謝凌云

棗莊礦業(yè)集團(tuán)信誠(chéng)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 山東棗莊 277000

能源與環(huán)境是當(dāng)前面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，而能量回收技術(shù)成為解決這一問(wèn)題的重要途徑。作為高效節(jié)能裝置，熱泵通過(guò)回收與轉(zhuǎn)換技術(shù)將空氣、水以及土壤中的能量運(yùn)用到建筑系統(tǒng)來(lái)降低常規(guī)能源消耗，因此對(duì)熱泵的理論與技術(shù)研究已成為工程科學(xué)的前沿。水環(huán)熱泵是特殊的水源熱泵，它利用由水/空氣熱交換器組成的閉式水環(huán)路回收建筑內(nèi)部余熱并進(jìn)行冷、熱量轉(zhuǎn)移與分配來(lái)滿足冷、熱需求。

1 系統(tǒng)形式

水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是由數(shù)量眾多、形式各異的水源熱泵機(jī)組，通過(guò)一套兩管制水環(huán)路并聯(lián)連接的空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中有一部分房間需要供冷而另一部分房間需要供暖時(shí)，制冷模式的熱泵將向水環(huán)路中排放熱量；供熱模式的熱泵機(jī)組從水環(huán)路中吸取熱量。這種排熱和吸熱同時(shí)在水環(huán)路中發(fā)生，從而達(dá)到有效利用房間內(nèi)余熱的目的。當(dāng)冷熱無(wú)法抵消時(shí)，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水溫上升或者下降。循環(huán)水溫度應(yīng)維持在16℃-32℃。當(dāng)溫度達(dá)到上限時(shí)，開啟冷卻塔排熱；當(dāng)溫度達(dá)到下限時(shí)，開啟輔助熱源補(bǔ)熱。

2 空氣源-水環(huán)熱泵國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀(jì)30年代以來(lái)，國(guó)外對(duì)熱水器的研究首次投入熱水泵的使用。此后，美國(guó)、前蘇聯(lián)、澳大利亞和歐洲對(duì)熱泵了解很多。理論研究主要包括熱泵的熱原理、熱泵的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。在實(shí)踐中，重點(diǎn)是大型建筑物或建筑物的加熱、加熱、冷卻、室外或室外露天池、熱增量和建筑物利用率等應(yīng)用。泵在美國(guó)、日本和西歐等國(guó)家廣泛使用，但其發(fā)展模式存在很大差異。美國(guó)首先開發(fā)了一種基于機(jī)組的空調(diào)加熱泵，重點(diǎn)生產(chǎn)低熱源空調(diào)加熱冷卻設(shè)備，其次開發(fā)了主要用于商業(yè)建筑的熱水泵和水泵系統(tǒng)。由于資源較少，能源依賴度較高，日本主要面向小型氣動(dòng)泵。西歐自50年代初以來(lái)開展了大量的熱泵研究，主要側(cè)重于大型熱泵的開發(fā)，廣泛應(yīng)用于集中供熱或區(qū)域供熱。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，國(guó)家熱泵的應(yīng)用和發(fā)展較為滯后。以二次送風(fēng)熱泵系統(tǒng)的渦旋壓縮機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了詳細(xì)的研究和施工，以提高低溫下加熱送風(fēng)的熱性能。測(cè)試表明，系統(tǒng)能夠有效地解決低溫導(dǎo)致的溫度降低和排氣溫度過(guò)熱問(wèn)題。安裝聚合機(jī)器的單壓縮機(jī)的部署可能會(huì)在不同的情況下造成干擾，具體取決于操作條件。但同時(shí)，機(jī)器結(jié)構(gòu)是通過(guò)壓縮與變換器技術(shù)相結(jié)合，在雙層壓縮的基礎(chǔ)上，詳細(xì)設(shè)計(jì)了雙層熱泵系統(tǒng)，以提高低溫?zé)崴孟到y(tǒng)的性能[1]。該系統(tǒng)的熱量通過(guò)將頻率納入基于兩級(jí)壓縮和低壓壓縮機(jī)頻率增加的雙壓力泵系統(tǒng)來(lái)增加。通過(guò)兩級(jí)壓縮和低壓壓縮機(jī)頻率調(diào)節(jié)提高系統(tǒng)熱增益系數(shù)。同時(shí)，基于兩級(jí)壓縮降低壓縮機(jī)排氣溫度。測(cè)試表明，它們有能力通過(guò)穩(wěn)定、均勻加熱、加熱、應(yīng)用、熱泵滿足寒冷氣候區(qū)需要的室外需求，來(lái)加熱冷[2]。

