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開(kāi)題報(bào)告表
課題名稱
800KW水源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
自選
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
專 業(yè)
熱能與動(dòng)力工程
開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)的目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排；完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素等。）
一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備
為了本課題的研究，我進(jìn)行了市場(chǎng)的調(diào)研和資料的準(zhǔn)備。市場(chǎng)方面，隨著國(guó)家節(jié)能減排的進(jìn)行，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)面臨著巨大的能源壓力。一方面，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)要保持較高速度的增長(zhǎng)，另一方面，又必須考慮環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。所以要求提高能源利用效率，要求能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。提高能源利用效率，鼓勵(lì)推廣各種節(jié)能設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要推手。2008 年5 月，我國(guó)將熱泵節(jié)能技術(shù)作為國(guó)家第一批重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣項(xiàng)目。目前，我國(guó)的水源熱泵雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，但仍存在巨大的發(fā)展空間。
二、設(shè)計(jì)目的
1. 通過(guò)對(duì)空調(diào)機(jī)組數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算，模擬設(shè)計(jì)800KW水源熱泵空調(diào)機(jī)組。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)探索提高能源利用效率，更多地利用可再生能源，減少環(huán)境污染的方法。
三、設(shè)計(jì)要求
1.設(shè)計(jì)計(jì)算：水源熱泵系統(tǒng)機(jī)組流程方案設(shè)計(jì)、水源熱泵循環(huán)熱力計(jì)算、制熱量計(jì)算、熱水量計(jì)算、冷凝器熱負(fù)荷計(jì)算、水源熱泵機(jī)組能效比計(jì)算、耗電量計(jì)算、系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)計(jì)算、冷凝器蒸發(fā)器設(shè)計(jì)計(jì)算、揚(yáng)程設(shè)計(jì)計(jì)算、輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.零部件選擇：壓縮機(jī)型號(hào)選擇、節(jié)流裝置設(shè)計(jì)選型、熱水循環(huán)泵等輔助設(shè)備選型
四、設(shè)計(jì)思路
1.利用準(zhǔn)備的調(diào)研資料理解水源熱泵機(jī)組的基本原理及設(shè)計(jì)，對(duì)課題提出設(shè)計(jì)方案。
2.對(duì)壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、制冷劑、熱力膨脹閥等部件進(jìn)行選擇。
3.對(duì)選擇后的零部件進(jìn)行熱力計(jì)算、校核，然后畫圖。
五、預(yù)期成果
1.開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文翻譯、部分上機(jī)計(jì)算、中英文摘要、設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
2.圖樣：熱泵機(jī)組系統(tǒng)流程圖、熱泵機(jī)組系統(tǒng)控制原理圖、蒸發(fā)器圖、冷凝器圖、熱泵機(jī)組總裝配圖。
六、時(shí)間安排
第 1 周：文獻(xiàn)綜述 第 2～3 周：開(kāi)題報(bào)告，英文翻譯
第 4～6 周：設(shè)計(jì)計(jì)算 第 7～9 周：零部件選擇
第10～13周：設(shè)計(jì)圖樣及繪圖 第14～15周：撰寫說(shuō)明書
第16周： 答辯
七、調(diào)研資料
[1]吳業(yè)正，厲彥忠主編.制冷與低溫裝置[M].高等教育出版社，2009
[2]張祉祐主編.制冷原理與設(shè)備[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1987
[3]張?jiān)缧?，馮霄，郁永章主編.制冷與熱泵[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1999
[4]陳汝?yáng)|主編.制冷技術(shù)與應(yīng)用[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，2005
[5]陳東，謝繼紅主編.熱泵技術(shù)及其應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006
[6]鄭賢德主編.制冷原理與裝置[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[7]曹德勝，史琳主編.制冷機(jī)使用手冊(cè)[M].冶金工業(yè)出版社，2003
[8]陳光明主編.制冷與低溫原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000
[9]王如竹等編.制冷原理與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2003
[10]黃良輔編著.電冰箱空調(diào)器零部件實(shí)用手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，1995.11
[11]時(shí)陽(yáng)主編.小型制冷與空調(diào)作業(yè)[M].北京：氣象出版社，2002
[12]時(shí)陽(yáng)等主編.冷庫(kù)設(shè)計(jì)與管理[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)出版社，2006
[13]冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50072-2001
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；
