ］．上海：华东理工大学出　版社，２００７　（１）ＣＦＲＰ抗拉强度可达到高强钢丝的２倍，而横向抗压　强度和抗剪强度较低，ＣＦＲＰ筋剪切强度仅为其抗拉强度的　５％～２０％。ＣＦＲＰ筋的上述缺点致使其不能采用传统的锚　［２］陈忆前．超大跨径斜拉桥的结构体系［Ｄ］．同济大学，２００６：Ｂ３　—１３４　［３］李翠娟，童育强，刘明虎，等．超大跨径ＣＦＲＰ主缆悬索桥合理　固方式进行锚固，所以在很多使用过程中，反映出的问题：锚　具的性能而不是ＣＦＲＰ筋本身的强度对拉索的性能起控制　作用；　（２）弹性模量问题，通常碳纤维复合材料的弹性模量略　小于钢。对于桥梁的主要影响表现为桥梁的竖向刚度　结构体系研究［Ｊ］．中国铁道科学，２０１１，３２（１）：６３—６６　［４］臧华，刘钊，吕志涛，等．ＣＦＲＰ筋用作斜拉桥拉索的研究与应　用进展［Ｊ］．公路交通科技，２００６，２３（１０）：７０—７４　［５］苟昌焕，谢旭，高金盛，等．应用碳纤维索的大跨度斜拉桥静力　学特性分析［Ｊ］．浙江大学，２００５，３９（１）：１３７—１４２　［６］李善晓．碳纤维布在加固钢筋混凝土梁中的应用［Ｊ］．山西建　筑，２０１１，３７（１０）：４６－４７　降低　Ｊ　ｏ　４．２　ＣＦＲＰ在化学方面的问题　（１）碳纤维本身不易燃，但是ＣＦＲＰ的基底材料一般易　燃，使用时会存在安全隐患。　［７］仝海龙．浅谈碳纤维布加固技术在桥梁施工中的应用［Ｊ］．施　工技术，２０１０，３９（增刊）：５８３—５８４　（上接第２６０页）　参考文献　（２）太阳能、地下水、工业废水等与水环热泵组成的系统　是一种节能系统，使内部余热小或无余热的建筑物也可以采　用水环热泵空调系统节能，可拓宽水环热泵空调系统的应用　范围，应用前景广阔，节能潜力大。　（３）水环热泵对水流量、噪声要求较严，设计施工时应充　［１］李先瑞，朗四维．热泵的现状与展望［ｃ］／／｛暖通空调新技术》　编委会．暖通空调新技术１．北京：建筑工业出版社，１９９９：１—４　［２］姜益强，姚杨。马最良．水环热泵空调系统若干问题分析［Ｊ］．　流体机械，２００１，２９（１１）：５２—５４　［３］　陆亚俊，马最良，邹平华．暖通空调［Ｍ］．北京：建筑工业出版　社，２００２　分考虑其特点，减少、避免故障发生。只要我们合理设计、规　范安装、灵活管理，水环热泵空调系统就一定能发挥出它既　有的经济、节能、环保等优点。　［４］　姚杨，马最良．水环热泵空调系统在我国应用中应注意的几个　问题［Ｊ］．流体机械，２００２，３０（９）：５９—６ｌ　［５］邹慧明．水环热泵系统中的噪声问题［Ｊ］．暖通空调，２００５，３５　（７）：１３１—１３２　四川建筑第３２卷３期２０３２．０６　２６３