防护工程水环热泵空调系统的节能运行分析

谢凌云

枣庄矿业集团信诚设计研究有限责任公司 山东枣庄 277000

能源与环境是当前面临的严重问题，而能量回收技术成为解决这一问题的重要途径。作为高效节能装置，热泵通过回收与转换技术将空气、水以及土壤中的能量运用到建筑系统来降低常规能源消耗，因此对热泵的理论与技术研究已成为工程科学的前沿。水环热泵是特殊的水源热泵，它利用由水/空气热交换器组成的闭式水环路回收建筑内部余热并进行冷、热量转移与分配来满足冷、热需求。

1 系统形式

水环热泵空调系统是由数量众多、形式各异的水源热泵机组，通过一套两管制水环路并联连接的空调系统。当整个系统中有一部分房间需要供冷而另一部分房间需要供暖时，制冷模式的热泵将向水环路中排放热量；供热模式的热泵机组从水环路中吸取热量。这种排热和吸热同时在水环路中发生，从而达到有效利用房间内余热的目的。当冷热无法抵消时，会导致循环水温上升或者下降。循环水温度应维持在16℃-32℃。当温度达到上限时，开启冷却塔排热；当温度达到下限时，开启辅助热源补热。

2 空气源-水环热泵国内外现状

20世纪30年代以来，国外对热水器的研究首次投入热水泵的使用。此后，美国、前苏联、澳大利亚和欧洲对热泵了解很多。理论研究主要包括热泵的热原理、热泵的结构和系统的设计原理。在实践中，重点是大型建筑物或建筑物的加热、加热、冷却、室外或室外露天池、热增量和建筑物利用率等应用。泵在美国、日本和西欧等国家广泛使用，但其发展模式存在很大差异。美国首先开发了一种基于机组的空调加热泵，重点生产低热源空调加热冷却设备，其次开发了主要用于商业建筑的热水泵和水泵系统。由于资源较少，能源依赖度较高，日本主要面向小型气动泵。西欧自50年代初以来开展了大量的热泵研究，主要侧重于大型热泵的开发，广泛应用于集中供热或区域供热。与发达国家相比，国家热泵的应用和发展较为滞后。以二次送风热泵系统的涡旋压缩机为基础，进行了详细的研究和施工，以提高低温下加热送风的热性能。测试表明，系统能够有效地解决低温导致的温度降低和排气温度过热问题。安装聚合机器的单压缩机的部署可能会在不同的情况下造成干扰，具体取决于操作条件。但同时，机器结构是通过压缩与变换器技术相结合，在双层压缩的基础上，详细设计了双层热泵系统，以提高低温热水泵系统的性能[1]。该系统的热量通过将频率纳入基于两级压缩和低压压缩机频率增加的双压力泵系统来增加。通过两级压缩和低压压缩机频率调节提高系统热增益系数。同时，基于两级压缩降低压缩机排气温度。测试表明，它们有能力通过稳定、均匀加热、加热、应用、热泵满足寒冷气候区需要的室外需求，来加热冷[2]。

3 水环热泵空调系统的主要优点

①加热水箱集有自己的冷水源，可以独立控制，以达到用热或冷却液运行的机器数量。该系统的节能估算接近非极性转速比冷水设备，运行成本较低；水泵的配电系统在回水上装有电气-T阀，通过打开和关闭水泵来关闭。气候回归泵具有基于智能电流流量控制BA的变频控制，实现了自动控制以实现节能。②环内热损失明显低于传统空调系统。由于加热水箱系统热水循环中的水温大约等于其周围的温度恒定范围内，因此运输过程中冷却过程中的水消耗的能量远低于传统空调系统。③合适的低功耗设备。对于选择热水泵时工艺、流量和性能要求的优化规划，推荐一种合适的低功耗泵产品。此外，在选择用于优化气流、气流和性能的风扇时，小型低功耗风扇可在配电容量中实现节能和节能。④冷却塔可选配节能冷却塔。负冷却塔的入口和出口温度为28℃/32℃，而普通冷却塔的入口和出口温度通常为32℃/37℃。

4 环路水温控制模型

在对水环热泵的系统运行进行研究时，主要解决以下问题:①传统水环热泵运行模式和本文所提最佳环路水温控制运行模式相比，哪种模式更能降低系统运行能耗。②需要确定一个因子来衡量整个工程中空调系统的能耗情况，便于比较哪种运行模式更加节能。传统水环热泵控制模式：当环路中的循环水温度达到其允许最大值时，打开空调水库水泵，通过换热器降低循环水温度到规定范围内；当环路中的循环水温度达到其允许的最小值时，打开辅助热源设备，加热循环水温度到规定范围内[3]。当循环水温处于16℃-32℃时，水环热泵系统处于较节能的状态。因此，本文的循环水温度工作范围定为16℃-32℃。最佳环路水温控制模型以循环水为研究对象，利用热泵自身性质将建筑负荷转化为循环水能量。将某一时刻系统看作稳态，找出最佳循环水温。建筑负荷变化，即循环水温发生变化打破原有平衡，通过搜索算法寻找最佳水温。

5 结语

经分析得出结论：①水环热泵空调系统可以有效解决目前防护工程普遍存在的单一送风状态点无法分区调温调湿、人员舒适性差及能耗大等问题。②水环热泵空调系统能够兼顾战时使用和平时维护需求。防护工程平时维护期间，水环热泵可以将通信机房等房间的余热量转移到不使用的房间，基本无需辅助冷源就能平衡工程内部的冷热负荷。在战时使用时，大部分房间都是制冷模式，工程内冷热无法平衡，开启辅助冷源，水环热泵空调系统能够继续运行。