（2）X——真實(shí)課題；Y——模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師意見(jiàn)書
課題名稱
800kW水源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級(jí)
學(xué)號(hào)
序號(hào)
評(píng)審項(xiàng)目
指 標(biāo)
滿分
評(píng)分
理
文
1
工作量、
工作態(tài)度
按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，難易程度和工作量符合教學(xué)要求；遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)認(rèn)真；作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，踏實(shí)肯干；善于與他人合作。
20
20
2
調(diào)查論證
能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)和調(diào)研；能較好地寫出開(kāi)題報(bào)告；有綜合、收集和正確利用各種信息及獲取新知識(shí)的能力。
10
20
3
譯文
翻譯準(zhǔn)確，語(yǔ)句通順、流暢；譯文數(shù)量符合要求。
5
10
4
設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案，分析與技能
設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案科學(xué)合理；數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理正確；論據(jù)可靠，分析、論證充分；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工藝可行、推導(dǎo)正確或程序運(yùn)行可靠；繪圖準(zhǔn)確、符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；有必要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益分析。
40
0
5
設(shè)計(jì)說(shuō)明書論文質(zhì)量
綜述簡(jiǎn)練完整，有見(jiàn)解；立論正確，論據(jù)充分，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)合理；文理通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符合規(guī)范；圖表完備、正確。
20
40
6
創(chuàng)新
有創(chuàng)新意識(shí)，有獨(dú)特見(jiàn)解，設(shè)計(jì)（論文）有一定應(yīng)用價(jià)值。
5
10
是否同意參加答辯：
總 分
評(píng)語(yǔ)：
指導(dǎo)教師簽名：
日 期：
文獻(xiàn)綜述
題 目： 水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析
學(xué)生姓名：
專業(yè)班級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
院 系：
指導(dǎo)教師（職稱）：
完成時(shí)間：
水源熱泵在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析
摘要：從水源熱泵的工作原理出發(fā)，介紹了水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)水源熱泵節(jié)能條件進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并探討了水源熱泵設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：水源熱泵；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能
Study on Application and Analysis of Air Condition Systems with Water Source Heat Pump
Z H U pan-sheng
(Zhengzhou University Of Light Industry Henan Zhengzhou)
Abstract：Based on the working principle of water source heat pump，this paper presents the feature of air condition systems with water source heat pump，then analyzes the conditions of saving energy of the water source heat pump，and talks about the questions in design and application of water source heat pump．
Key words：water source heat pump；air condition systems；saving energy
目前熱泵已被各國(guó)公認(rèn)為是一種有利于環(huán)境保護(hù)的高效節(jié)能裝置。從世界范圍看，水源熱泵已處于成熟期，但是地下水溫度的高低仍然影響著水源熱泵的節(jié)能效果，本文從地下水源的溫度變化對(duì)熱泵節(jié)能效果的影響進(jìn)行了論述。
1 水源熱泵技術(shù)的工作原理及流程
原理：水源熱泵技術(shù)是利用地球表面淺層水，并利用熱泵原理，通過(guò)少量的電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移的一種技術(shù)。水源熱泵技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是利用水源熱泵機(jī)組代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制冷機(jī)組和鍋爐，以水為儲(chǔ)存和提取能量的基本介質(zhì),借助壓縮機(jī)系統(tǒng)，消耗少量電能，在夏季將建筑物中的熱量轉(zhuǎn)移到水源中，冬季則從水源中提取熱量，以達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的目的[1]。
圖1 水源熱泵工作流程圖
流程：水源熱泵技術(shù)的工作流程工作流程如圖1：工質(zhì)1為熱源水，工質(zhì)2為熱泵中的介質(zhì)(如R22)，工質(zhì)3為循環(huán)水，工質(zhì)1流經(jīng)熱泵時(shí)，與蒸發(fā)器中的工質(zhì)2進(jìn)行熱交換，工質(zhì)2吸收熱量后，蒸發(fā)成低壓蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)提高壓力和溫度后，進(jìn)入冷凝器凝結(jié)成液體并向工質(zhì)3放出熱量，這熱量實(shí)際上包括來(lái)自低位熱源熱量和壓縮機(jī)的功耗工質(zhì)3的熱量即可供建筑物取暖所需，工質(zhì)從冷凝器的高壓下膨脹而進(jìn)入蒸發(fā)器，再開(kāi)始新的工作循環(huán)。制冷工作流程與此相反。
