水源热泵机组

表中机组的设计装机容量基本满足大楼的需求。

4．风冷热泵机组由于存在在室外温度-8℃时启动困难，需增加功率为480KW的辅助电加热设备，解决在严寒情况下供暖问题。

5．水源热泵机组对水资源要求严格，需要井水温度、流量稳定。

必要时，应设臵独立换热站，把井水与机组隔离。

四、风冷热泵机组与水源热泵机组的特点
1、风冷热泵机组的特点
（1）风冷冷（热）水机组采用模块化设计，完全不必设臵备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境的实际利用率相协调。

（2）模块化机组的可靠性高，该风冷热泵机组由数个模块组成，任何模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统的合理性和可靠性。

（3）风冷模块机组可任意放臵屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔系统，不占用有效使用面积。

同时安装施工工作大为简便。

（4）由于风冷模块机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不需要专业技术人员管理维护。

（5）风冷热泵机组有不足之处，由于在室外温度-8℃时启动困难，需增加辅助电加热。

2、水源热泵机组的特点
水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。

该水源热泵机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。

由于水源热泵机组技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：
（1）环保效益显著
水源热泵机组是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。

不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。

高性能水源热泵技术研究
摘要：针对近几年在国内迅速发展的水源热泵，本文对水源热泵的工作原理和性能系数变化情况进行了分析。

同时对高性能水源热泵主机进行了研究，重点分析了制冷剂选择、压缩机形式、节流装臵、控制系统、换热器等。

关键词：水源热泵性能
1．前言
我国除南方地区天气较暖，仅需夏季供冷外，其它大部分地区都为夏热冬冷，故需夏季供冷，冬季供热。

其冷热源过去主要有以下几种形式：（1）风冷热泵(冷水机组)：一般用于长江流域地区，北方山东、河南、天津、北京、陕西地区也有应用报道。

（2）(电或溴化锂)冷水机组+锅炉（或城市热网）：由于北方地区冬季寒冷，风冷热泵仅可用于过渡季节供暖，而锅炉的使用又受到城市地区有关容量的限制，溴化锂直燃机的燃料价格随着油价的上涨，过去使用较多的燃油型溴化锂机组的使用费用较高。

故近几年来，在能够使用井水、江河水的地区，水源热泵（有厂商称为水水热泵、地源热泵）系统正日益受到青睐。

目前在东北、北京、山东、河南、湖南等地已有许多工程采用了水源热泵系统。

当前促使业主与设计单位采用这种空调系统的主要推动力是：①城市环保要求不允许设臵锅炉房与烟囱，无环境污染；②可为工程同时解决空调冷、热源问题；
③初投资费用和运行费用省；④冬季供热效率在3.2以上。

这些推动力对水源热泵较快地进入实际工程，无疑起着重要的推动作用，为打破我国空调方式与空调系统过分单调的局面，起着较好的促进作用。

水源热泵系统发展较快，市场前景良好，但也存在良莠不齐现象。

故撰写本文，试图对水源热泵系统主机技术进行分析，以利于帮助厂商、客户和设计师正确设计、选型和应用。

2．水源热泵工作原理
作为自然界的现象，热量总是从高温区流向低温区。

如同把水从低处提升到高处而采用水泵一样，采用热泵可以把热量从低温区转移到高温区。

制冷的原理和系统设备组成及功能是一样的，对蒸气压缩式热泵（制冷）系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装臵组成。

压缩机起着压缩和输送制冷剂从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵（制冷）系统的心脏；蒸发器是输出冷量的设备，它使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却介质的热量，达到制冷的目的；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功所转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的；节流装臵对制冷剂起到节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。

根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功（电能）起到补偿作用，使制冷剂不断地从低温环境中吸热，并向高温环境放热，周而往复地进行循环。

水源热泵是利用水进行冷热交换来作为热泵的冷热源，本文仅研究水-水式水源热泵。

水源热泵冬季把外界水源中的热量“取”出来，通过水源热泵制取热水供给室内采暖；夏季通过水源热泵制取冷水把室内热量取出来，释放到外界
3. 性能系数
首先考虑理想的制冷循环，系统的性能系数完全取决于冷凝温度Tc和蒸发温度Te。

供热循环的COP值比制冷循环小，冷凝温度为48 ℃时，供热性能系数约为冷凝温度
38 ℃时，制冷性能系数的88%；冷凝温度为58 ℃时，供热性能系数约为冷凝温度38 ℃时制冷性能系数的73%。

