水源热泵中央空调系统的特点及节能原理


发布时间:

2022-02-12

水源空调系统是一种从地下水资源中提取热量的高效、节能、环保、再生的供热(冷)系统。该系统是成熟的热泵技术、暖通空调技术配套地质勘察成井技术于一体,在相对稳定的水体温度下高效、稳定、经济的运行。

  水源中央空调系统是由末端(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,水源中央空调系统将用户室内的余热通过水源中央空调主机(制冷)转移到水源水中,以满足用户制冷需求。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等组成。

  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。水源水系统由取水装置、取水泵、各种水处理设备、水源水管系统和阀门配件等组成。

  水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源,进行能量转换的冷暖空调系统。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳辐射能量,比人类每年利用能量的500倍还多(地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量),而且是一个巨大的动态能量平衡系统,地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散相对的均衡。这使得利用储存于其中的似乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说,水源热泵是利用可再生能源的一种有效途径。水源热泵有如下特点:

  (1)环保洁净

  没有燃烧过程,避免了排放任何烟尘及有害物质,社会效益显著。自由运用地表水资源,又可成功地控制地面沉降。可以利用城市已有的地热资源的弃水,既可解决热污染问题,又可进一步提高能效比,进一步节省能源。

  (2)节水省地

  省去了锅炉房,冷却塔及附属的煤场、渣场所占用的面积。

  (3)节能经济

  能源利用率为传统方式的3—4倍,1KW的电能可得到4—5KW以上的制冷或供热的能量。

  (4)灵活安全

  可以做到“一机两用”。利用地下水热泵冬季向建筑物供暖,夏季向建筑物供冷,提高了设备的利用率。机组可灵活地安置在任何地方,节约空间。系统末端亦可作多种选择。无储煤、储油罐等卫生及安全隐患。自动化程度高,无需专业人员操控。

  (5)用途广泛

  从严寒地区至热带地区均适用。在冬季不结冻地区的江、河、湖、水等均可得到有效利用。可为办公楼、宾馆、医院、饭店、超市、幼儿园、别墅、居民小区等提供中央空调系统,并可同时提供生活热水。可为纺织、化工、食品、电子等行业提供工艺冷冻水。

  (6)运行可靠

  机组的运行工况稳定,几乎不受环境温度变化的影响,即使在寒冷的冬季制热量也不会衰减,更无结霜除霜之虑了。维护简单,主机运行寿命可达25年以上。

  水源热泵运行原理

  地球表面浅层水源(如深度在500米以内的地下水、地表的河流、湖泊和海洋)吸收了太阳进入地球的辐射能量,这些水源的温度一般都十分稳定,冻土层以下温度一般稳定在15℃左右。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,夏季冷凝器冷凝温度高于30℃,由于地下水源温度15℃左右,比冷凝器内制冷剂温度低,所以可以高效地带走热量,而冬季,水源热泵机组蒸发器蒸发温度约2℃,比地下水温低,则从水源中提取能量,由热泵原理通过空气或水作为制冷剂提升温度后送到建筑物中。

  通常水源热泵水泵消耗1kw的能量,用户可以得到4kw以上的热量或冷量。水源热泵根据对水源的利用方式的不同,可以分为闭式系统和开式系统两种。闭式系统是指在水侧为一组闭式循环的换热盘管,该组盘管一般水平或垂直埋于湖水或海水中,通过与湖水或海水换热来实现能量转移(该组盘管直接埋于土壤中的系统称为土壤源热泵,也是地源热泵的一种);开式系统是指从地下或地表中抽水后经过换热器直接排放的系统。

  水源热泵无论是在制热还是制冷过程中均以水为热源和冷却介质,即用切换工质回路来实现制热和制冷的运行。然而,更为方便的是由水回路中的三通阀来完成。一般小型的水源热泵是由电动阀门自动切换的。虽然一般在水源热泵系统图中表示了水源直接进入蒸发器(制冷时为冷凝器),在某些场合,如海水、污水源的情况,为避免污染封闭的冷水系统(通常是处理过的),需间接地用一个换热器来供水;另一种方法是利用封闭回路的冷凝器水系统,即前文所述闭式系统。水作为热泵制热、制冷过程的介质,满足以下两个条件即可利用:一是水的温度在7℃~30℃之间,二是水量要充足。水源水可以是各种工业用废水、生活用水、海水、江、河水等,甚至是各种工业余热。