2 水源熱泵的特點(diǎn)
2.1 水源熱泵屬于可再生能源利用技術(shù)[2~3]
水源熱泵是利用了地球表面或淺層水源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的空調(diào)系統(tǒng)。地球表面水源和土壤是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了47％的太陽(yáng)能量， 比人類每年利用能量的500倍還多。水源熱泵技術(shù)利用儲(chǔ)存于地表淺層近乎無(wú)限的可再生能源，為人們提供供暖空調(diào)，當(dāng)之無(wú)愧的成為可再生能源一種形式。而水源熱泵技術(shù)利用地下水以及地表水源的過(guò)程當(dāng)中，不會(huì)引起區(qū)域性的地下以及地表水污染。實(shí)際上，水源水經(jīng)過(guò)熱泵機(jī)組后，只是交換了熱量，水質(zhì)幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，經(jīng)回灌至地層或重新排人地表水體后，不會(huì)造成對(duì)于原有水源的污染?？梢哉f(shuō)水源熱泵是一種清潔能源方式。
2.2 水源熱泵屬于經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)[4]
地球表面或淺層水源的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，一般為IO℃～25℃，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調(diào)冷源。這種溫度特性使得水源熱泵的制冷系數(shù)達(dá)到4.3～5.5、制熱系數(shù)可達(dá)3.6～4.1。與鍋爐(電、燃料)供熱系統(tǒng)相比，鍋爐供熱只能將90％ 以上的電能或70％ ～90％ 的燃料內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱量，供用戶使用。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵相比，空氣源熱泵的制冷、制熱系數(shù)通常為2.2～3.0，水源熱泵方式的能量利用效率要比空氣源熱泵高出40％以上。另外，地球表面或淺層水源溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。
2.3 水源熱泵的環(huán)境效益顯著
水源熱泵的污染物排放，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少40％ 以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％ 以上，如果結(jié)合其他節(jié)能措施節(jié)能減排會(huì)更明顯。雖然也采用制冷劑，但比常規(guī)空調(diào)裝置減少25％ 的充灌量；屬自含式系統(tǒng)，即該裝置能在工廠車間內(nèi)事先整裝密封好，因此，制冷劑泄漏機(jī)率大為減少。
3 水源熱泵的節(jié)能分析
水源熱泵使用時(shí)節(jié)能與否主要與冷卻水(供冷時(shí))或熱源水(供熱時(shí))進(jìn)水溫度有關(guān)，以下就從這一方面分析水源熱泵的節(jié)能條件。為了能用一個(gè)普遍的公式來(lái)近似地表達(dá)機(jī)組性能與冷卻水(或熱源水) 進(jìn)水溫度的關(guān)系，國(guó)外有關(guān)專家在總結(jié)了水源熱泵各生產(chǎn)廠家給出的產(chǎn)品性能參數(shù)表的基礎(chǔ)上，結(jié)合美國(guó)ARI320標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定得出以下關(guān)系式
Qc=(1.21-0.0072TL)QCARI
COPc=(1.64-0.0216TL)COPCARI
QH=(0.92+0.018TL)QCARI
COPH=(0.85+0.0072TL)COPHARI
式中: QC為供冷量,W；
QCARI為ARI320標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定供冷量,W；COPc為供冷性能系數(shù)；
COPCARI為ARI320規(guī)定的供冷性能系數(shù)；
QH為供熱量,W；
COPH為供熱性能系數(shù)；
COPHARI為ARI320規(guī)定的供熱性能系數(shù)；
TL為冷卻水進(jìn)水溫度,℃。
由上述關(guān)系式表達(dá)出的機(jī)組性能變化趨勢(shì)可以繪制出水源熱泵機(jī)組冷卻水進(jìn)水水溫與機(jī)組相對(duì)性能之間的關(guān)系曲線[5]，見(jiàn)圖2、圖3。
圖2 水源熱泵供冷性能圖
圖2表明，當(dāng)水源水進(jìn)水溫度上升時(shí)，機(jī)組的供冷性能不斷下降，當(dāng)水溫上升到35℃時(shí)機(jī)組性能便下降為ARI320標(biāo)準(zhǔn)性能的10％，這時(shí)為了維持機(jī)組的性能要開(kāi)動(dòng)水系統(tǒng)中的冷卻裝置，將熱量排人大氣。
圖3 水源熱泵供熱性能圖
圖3表明，當(dāng)水源水進(jìn)水溫度下降時(shí)，機(jī)組的供熱性能不斷下降，當(dāng)水溫下降到15℃時(shí)機(jī)組性能便下降為ARI320標(biāo)準(zhǔn)性能的10％，這時(shí)為了維持機(jī)組的性能必須將加熱裝置投入使用，加熱冷卻高溫水，以補(bǔ)充熱量[6]。由此可見(jiàn)，雖說(shuō)水源熱泵有很多優(yōu)點(diǎn)，但為了節(jié)能，使用它也有一些限制條件，這就是水源熱泵水源水的溫度必須維持在15～35℃。因?yàn)楫?dāng)水溫<15 ℃供熱運(yùn)行或當(dāng)水溫>35℃供冷運(yùn)行都將使水源熱泵的初投資運(yùn)行費(fèi)用大大升高，很難達(dá)到節(jié)能的目的。
因此水源熱泵最優(yōu)的節(jié)能條件是水源溫度為15～35℃
4 水源熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)
4.1 水源熱泵的優(yōu)點(diǎn)[7~9]
4.1.1 高效節(jié)能
水源熱泵機(jī)組可利用的水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。夏季水體為18～35℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度低，所以制冷的冷凝溫度降低,使得冷卻效果好于風(fēng)冷式和冷卻塔式，機(jī)組效率提高。
4.1.2 運(yùn)行穩(wěn)定可靠
地下水溫度較恒定的特征，使得地下水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定可靠，整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用也較鍋爐一制冷機(jī)系統(tǒng)大大減少，保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。
4.1.3 一機(jī)多用，應(yīng)用范圍廣
