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1目录第一篇水源热泵系统介绍.....................................2一、水源热泵的历史.....................................2二、水源热泵技术简介...................................4三、水源热泵的优点.....................................7第二篇水源热泵系统初步设计................................11一、工程概况..........................................11二、设计依据..........................................11三、空调系统方案设计..................................121．空调系统冷热源方案2.冷热源及负荷3.空调方式4.水源水取水方案及水源水再利用四、水源热泵方案可行性分析............................16第三篇运行费用比较分析....................................63一、水源水泵运行费用分析..............................63二、水源热泵系统对环境的影响.........................64三、方案比较（与集中式水源热泵方案）..................64四、建议..............................................71第四篇初步设计图.........................................722第一篇水源热泵系统介绍一、水源热泵的历史当今社会，环境污染和能源危机已成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已成为全人类的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而热泵系统正是满足这些要求的新兴中央空调。水源热泵的历史可以追朔到1912年瑞士的一个专利，而世界上第一台的水源热泵于1938在瑞士投入运行，但水源热泵真正意义的商业应用也只有近十几年的历史。如美国，截止1985年全国共有14000台水源热泵，而1997年就安装了45000台，到目前为止已安装了400000台，而且每年以10％的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中水源热泵系统已占空调总保有量的19％，其中新建筑中占30％。美国计划到2001年起达到每年安装40万台水源热泵的目标。与美国的水源热泵快速发展一样，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、意大利、德国等国家的水源热泵应用发展更快。1999年的统计表明，在家用供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96％，奥地利为38％，丹麦为27％，水源热泵在这些国家得到了广泛的应用。我国的水源热泵事业近几年刚刚起步，但发展势头良好。清华大学、天津大学分别与有关企业结成产学研联合体开发出中国品牌的地源热泵系统，已建成数个示范工程，越来越多的中国用户开始熟悉热泵，并对其应用产生了浓厚的兴趣，可以预计中国的热泵市场前景广阔。之所以对中国的热泵市场发展前景持乐观态度，一方面是要节约常规能源、充分利用可再生能源的国内外大趋势；另一方面，我国具有较好的热泵科研与应用的基础，早3在50年代，天津大学热能研究所吕灿仁教授就开展了我国热泵的最早研究，1965年研制成功国内第一台水冷式热泵空调机。重庆建筑大学、天津商学院等单位对地下埋盘管的地源热泵也进行了多年的研究。在中国科学院广州能源研究所等单位还多次召开全国性的有关热泵技术发展与应用的专题研讨会。我们有理由相信，在充分学习借鉴国外先进技术和运行经验的基础上，在各级政府的有力支持下，中国的科技界与企业界携手共进，依靠自己的力量完全有能力在不长的时间内开拓出具有中国特色的地源热泵产业。正如水能够通过水泵能从低处向高处流动一样，热泵系统就是能够把能量从温度低（低品位能量）传递到温度高（高品位能量）的设备系统。它是以花费一部分高质能为代价，从自然环境中获取能量，并连同所花费的高质能一起向用户供热，从而有效地利用了低水平的热能。在制冷模式时，高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器，向水中排放热量而冷却成高压液体，并使水温升高。到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，同时吸收空气的（水）的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。在供热模式时，高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体，到热膨胀阀进行节流膨胀成低压液体进入蒸发器器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不已。此时，供热环境需要的热水在冷凝器中获得。热泵系统是一种高效、节能、节资、冷暖两用、运行灵活且无污染的新型中央空调系统。它利用空气、地表水、地下水、工业废水及地下常温土壤资源，借助压缩机系统，完成制冷（制热）。它无须任何人工资源，彻底取代了锅炉4或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。它不向外界排放任何废气、废水、废渣，使人们远离粉尘、废气和霉菌，是一种理想“绿色技术”。目前我国利用较多的是水源热泵，就是以地下水作为冷热“源体”，在冬季利用热泵吸收其热量向建筑物供暖，在夏季热泵将吸收到的热量向其排放、实现对建筑物供冷。传统的暖通空调系统需要很多辅助系统或设备来完成一个完整的暖通空调功能，如冷却塔。而水源热泵系统只是通过与地下水的热交换来完成制冷或制热的效果。只应用一个硬件系统，通过在不同季节进行冷凝器和蒸发器的转换，就可以完成制冷与制热功能的转换。