水环热泵空调系统在大型商业的应用

何金宇

[摘要]

笔者对水环热泵系统做些简单介绍，分析了大型商业内外区空调负荷，以及在内外区负荷分情况下，对该系统进行节能的探讨，展望将来该系统的广阔应用前景。

[关键词]水环热泵系统 大型商业内外区空调负荷 节能

Abstract: The author do some simple introduction of water loop heat pump system, analysis of large-scale business inside and outside the zone air conditioning load, as well as inside and outside the district load case, the system of energy saving and looking forward to the broad application prospects for the future of the system.

Key Words: water loop heat pump system, large-scale commercial inside and outside the zone air conditioning load, energy-saving

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

一 引言

能源是发展生产的物质基础，节能与环保是当代社会面临的两大难题，如今能源消耗与日俱增。尤其随着人们生活水平和生活质量的提高，制冷空调产品的广泛使用，导致建筑能耗的急剧增加。因此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。水环热泵系统是目前一个比较好的节能设备，如今在大型商业被广泛使用，前景十分广阔

二水环热泵系统的介绍

水环热泵(WLHP)空调系统是一种以回收建筑余热为目的的新型节能空调系统，它既把循环水作为散热热汇，同时又当作吸热热源，又是一种全年能够同时实现供冷和供热的两管制分散式系统。该空调系统通过一个两管制闭合水环路将一些不同型号、形式的小型水源热泵机组并联连接起来，具有在建筑物内部进行冷热量迁移的特点。对于冬季的建筑供热来说实际上是利用了建筑内部的发热量，从而减少了外部供给建筑的供热负荷，是一种节能的系统形式。

与常规中央空调系统相比较，水环热泵空调系统具有如下优点：

(1)节约能源。当建筑物中同时有供冷供热需求時，水环热泵空调系统能将稳定的建筑内部余热，如灯光设备散热、人员散热等回收并加以利用节能效果明显。与非水冷热泵机组相比，水源热泵机组具有较高的能效比。除电能以外，水环热泵空调系统还可以利用太阳能等低品质热能作为辅助热源。

(2) 无需集中机房，减少设备占用面积。水环热泵空调系统无需集中制冷机房空调机房，减少了设备占用面积；该系统所需要的风管少，降低了楼层高度；无保温的水管系统节省了保温材料费；温度控制装置集成在热泵机组中，无需另设控制中心或控制室。

(3) 可满足用户的不同需要。用户可根据不同季节或实际需要来选择供暖或供冷，且系统热效率不会受室外气温变化的影响，这在两管制风机盘管系统中是难以实现的。不受大楼中央空调系统关闭的限制，或因一两户的使用而要启动整个空调系统。

(4)有利于计量管理，可以激发用户的节能意识。传统的集中式空调系统的主要电负荷集中在冷冻机房和空调机房，系统的运行实行统一控制，空调费则分摊到每个用户。而水环热泵空调系统的用电设备——水源热泵机组分散在系统的末端，具有独立的控制装置，用户使用单独电表分别计费，不仅有利于解决用户间电费分配的矛盾，而且还起到鼓励用户自觉节约用电的作用。

(5)设计、施工简便灵活。水环热泵空调系统设计时，直接根据厂商产品样本就可方便地选用合适的水源热泵机组和构件。系统控制装置少，风管多为低压小风管，水环路配管简单，设计周期通常只有传统设计的一半。新建大楼施工时可以先安装水环路的主管和支管，水源热泵机组则视具体情况分期分批配置，为后期系统的调整提供了便利条件。对于改建工程，采用水环热泵空调系统则更为方便，可省去新建制冷机房。

(6)开机简单，故障停机影响面小。常规中央空调系统均有一个特定的开机程序，大多数系统开机时都存在气、液平衡问题，需要较长时间才能有效启动。水环热泵空调系统开机程序比较简单，末端机组均为独立控制，易于调整，能够在较短时间内完成启动和平衡。水环热泵空调系统不依赖大型中央主机，个别水源热泵机组发生故障时可以与系统隔离开，单独进行修理。

(7)蓄冷和蓄热。若某一时间段内有供冷供热的交替运行，蓄热池可以将某一时刻系统环路中多余的热量(或冷量)储存起来，供需要时使用，而不使用冷却塔排掉(或用锅炉加热)，因而降低了该时刻的冷却塔能耗(或锅炉能耗)以及后面需要的锅炉能耗(或冷却塔能耗)，还可在夜问利用低谷电力蓄冷和蓄热j大大减少了日间用电量，可减少电费开支。在夏季还可以利用晚问通风，降低环路水温，减少通过冷却塔的散热量。