水源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機(jī)多用，一套系統(tǒng)可以替換原來(lái)的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)。特別是對(duì)于同時(shí)有供熱和供冷要求的建筑物，水源熱泵有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。不僅節(jié)省了大量能源，而且用一套設(shè)備可以同時(shí)滿足供熱和供冷的要求，減少了設(shè)備的初投資。水源熱泵可應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、辦公樓、學(xué)校等建筑，小型的水源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。
4.1.4 靈活應(yīng)用
有的建筑物內(nèi)，特別在過(guò)渡季節(jié)，部分區(qū)域需要供冷，部分區(qū)域需要供熱，水源熱泵可以同時(shí)供冷和供熱，可以實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)冷熱量的轉(zhuǎn)移和平衡，從而系統(tǒng)少用能源。
4.1.5 便于計(jì)量和收費(fèi)，系統(tǒng)管理方便
水源熱泵的動(dòng)力由電提供，因此便于空調(diào)的計(jì)量與收費(fèi)。這對(duì)于用戶合理使用空調(diào)系統(tǒng)，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的能耗，公平、公正、公開(kāi)地?cái)偱煽眨?
調(diào)運(yùn)行管理是很有利的。
4.1.6 節(jié)約投資
水源熱泵系統(tǒng)不需設(shè)冷凍機(jī)房。不設(shè)大的通風(fēng)管道，不設(shè)大的鍋爐房和沒(méi)有冷凍水系統(tǒng)。安裝和投資費(fèi)用大大減少。水源熱泵的空調(diào)系統(tǒng)，夏季管內(nèi)冷卻水供回水設(shè)計(jì)溫度30℃ ～35℃ ，冬季供熱水溫度僅為16℃ ～21℃ ，因此，水管路系統(tǒng)可以不保溫，管路系統(tǒng)的初投資與維護(hù)費(fèi)用降低。
4.1.7 環(huán)境效益顯著
水源熱泵的使用電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發(fā)電時(shí)，消耗一次能源并導(dǎo)致污染物和二氧化碳溫室氣體的排放。所以節(jié)能的設(shè)備本身的污染就小。設(shè)計(jì)良好的水源熱泵機(jī)組的電力消耗，與空氣源熱泵相比，相當(dāng)于減少30％以上，與電供暖相比，相當(dāng)于減少70％以上。
水源熱泵技術(shù)采用的制冷劑，可以是R22或R134A、R407C和R410A等替代共質(zhì)。
水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。
4.2 水源熱泵的缺點(diǎn)
1) 制冷量較大(10kW 以上)的水源熱泵空調(diào)機(jī)組，由于機(jī)組內(nèi)壓縮機(jī)的功率大，因而噪聲較大，在設(shè)計(jì)安裝時(shí)要考慮一些降低噪聲的措施。
2) 利用新風(fēng)比較麻煩，新風(fēng)管道必須敷設(shè)到安裝[10]，水源熱泵空調(diào)機(jī)的房間，對(duì)于要求較高的房間，如空氣凈化、加濕等有要求的房間，附加措施就更為復(fù)雜。
3) 水源熱泵空調(diào)機(jī)多數(shù)為暗裝，必須同建筑和室內(nèi)裝潢相配合，機(jī)組質(zhì)量不好，會(huì)給維護(hù)帶來(lái)麻煩。
5 水源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題[11~20]
5.1 可利用的水源條件限制
水源熱泵理論上可以利用一切的水資源，其實(shí)在實(shí)際工程中，不同的水資源利用的成本差異是相當(dāng)大的。所以在不同的地區(qū)是否有合適的水源成為水源熱泵應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。目前的水源熱泵利用方式中，閉式系統(tǒng)一般成本較高。而開(kāi)式系統(tǒng)，能否尋找到合適的水源就成為使用水源熱泵的限制條件。對(duì)開(kāi)式系統(tǒng)。水源要求必須滿足一定的溫度、水量和清潔度。當(dāng)深井水的含砂量超過(guò)國(guó)家有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，為防止系統(tǒng)的堵塞及磨損應(yīng)采用除砂器進(jìn)行除砂。當(dāng)深井水含鹽量較高時(shí)，為降低深井水對(duì)機(jī)組的腐蝕，應(yīng)在深井水系統(tǒng)與水源熱泵機(jī)組之間增設(shè)鈦板換熱器。對(duì)于從地下抽水回灌的使用，必須考慮到使用地的地質(zhì)的結(jié)構(gòu)，確?？梢栽诮?jīng)濟(jì)條件下打井找到合適的水源，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)和土壤的條件[11~12]。保證用后尾水的回灌可以實(shí)現(xiàn)。
5.2 投資的經(jīng)濟(jì)性
由于受到不同地區(qū)、不同用戶及國(guó)家能源政策、燃料價(jià)格的影響，水源的基本條件的不同；一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用會(huì)隨著用戶的不同而有所不同。雖然總體來(lái)說(shuō)，水源熱泵的運(yùn)行效率較高、費(fèi)用較低。但與傳統(tǒng)的空調(diào)制冷取暖方式相比，在不同地區(qū)不同需求的條件下，水源熱泵的投資經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所不同。在中國(guó)，目前對(duì)水源。尤其是城市水源的的探測(cè)開(kāi)采技術(shù)應(yīng)當(dāng)提高。水源熱泵的應(yīng)用的前提之一就是必須了解當(dāng)?shù)氐乃吹那闆r，在水源熱泵使用的前期，必須實(shí)地對(duì)水源的狀況進(jìn)行調(diào)查，地下水量是否有水、水量是否會(huì)足夠，場(chǎng)地是否適合打井和回灌[13~14]。而探測(cè)開(kāi)采的技術(shù)的提高和費(fèi)用的降低，會(huì)推動(dòng)水源熱泵機(jī)組的更好應(yīng)用。
5.3 水源的使用政策
我國(guó)目前為了保護(hù)有限的水資源，制訂了《中華人民共和國(guó)水法》，各個(gè)城市也紛紛制訂了自己的《城市用水管理?xiàng)l理》[15]。這些政策均強(qiáng)調(diào)用水審批，用水收費(fèi)。而審批的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)類似水源熱泵技術(shù)的要求沒(méi)有規(guī)定，所以水源熱泵很容易被用水指標(biāo)所限制。即使通過(guò)了用水審批，由于有些地方將水源的抽取和排放兩次受費(fèi)，受費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)又不統(tǒng)一，所以結(jié)果可能導(dǎo)致水費(fèi)偏高，使得水源熱泵的運(yùn)行節(jié)能費(fèi)用不足增加的水費(fèi)，水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性變差。所以水源熱泵的推廣需要政府從可持續(xù)發(fā)展的角度，綜合能源環(huán)保和資源各個(gè)方面的考慮，調(diào)整水源熱泵水源使用的政策，需重新確定水源如何管理和收費(fèi)，才能促使其大規(guī)模的發(fā)展。