3 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

①加熱水箱集有自己的冷水源，可以獨(dú)立控制，以達(dá)到用熱或冷卻液運(yùn)行的機(jī)器數(shù)量。該系統(tǒng)的節(jié)能估算接近非極性轉(zhuǎn)速比冷水設(shè)備，運(yùn)行成本較低；水泵的配電系統(tǒng)在回水上裝有電氣-T閥，通過(guò)打開和關(guān)閉水泵來(lái)關(guān)閉。氣候回歸泵具有基于智能電流流量控制BA的變頻控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。②環(huán)內(nèi)熱損失明顯低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。由于加熱水箱系統(tǒng)熱水循環(huán)中的水溫大約等于其周圍的溫度恒定范圍內(nèi)，因此運(yùn)輸過(guò)程中冷卻過(guò)程中的水消耗的能量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。③合適的低功耗設(shè)備。對(duì)于選擇熱水泵時(shí)工藝、流量和性能要求的優(yōu)化規(guī)劃，推薦一種合適的低功耗泵產(chǎn)品。此外，在選擇用于優(yōu)化氣流、氣流和性能的風(fēng)扇時(shí)，小型低功耗風(fēng)扇可在配電容量中實(shí)現(xiàn)節(jié)能和節(jié)能。④冷卻塔可選配節(jié)能冷卻塔。負(fù)冷卻塔的入口和出口溫度為28℃/32℃，而普通冷卻塔的入口和出口溫度通常為32℃/37℃。

4 環(huán)路水溫控制模型

在對(duì)水環(huán)熱泵的系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行研究時(shí)，主要解決以下問(wèn)題:①傳統(tǒng)水環(huán)熱泵運(yùn)行模式和本文所提最佳環(huán)路水溫控制運(yùn)行模式相比，哪種模式更能降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。②需要確定一個(gè)因子來(lái)衡量整個(gè)工程中空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況，便于比較哪種運(yùn)行模式更加節(jié)能。傳統(tǒng)水環(huán)熱泵控制模式：當(dāng)環(huán)路中的循環(huán)水溫度達(dá)到其允許最大值時(shí)，打開空調(diào)水庫(kù)水泵，通過(guò)換熱器降低循環(huán)水溫度到規(guī)定范圍內(nèi)；當(dāng)環(huán)路中的循環(huán)水溫度達(dá)到其允許的最小值時(shí)，打開輔助熱源設(shè)備，加熱循環(huán)水溫度到規(guī)定范圍內(nèi)[3]。當(dāng)循環(huán)水溫處于16℃-32℃時(shí)，水環(huán)熱泵系統(tǒng)處于較節(jié)能的狀態(tài)。因此，本文的循環(huán)水溫度工作范圍定為16℃-32℃。最佳環(huán)路水溫控制模型以循環(huán)水為研究對(duì)象，利用熱泵自身性質(zhì)將建筑負(fù)荷轉(zhuǎn)化為循環(huán)水能量。將某一時(shí)刻系統(tǒng)看作穩(wěn)態(tài)，找出最佳循環(huán)水溫。建筑負(fù)荷變化，即循環(huán)水溫發(fā)生變化打破原有平衡，通過(guò)搜索算法尋找最佳水溫。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)分析得出結(jié)論：①水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以有效解決目前防護(hù)工程普遍存在的單一送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)無(wú)法分區(qū)調(diào)溫調(diào)濕、人員舒適性差及能耗大等問(wèn)題。②水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠兼顧戰(zhàn)時(shí)使用和平時(shí)維護(hù)需求。防護(hù)工程平時(shí)維護(hù)期間，水環(huán)熱泵可以將通信機(jī)房等房間的余熱量轉(zhuǎn)移到不使用的房間，基本無(wú)需輔助冷源就能平衡工程內(nèi)部的冷熱負(fù)荷。在戰(zhàn)時(shí)使用時(shí)，大部分房間都是制冷模式，工程內(nèi)冷熱無(wú)法平衡，開啟輔助冷源，水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行。