二、水源热泵技术简介1、技术说明及背景综述社会发展至今天，环境污染和能源危机成为威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，是全人类共同面临的课题。在这种背景下，以环保和节能为主要特征的绿色建筑及相应的空调系统应运而生，而水源热泵（地温空调）系统正是满足这些要求的新兴中央空调。在热泵产品中水源热泵因为具有较高的能效比、稳定的运行工况、较少的运行费用和初期投资、便于管理等优点受到世界各国的重视。水源热泵（地温空调）1912年起源于欧洲，已发展为一种非常先进实用的技术。目前，环境保护受到国际社会的普遍重视，环保要求愈来愈严，加上有形能源（如石油、天然气）的价格日益升高，电价逐步降低等多种因素，使得人们更倾向于实用先进的技术和选用更为节能的运行方案。根据我国2000年2月18日颁布实施的《民用建筑节能管理规定》中第四条明确规定：国家鼓励建筑节能技术进步，鼓励引5进国外先进的建筑节能技术，鼓励发展太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备，空调制冷节能技术与产品。因而，在欧美得到广泛应用的地温空调技术已受到我国各界的关注及日益广泛的应用。2、水源热泵的原理：水源热泵是一种利用地下浅层地热资源（包括地下水）既可供热又可制冷的有效节能空调系统。使用水源热泵消耗1KW的能量，用户可以得到4.5-6KW以上的冷量或热量。与锅炉、电、燃料供热系统相比，锅炉供热只能将90%的电能或燃料的70-90%的热能转化为热量供用户使用。因此水源热泵比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料可节省二分之一以上的能量。由于水源热泵的热源温度全年较为稳定，在无锡地区第四系地层地下水温一般为17-35℃，其制冷系数可达3.5-6，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用仅为普通中央空调的50-60%。制热工况为例，系统原理见下图：63、水源热泵系统的组成水源中央空调系统的是由末端（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。三个系统之间靠水换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质也是水。为用户供热时，水源中央空调系统从水源中中提取低品位热能，通过电能驱动的7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）转移到水源中，以满足用户制冷需求。（1）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组成。（2）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。（3）水源水系统由水源取水装置，取水泵，水处理设备，输水管网和阀门配件等组成。（4）制冷工况可通过阀门切换来实现，即使水源水进冷凝器，蒸发器的冷冻循环水接用户系统。（反之则为制热工况）三、水源热泵的优点作为自然界的现象，正如水由高处流向低处那样，热量也总是从高温向低温，但人们可以创造机器，如把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽取到高温，所以热泵实质上是一种热量提升装置，它本身消耗一部分能量，把环境介质中储存的能量加以挖掘，提高温位进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的四分之一或更低，这也是热泵的节能特点。热泵制冷制热的原理和系统设备组成及功能是一样的，对水-水型螺杆式热泵，制冷系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成，压缩机起着压缩和输送循环介质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水源水系统水源热泵建筑物采暖或空调末端8设备。它的作用是是经节流阀流入的制冷液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，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。膨胀阀或节流阀对循环介质节流降压的作用，并调节进入蒸发器的循环介质流量。1、属可再生能源利用技术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，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。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的相对的均衡。这使得利用储存于其中的近乎无限的太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。2、高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。3、运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。94、环境效益显著水源热泵的使用电能，电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。所以节能的设备本身的污染就小。设计良好的水源热泵机组的电力消耗，与空气源热泵相比，相当于减少30％以上，与电供暖相比，相当于减少70％以上。水源热泵技术采用的制冷剂，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共质。如果结合其它节能措施节能效果会更明显，虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充注量，属自含式系统，即该装置能在工厂内事先整装密封好，因此制冷剂泄漏机率大为减少，该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。5、一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，