5.4 整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能作為一個(gè)系統(tǒng)，必須從各個(gè)方面考慮，如果水源熱泵機(jī)組可以做到利用較小的水流量提供更多的能量，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)水泵等耗能設(shè)備選型不當(dāng)或控制不當(dāng)，也會(huì)降低系統(tǒng)的節(jié)能效果。同樣，若機(jī)組提供了高的水溫，但設(shè)計(jì)的空調(diào)系統(tǒng)的末端未加以相應(yīng)的考慮。也可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的效果變差，或者使得整個(gè)系統(tǒng)的初投資增加。所以。水源熱泵的推廣應(yīng)用，需要更多的各個(gè)專業(yè)各個(gè)領(lǐng)域的人來(lái)共同努力共同配合，從政府政策、主機(jī)設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理等各個(gè)方面都來(lái)共同參與[15~16]。
5.5 噪聲控制問(wèn)題
由于機(jī)組的噪聲源除風(fēng)機(jī)之外。還有制冷壓縮機(jī)的噪聲，所以噪聲一般很大。此外，不適當(dāng)?shù)乃?、回風(fēng)管路設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生噪聲問(wèn)題。分體式機(jī)組就是把機(jī)組分為內(nèi)機(jī)和外機(jī)兩部分。內(nèi)、外機(jī)有工質(zhì)管道連接；內(nèi)機(jī)由風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)器(夏季工況)組成。外機(jī)由壓縮機(jī)和冷凝器(夏季工況)組成。選用分體式機(jī)組時(shí)，內(nèi)機(jī)置于空調(diào)房間內(nèi)，外機(jī)置于空調(diào)房間外的走道、過(guò)道等位置的吊頂內(nèi)，這樣空調(diào)房間的噪聲可以大大下降。采用整體式時(shí)，應(yīng)把機(jī)組吊裝在衛(wèi)生間或廚房?jī)?nèi)。水源熱泵的噪聲問(wèn)題是一個(gè)重要的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中一定要加以認(rèn)真考慮并按要求施工[17]。
5.6 機(jī)組的安裝問(wèn)題
水源熱泵的安裝也是較重要的問(wèn)題之一。很多水源熱泵系統(tǒng)產(chǎn)生問(wèn)題都是和不當(dāng)安裝相關(guān)的。水源熱泵機(jī)組在許多情況下是采用吊裝的型式。與常規(guī)的空調(diào)機(jī)組相比，在相同的冷熱負(fù)荷條件下。整體式水源熱泵機(jī)組的外形尺寸大，尤其是機(jī)組的高度較高。安裝在吊頂內(nèi)的機(jī)組．必須考慮此因素。此外機(jī)組的重量較重，整體式機(jī)組的重心也不一樣，這就要求吊裝時(shí)，必須注意機(jī)組的重心，使各吊架受力較均勻，且必須采用彈簧吊架[18]。
6 結(jié)語(yǔ)
水源熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品，但并不是在任何條件下都可以應(yīng)用。其制約條件是電源和水源。目前。我國(guó)電力供應(yīng)較充足，容易解決。而水源則是其主要限制條件，沒(méi)有適合可靠的水源，就不能使用水源熱泵。例如有些工程規(guī)模大，制冷或制熱負(fù)荷大，所需水源水量很多，雖然工程場(chǎng)地有一定面積，也可以鉆井，但岡水資源量不足．難以完全滿足工程負(fù)荷需要 有些工程所在場(chǎng)地下面雖然有地下水，但是由于該工程地處繁華市區(qū)，場(chǎng)地面積狹小，無(wú)處布井取水，場(chǎng)地環(huán)境條件限制了水源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用[19~20]。
水源熱泵主要的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是冬季供熱，夏季供冷，與一般的水冷機(jī)組比較沒(méi)有太多的優(yōu)點(diǎn)，故水源熱泵用在北方有供暖要求的地方才是比較合適。
本著環(huán)保節(jié)能的原則，水源熱泵應(yīng)是空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)先選擇方案，適合于大、中型集中空調(diào)之用。當(dāng)水源溫度為15～35℃時(shí)，水源熱泵運(yùn)行能達(dá)到最理想的節(jié)能狀態(tài)。水源熱泵機(jī)組在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的除砂、除鹽以及地下水回灌等問(wèn)題需要妥善處理。
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地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北京住宅區(qū)的應(yīng)用研究
文獻(xiàn)翻譯
題 目：地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)
在北京住宅區(qū)的應(yīng)用研究
學(xué)生姓名：
專業(yè)班級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
院 系：
指導(dǎo)教師（職稱）：
完成時(shí)間：
地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北京
住宅區(qū)的應(yīng)用研究
陳超 孫鳳玲 馮磊 劉明
北京科技大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程
2005年2月26日在Beijing 100022，PR China 上發(fā)表
摘要：在本文中，我們匯報(bào)一個(gè)地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在北京一幢高層公寓樓的應(yīng)用情況。外部低溫?zé)嵩床捎?4℃的水。通過(guò)對(duì)兩年實(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，筆者對(duì)該系統(tǒng)的操作和控制條件作了評(píng)估?；诠灿迷O(shè)備和末端熱泵所消耗的電能，筆者對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能特性提出了綜合性的評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：住宅建筑；實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；地下水源；水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)；能耗分析