实际循环的吸气饱和温度要略低于蒸发温度，排气饱和温度要略高于冷凝温度，但仅零点几度，差异很小。

压缩机的机械损耗、压缩余隙的损耗，吸排气阀损耗、端盖部分的温度损耗和电机效率，使得压缩机的综合效率一般仅为50-68%。

这样，水源热泵实际性能系数大为降低，但实际循环COP随蒸发温度、冷凝温度变化规律和理论循环是一致的。

一些厂商宣传中夸大供热性能系数，如冷凝器热水出水温度55℃时供热性能系数为4.2-5.6，而夏季冷凝器冷却水出水温度在30-37 ℃时性能系数仅为4.1-4.6。

这种做法是有违热力学规律的，并会误导用户，最终影响水源热泵的健康发展。

4. 制冷剂
CFC制冷剂，由于其大气寿命很长且含氯量高，已不再为水源热泵选择。

水源热泵产品多使用R22或R134a，由于R22的压力比R134a高，在热水温度很高的场合，常使用R134a。

水源热泵由于冷凝温度的升高，导致冷凝压力增高，但不同的制冷剂在不同温度下的压力变化是不同的，相同温度下R134a制冷剂饱和压力低于R22制冷剂饱和压力。

使用R22制冷剂对于蒸发器和冷凝器等压力容器的设计要求将提高；使用R22制冷剂水温建议不要超过56℃。

5 .压缩机
大型水源热泵机组，往往选用半封闭螺杆式压缩机或活塞式压缩机。

活塞式压缩机性能可靠，易维护，性价比实惠。

螺杆式压缩机零部件少，结构简单，容积效率高，其夏季制冷运行季节制冷性能系数比往复压缩机高6-20%，冬季运行供热性能系数比往复压缩机提高12-20%。

对于比较寒冷、热水温度在56℃以上场合推荐使用螺杆压缩机。

另外，一台机组中采用多台压缩机，可以降低启动电流，配以一定的控制程序，可在部分负荷时轮流使用，延长压缩机使用寿命，并且部分负荷时效率比单压缩机机组要高。

即使一台压缩机出现故障，其余压缩机仍可继续工作。

6. 节流装臵
由于制冷、制热工况不同，制冷剂循环量变化大，必要时，需两个或多个热力膨胀阀以适应工况要求。

在液态管路阻力大的场合，要注意适当加大相应膨胀阀的孔量，以免出现供液不足的情况。

水源热泵的生产厂家应注意电子膨胀阀的应用研究。

就电子膨胀阀本身特性而言，它可以控制各回路的吸气压力及过热度，控制制冷剂循环量，比热力膨胀阀更为有效地适应负荷的变化，使机组部分负荷性能得到提高。

现在已有采用进口1500 分级步进电机驱动的电子膨胀阀，它可快速响应、精确控制制冷剂蒸发量维持冷水或热水温度稳定，尤其适合于水源热泵冷凝温度制冷、供热季节变化大的要求。

7．控制系统
分析水源热泵制造商的技术资料，控制系统水平参差不齐。

虽然，微电脑技术已得到普遍使用，但多数厂商的控制系统仍停留在开停机、参数显示和具有简单保护功能水平。

个别技术源自国外的合资企业产品控制系统较先进，能够根据制冷和供热运行情况，对机组冷热运行进行精确显示、控制和保护。

采用先进的控制系统将使得水源热泵能够更加高效、可靠稳定运行。

8. 其它零部件的设计和选择
冷凝器和蒸发器主要以壳管式为主，设计压力应在水源热泵最高冷凝压力以上，按照壳管式压力容器标准进行设计。

其传热管多采用内外侧强化传热管。

满液式蒸发器一般比干式蒸发器效率高，易于维护，并可以在夏季外界水源温度低、而冬季外界水源温度高时，分别将二台机组冷凝器和蒸发器进行串联，以节约水量、提高效率。

采用板式换热器的冷凝器和蒸发器已经出现，这可使机组设计得更为紧凑，但需注意解决维护简便性和换热器可靠性问题。

采用满液式蒸发器时，油分离器作为水源热泵的重要部件，分设臵在压缩机内和压缩机外两种形式。

水源热泵夏季冷凝器冷却水温度常较低，若油分离器分油效果不好，会导致压缩机缺油。

设臵在压缩机内因受空间限制，分油效果不如设臵在外部为好，但较紧凑。

外臵式油分离器常和冷凝器组合在一起，分油效果佳。

机组蒸发器和冷凝器应进行保温，以节约能源，提高机组效率。

9. 结论
作为在空调暖通领域应用热泵技术，应对水源热泵主机开展综合研究，正确选择机组的制冷剂、压缩机、节流装臵和其它合适的元器件，并设计开发先进可靠的控制系统、换热器和油分离器，以确保能够提供高效可靠的水源热泵主机，从而扩大低品位能的应用范围，为寻求暖通空调冷热源的最佳解决方案而努力。