三影响商场冷负荷的主要因素

在一定的气候条件下，影响商场空调负荷的因素主要包括三个方面：透过外围护结构产生的负荷、商场电器设备产生的冷负荷、人体冷负荷及新风负荷。几乎所有的设计师在负荷计算过程中都是围绕这三个方面展开的，他们的分歧也是源于这三个因素的计算过程中的误差。下面我们分别对这三个方面进行分析，以找出引起分歧的关键问题。

3．1透过外围护结构产生的负荷外围护结构主要包括外墙、外窗、外门、屋顶。透过外围护结构所产生的冷负荷包括：由外墙、外窗、外门和屋顶传热引起的冷负荷；透过外窗的日射得热形成的冷负荷。不同的建筑物体形千差万别，外围护结构采用的材料也不一样，由此判断由外围护结构引起的冷负荷也应该有所差别。然而，做过百货商场空调负荷计算的人都有同样的感觉，百货商场由围护结构引起的冷负荷占商场总负荷的比例很小，而且变化幅度不大。原因如下：

(1)大型百货商场建筑面积比较大，属大空间建筑，商场内有较大面积的内区。按商场的建筑面积计算，每平方建筑面积所分摊的围护结构面积很小。

(2)《节能规范》的出台，对建筑物的气密性、窗墙比、外围护结构的传热系数等指标都有了明确规定，大型玻璃幕墙受到了～定限制，建筑物的保温性能也有所提升，这些都在一定程度上减小了外围护结构的传热偏差。基于以上两点，尽管外围护结构的冷负荷计算过程中各种参数都不一样，但计算出来的结果却大同小异，且仅占总负荷的7％---10％左右。由此也可以认定，透过外围护结构产生的负荷的计算不是引起分歧的关键。

3．2百货商场电器设备产生的冷负荷

这里主要是灯光的散热。为保证商场的采光和广告效应，商场使用的各种照明设备较多且发热值高(如投射灯、卤素灯等)，这部分负荷是不可忽略的。但商场的灯光照度和亮度都有明确的规定，可参考《商店建筑设计规范》JGJ 48-88，电气专业在设计过程中都会遵循相关规范进行相关布置，因此这部分负荷计算相对还是比较稳定的，约占总负荷的10％～12％左右。这也不是引起分歧的主要原因。

3．3人体冷负荷及新风负荷前面已经提到了，商场是人流密集的地方，除了人

体散热产生的冷负荷之外，还要为人员提供足够的室外新风，从而造就了人员产生的负荷是商场第一大空调负荷。因此，有必要弄清楚商场的具体人员密度。

我们做负荷计算的时候，商场的人员密度是根据什么来确定，有人会说：查设计手册。不错，大部分人都是这么做的。好，现在让我们看看几本相关的设计手册。

(1)全国民用建筑工程设计技术措施《暖通空调·动力》提到：商业营业厅首层室内人数为1．O～1．2人／m2，其他层为0．5～0．8人／m2。

(2)黄绪镜编著的《百货商场空调设计》所提供的商场人员密度为：首层1．5人／mz，标准层0．5～1．0人／m2。

(3)中国建筑工业出版社出版的《简明空调设计手册》所提供的数值为：商场首层0．5～1．0人／m2，二层为0．3～0．5人／m2。

(4)《商店建筑设计规范))JGJ 48-88里面则提到，自选营业厅的面积指标可按每位顾客1．35m"计(小车选购按1．70m2计)。

通过比较我们不难发现，不同的设计手册所规定的商场人员密度具有相当大的区别。由此可以推论，不同的设计师采用了不同设计手册的数值进行计算，得出来的结果不一致是相当正常的。

四国内水环热泵空调系统的现状与展望

20世纪80年代，水环热泵空调系统进入中国，开始在深圳、上海、北京的城市的一些工程中被采用，由于其节能效果和环保效益显著，因此20世纪90年代以后，水环热泵空调系统在我国得到一定程度的推广应用。国内对于水环热泵空调系统的研究已经开展了一些工作，但相对来说研究工作还不够，对许多问题还缺乏研究解答，特别是对水环热泵空调系统的节能性与适用性研究都不够具体。有供冷、供热负荷时，系统能够在环路内实现热平衡，减少冷却塔和辅助加热能耗。寒冷地区如济南、北京、西安等地全年具有较长的供暖时间，建筑具有明显内区时，建筑内区与外部环境的换热量相对较少，内区常年需要供冷，有大量的多余热量可供建筑外区寒冷季节供暖所用，减少了供暖锅炉能耗，具有较好的节能效益。如今在大型商业中被广泛使用，前景十分广阔。

参考文献

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【2】龙惟定，范存养．上海地区实用风冷热泵冷水机组的经济性分析．暖通空调2005，

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