1. 引言
近幾年地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)在中國(guó)快速發(fā)展。然而，這個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用有許多因素限制的。首先，必須要有豐富和穩(wěn)定的地下水源，這是最關(guān)鍵的先決條件。該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是和地下含水層的深度是密切相關(guān)的。此外，如何保護(hù)地下水源也是一個(gè)重要的問(wèn)題。
水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以結(jié)合許多平行的水源熱泵用一個(gè)封閉的雙管循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)水不僅是冷源冷卻方式，而且是熱源的加熱方式。用于循環(huán)水的冷/熱源是由地下水提供的，或由一個(gè)冷卻塔結(jié)合鍋爐提供的。在北京一棟公寓中采用的是水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，采用井水作為低溫?zé)嵩础?
本研究是對(duì)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的操作和控制條件進(jìn)行評(píng)估，并在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析中得到應(yīng)用。進(jìn)而，本研究對(duì)該系統(tǒng)節(jié)能能力做了綜合評(píng)價(jià)。2. 項(xiàng)目
在北京的公寓樓是由A，B，C三個(gè)塔式建筑組成的，地上最高32層，地下3層。它占地面積是14175㎡，總建筑面積87948.7㎡。公寓樓的地上部分采用地下水源水環(huán)熱泵系統(tǒng)，地下部分的空調(diào)系統(tǒng)是一種熱風(fēng)供暖系統(tǒng)。設(shè)計(jì)空調(diào)冷/熱負(fù)荷為64 / 51.8W/㎡，空調(diào)面積約70000㎡。
空調(diào)系統(tǒng)利用的地下水源來(lái)自建筑物周圍的四眼井，井深170m，井管徑500㎜。每?jī)裳劬g的距離是120m。對(duì)四眼井可開(kāi)采水層累計(jì)深度為50~160m。地下水位埋深約18~20m，每眼井設(shè)計(jì)出水流量約為200m3/h。每口井各配有一個(gè)深井泵（額定功率45KW）。井水的設(shè)計(jì)出水溫度是12~14 ℃。本次調(diào)查深井水的含砂量為1 / 10000。以下是深井水源系統(tǒng)的運(yùn)行模式。
為了保持地下水系統(tǒng)的平衡，4眼井中2抽2回灌。抽水的井和回灌的井每半年交替使用一次。井水是自然回灌的。在板式熱交換器的井水側(cè)（簡(jiǎn)稱一次側(cè)），那有三太速率恒定流泵（其中1臺(tái)是備用泵）。額定功率為45KW，最大水流量為200m3/h。這些泵也用于回灌的。在夏季，有主泵將井水放入板式熱交換器。井水的溫度是14℃和設(shè)計(jì)的上升溫度為10℃。當(dāng)儲(chǔ)水池中的水的溫度高于28℃時(shí)，水被回灌。在冬季，井水流入到熱交換板的溫度是14℃和出來(lái)時(shí)水溫下降6℃。通過(guò)的熱交換后，井水的溫度下降到8℃。然后，水回灌到井中。如果井水的溫度低于設(shè)計(jì)值，輔助的鍋爐，作為熱源的補(bǔ)充，用于添加加熱水。圖示1（a）是井水側(cè)的水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的工作原理。圖1（b）是循環(huán)水側(cè)（簡(jiǎn)稱二次側(cè)）系統(tǒng)的板熱交換器的工作原理圖。循環(huán)水系統(tǒng)是采用雙管異程系統(tǒng)，并以16層為界豎向分為兩個(gè)區(qū)域，即，高的區(qū)域和低的區(qū)域。在高區(qū)和低區(qū)的二次側(cè)，有三個(gè)恒定流速（1臺(tái)是備用泵）循環(huán)泵。其額定功率為30KW，設(shè)計(jì)流速為400m3/h。這些循環(huán)泵每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。系統(tǒng)定壓方式均采用變頻泵補(bǔ)水定壓。
基于每個(gè)公寓的面積的大小，在每個(gè)住宅公寓安裝一個(gè)或兩個(gè)水源熱泵機(jī)組。熱泵機(jī)組是由美國(guó)特靈公司制造的。水環(huán)路將小型的水 - 空氣熱泵機(jī)組并聯(lián)在一起。在夏季，循環(huán)水的溫度是18~32℃；在冬季是12~6℃。各個(gè)水源熱泵機(jī)組相互并聯(lián)，組成封閉的雙管循環(huán)回路系統(tǒng)和他們是通過(guò)板式熱交換器與地下水進(jìn)行熱交換的。
(a) 井水側(cè)
（b）二次側(cè)
圖1 地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)原理圖
3. 調(diào)查和數(shù)據(jù)收集
本次測(cè)試的時(shí)間為2002年9月至2004年2月：測(cè)量包括在一次側(cè)上的入口/出口的水的溫度（即，井水側(cè)溫度），在二次側(cè)上的進(jìn)/出水的溫度（即，空調(diào)水系統(tǒng)側(cè)），水泵的運(yùn)行狀態(tài)記錄及其水流量（板式熱交換器一次側(cè)水泵、板熱交換器二次側(cè)循環(huán)泵）和每戶的日耗電量。
·用電記錄 物業(yè)管理部門有一個(gè)手動(dòng)記錄用電量的有每天的人工抄表記錄。空調(diào)系統(tǒng)的電力消耗記錄包括兩個(gè)部分。一個(gè)是由設(shè)備所消耗的電力，其中包括電梯、非空調(diào)用水泵及其他的電氣設(shè)備、地下水源用于深井水泵、一次側(cè)水泵和二次側(cè)在空調(diào)用于循環(huán)水泵等設(shè)備的電力消耗。另一種是每戶每一天的總用電量記錄，由每間公寓的電表直接讀取，它包括每戶的照明、家電產(chǎn)品、個(gè)人計(jì)算機(jī)、通風(fēng)換氣設(shè)備和水源熱泵機(jī)組等在內(nèi)的消費(fèi)總電量的記錄，物業(yè)管理部門在這個(gè)消費(fèi)記錄的基礎(chǔ)上向用戶收取的電費(fèi)。
·系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄 系統(tǒng)中個(gè)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄，采用了美國(guó)TRANE公司開(kāi)發(fā)的智能建筑自控軟件TRACER SUMMIT5.01對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行即時(shí)記錄。通過(guò)軟件檢測(cè)的數(shù)據(jù)，包括板式熱交換板一次側(cè)上的入口/出口的水溫度、二次側(cè)上入口/出口的水溫、室外空氣的溫度、深井泵、一次泵和二次循環(huán)泵關(guān)閉打開(kāi)的狀態(tài)及故障報(bào)警等。本次調(diào)查每15分鐘記錄一次數(shù)據(jù)。
·在處理數(shù)據(jù)的過(guò)程中，對(duì)一些明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。
4. 系統(tǒng)運(yùn)行的基本情況
⒋1. 深井水泵
深井水泵的開(kāi)停運(yùn)行是根據(jù)調(diào)節(jié)池的水位控制的。根據(jù)設(shè)計(jì)，在調(diào)節(jié)池中設(shè)置5個(gè)水位控制點(diǎn)，用來(lái)控制泵開(kāi) - 關(guān)順序，操作運(yùn)行模式和聲光報(bào)警水位。該系統(tǒng)自2000年12月運(yùn)行以來(lái)，深井水泵系統(tǒng)一直正常運(yùn)行。
⒋2. 井水的溫度和在主側(cè)的溫度差
根據(jù)2003年2月25日至15日井水的溫度記錄；2003年4月，井水的溫度約為16℃，出現(xiàn)小幅波動(dòng)，而每天平均的溫度卻有大幅波動(dòng)（Δtw=-6~19℃）?；毓嗟木疁囟仍?2~16℃之間波動(dòng)，井水的最高溫度下降約4℃（
Δt1= 4℃）。2003年6月1日至2003年8月31日，根據(jù)調(diào)節(jié)水池中井水的溫度記錄，井水溫度在21~22℃之間波動(dòng)。通過(guò)板熱交換器使井水的回灌溫度穩(wěn)定在約27.5℃。井水的溫度下降為約5℃（Δt1= 5℃）。由于該系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行時(shí)，深井泵沒(méi)有被頻繁使用，然而沉降比超過(guò)90％。2003年，深井水泵在夏天的工作頻率低于冬季的。井水的系統(tǒng)所提供的熱負(fù)荷，能夠完全滿足大樓的空調(diào)負(fù)荷的要求，所以一次側(cè)設(shè)置的備用熱源設(shè)使用使用頻率很小。當(dāng)室外空氣的溫度是如此之低時(shí)一次側(cè)的水加熱，二次側(cè)的在設(shè)計(jì)時(shí)水的溫度也低。在一般情況下，在回灌井一般每15天回?fù)P1次，每次15分鐘。
⒋3. 二次側(cè)水溫差
根據(jù)2003年2月25日至4月15日的數(shù)據(jù)記錄，二次側(cè)水流進(jìn)板式熱交換器的溫度在9~10℃之間波動(dòng)，二次側(cè)的水流出的板式熱交換器的溫度約為11℃。二次側(cè)循環(huán)水的實(shí)際溫度（11~9℃）是小于的設(shè)計(jì)參數(shù)溫度（12~6℃）。此外，根據(jù)從2003年6月1日至8月31日的數(shù)據(jù)記錄，二次側(cè)水流進(jìn)板式熱交換器的溫度在27~28℃之間波動(dòng)，二次側(cè)的水流出的板式熱交換器的溫度（ ）約為25℃。
在表1中顯示出一次（井水側(cè)）側(cè)進(jìn)/出水溫度（ ）和二次（空調(diào)水系統(tǒng)側(cè)）側(cè)進(jìn)/出水溫度 在夏季，在調(diào)節(jié)水池中的水溫是從2003年6月1日至8月31日記錄中的數(shù)據(jù)；在冬季，井水溫度數(shù)據(jù)是從2003年2月25日至4月15日實(shí)測(cè)記錄的。從表中我們可以看到，在實(shí)際運(yùn)行工況和設(shè)計(jì)工況是完全不同。實(shí)際運(yùn)行工況的入口/出口的溫度差是小于設(shè)計(jì)工況。這會(huì)導(dǎo)致在系統(tǒng)的熱交換效率降低。
根據(jù)設(shè)計(jì)，在換熱器二次側(cè)上的4臺(tái)循環(huán)水泵是定流量泵。其額定功率為30KW。每個(gè)消費(fèi)者的末端水源熱泵機(jī)組水管道上，應(yīng)該有一個(gè)電磁閥和平衡閥。然而，他們?cè)趯?shí)際施工中被省略，因?yàn)樗礋岜脵C(jī)組需要最小的流率來(lái)避免水結(jié)冰，以及在管道的熱泵機(jī)組上沒(méi)有聯(lián)鎖的流量開(kāi)關(guān)。因此，四個(gè)次級(jí)泵運(yùn)行與周圍滿負(fù)荷的時(shí)鐘，無(wú)論有多少個(gè)末端水源熱泵運(yùn)行。這被認(rèn)為是導(dǎo)致水溫差（Δt2）較小最重要的原因的之一。
根據(jù)在冬季記錄，進(jìn)/出水溫有時(shí)超出控制溫度范圍。這可能是由于一次泵設(shè)置的負(fù)載不合邏輯。
⒋4. 水泵開(kāi)啟頻率
圖2顯示出了從2002年11月至2004年1月各類水泵的月啟動(dòng)頻率的變化?？照{(diào)系統(tǒng)在過(guò)渡季節(jié)，在春夏從4月16日至5月29日和秋冬從9月10日至10月28日沒(méi)有運(yùn)行。從圖2可以看出，，最大運(yùn)行時(shí)間1＃深井泵和1＃主泵，每月不超過(guò)2000次。每月2＃泵的運(yùn)行時(shí)間更短。在冷卻階段（夏季），2＃一次泵的運(yùn)行時(shí)間比冬季短。盡管，大多數(shù)居民已搬進(jìn)了樓房，但兩個(gè)深井水泵同時(shí)運(yùn)行頻率是非常低的，一次泵也是同樣的。另外，在冬季深井泵和一次泵的運(yùn)行次數(shù)是基本上是一致的，但是，在夏天，深井泵的運(yùn)行頻率是小于的一次泵。作者認(rèn)為，夏季和冬季之間的差異主要是由于2003年夏天涼爽。而且這種差異直接反映在了水泵能耗上（圖2）。
圖 2 各類空調(diào)系統(tǒng)用水泵供暖、冷氣的月開(kāi)啟次數(shù)
5. 確定的空調(diào)系統(tǒng)中的電力設(shè)備耗電量的推算方法
空調(diào)系統(tǒng)中分析能量消耗最困難的問(wèn)題是專門針對(duì)空調(diào)設(shè)備運(yùn)行耗電量的記錄很少。
對(duì)于水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)，作者提出了一種方法來(lái)推算的空調(diào)系統(tǒng)的耗電量。這種方法的基本思想是將整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)電力消耗分為兩部分：一部分是由空調(diào)系統(tǒng)中公共使用的部分所消耗的電能，即，深井泵、一次泵和二次循環(huán)泵等的耗電量；另一部分是每戶使用水源熱泵機(jī)組所消耗的電力。
⒌⒈ 公共使用空調(diào)系統(tǒng)中電力設(shè)備所消耗的電力
電力設(shè)備包括深井水泵，一次泵和二次循環(huán)泵。對(duì)于定流量泵，其工作電壓為380 V和工作電流波動(dòng)比較小時(shí)，只要知道水泵的運(yùn)行時(shí)間，即根據(jù)TRACER SUMMIT5.02的空調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行記錄的數(shù)據(jù)，根據(jù)這些參數(shù)用方程式（1），可以計(jì)算出耗電量每臺(tái)泵的小時(shí)耗電量、日耗電量、月耗電量、年耗電量。
（1）
其中：W 是公眾使用的某一天空調(diào)系統(tǒng)計(jì)算出的電力消耗，KW/d；
I 是在公共場(chǎng)合使用的空調(diào)系統(tǒng)的工作電流，A；
U 為工作電壓，V；
COSθ 是功率因數(shù)；
t是在公共場(chǎng)合使用空調(diào)系統(tǒng)的操作時(shí)間，h；
1000 轉(zhuǎn)換常數(shù)。
⒌⒉ 末端水源熱泵機(jī)組消耗的電力
雖然，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)中記錄了用戶每天的電力消耗，其中包括照明，家電，個(gè)人計(jì)算機(jī)，通風(fēng)換氣裝置和水源熱泵機(jī)組等在內(nèi)的每戶每天日常用電量的總和。通過(guò)分析用電量的組成，它可以被分成的不變動(dòng)的電力消耗和變化部分的電力消耗。在圖3，顯示某戶2002年9月至2004年2月總用電量的余額變動(dòng)實(shí)測(cè)值。從這個(gè)圖中，我們可以看到，當(dāng)空調(diào)停止運(yùn)行時(shí)，電力消費(fèi)量是比較穩(wěn)定的（實(shí)線以下部分）。而這種用電量被稱為不變動(dòng)部分的耗電量。然而，在空調(diào)運(yùn)行時(shí)間段有一個(gè)明顯的變化過(guò)程。日常用電高峰發(fā)生在冬季最冷或夏季最熱的月份。這種用電量被稱為變化部分的耗電量。因此，我們可以推算出末端水源熱泵機(jī)組消耗的電力通過(guò)公式：
（2）
其中 ，某戶的日?？偤碾娏浚琄W/d；
，日常不變動(dòng)的電力消耗，KW/d；
，日常變化的電力消耗，KW/d。
圖 3 某住戶日消費(fèi)總電量的月變動(dòng)實(shí)測(cè)值
在公寓的空調(diào)系統(tǒng)停止運(yùn)行過(guò)渡季節(jié)，即每年的春季和夏季4月16日至5月19日，秋季和冬季是9月25日至10月17日。在這些過(guò)渡期間，所有的空調(diào)水泵和每戶的熱泵機(jī)組均停止運(yùn)行。因此，只記錄了普通家電所消耗的電力。這是作為在這期間每天不變的電力消費(fèi)。通過(guò)方程式（3）可以計(jì)算出每戶熱泵機(jī)組某天的電力消耗。
（3）
其中：是某戶的熱泵機(jī)組某天的電力消費(fèi)，KW/d；
W`是某戶的熱泵機(jī)組某天的總電力消耗，KW/d；
W1是相關(guān)影響因素考慮在內(nèi)之后不可改變的部分的電力消耗，KW/d。
⒍ 空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗分析
對(duì)該空調(diào)系統(tǒng)2002年9月2004年2月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果如下所示。
⒍⒈ 公共使用的電力設(shè)備的能源消耗分析
數(shù)據(jù)取自從2002年11月至2004年2月的（見(jiàn)表2）。深井泵的耗電量，在冬季是在夏季的兩倍左右。這可能與2003年的冷夏有一定的關(guān)系。一次泵的耗電量在冬季比夏季多一點(diǎn)。然而，二次泵耗電量在冬天和夏季是相同的。這是因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該泵要全天維持恒定的流速。這部分的消耗是各類泵整體消耗三分之二。無(wú)論是在加熱和冷卻期間，每類泵的每月的電力消耗示于圖4中。
圖4各類空調(diào)系統(tǒng)用水泵供暖、供冷期的月消費(fèi)量
⒍⒉ 末端水源熱泵機(jī)組的能耗分析
該住宅公寓的A，B，C三座有塔式建筑內(nèi)共有住戶368戶。根據(jù)面積大小分為大，中，小三類戶型。小戶型（60~90㎡）的有72套，248套中戶型（120~160㎡）和48套大戶型（245㎡）。更重要的是，小戶型和中等戶型每戶設(shè)置1臺(tái)熱泵機(jī)組，但有兩個(gè)熱泵機(jī)組安裝在大戶型公寓。
在2003年4月16日至5月29日和 9月25日至10月17日作者調(diào)查每天每個(gè)消費(fèi)者的電力消耗。在這兩個(gè)過(guò)渡季節(jié)，空調(diào)系統(tǒng)停運(yùn)。我們的數(shù)據(jù)處理的方法（第5.2節(jié)中所示），用于計(jì)算由末端水源熱泵機(jī)組消耗的電力。然后，在空調(diào)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)，我們分析出了各類戶型單位建筑面積不變部分的日耗電量，如表3所示?？梢缘贸鼋Y(jié)論，一個(gè)大戶型用戶所消費(fèi)的不變的耗電量只有小戶型或中戶型的約三分之二。
同理，各類戶型單位面積變動(dòng)部分所消耗的日平均耗電量用公式（3）計(jì)算，即空調(diào)的電力消耗，如表4中所示。結(jié)果和表3相似，即，中小戶型的空調(diào)耗電量相近，而大戶型的單位面積耗電量低于前兩種的（在夏季是前者的70﹪~80﹪，在冬季大約是前者的50﹪）。在表3和表4中表明，即在冬季（包括12月和1月），小戶型和中戶型的空調(diào)日耗電量占總耗電量的75﹪左右：特別是，由一個(gè)大戶型的空調(diào)日耗電量占總耗電量70﹪。而各類戶型在夏天（包括7月和8月）的空調(diào)日平均耗電量則與非空調(diào)的用電量接近。
從2002年10月至2004年1月實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，獲得了各住戶的日耗電總量記錄以及空調(diào)用水泵的運(yùn)行工況。根據(jù)上面提到的推算方法，在空調(diào)系統(tǒng)中的公共使用部分和末端部分月耗電量（在圖5中所示）是被推算出來(lái)的。由圖5可見(jiàn)，我們知道在冬季和夏季空調(diào)系統(tǒng)公共設(shè)備的使用月消耗電量之間沒(méi)有明顯的差異，這是因?yàn)槟芎谋壤艽蟮目照{(diào)用二次循環(huán)水泵24h連續(xù)運(yùn)行。此外，二次循環(huán)水泵的操作模式?jīng)]有受到室外氣候的變化影響。然而，對(duì)于不同的季節(jié)，空調(diào)末端部分月耗電量隨季節(jié)不同差異很大。另外，在2003年和2004年的冬季，在同一個(gè)月中空調(diào)的末端部分得耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同月公共使用的部分。而在2003年夏季（即，冷夏），相同月份在這兩個(gè)部分之間沒(méi)有明顯的差異。這個(gè)結(jié)果從另一方面也反映了空調(diào)系統(tǒng)性能系數(shù)（COP）的高低?？照{(diào)系統(tǒng)的能好的高峰期總是出現(xiàn)在冬天1月和2月和夏天的7月和8月。
圖5空調(diào)共用部分和末端部分供暖、冷期的月消費(fèi)電量的推算值
⒎ 經(jīng)濟(jì)分析
根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備公共使用部分和各戶末端水源熱泵機(jī)組耗電量的推算方法，然后分析結(jié)果?？赏扑愠鲈摽照{(diào)系統(tǒng)供暖供冷期的空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用（表5）。其中，在冬季的供暖是從11月1日至次年2月28日，在夏季的供冷是6月16日至9月15日，電價(jià)為每千瓦時(shí)0.44元計(jì)算。
如表5中所示，如果在冬季供暖期按4個(gè)月和夏季供冷期按3個(gè)月考慮，空調(diào)末端設(shè)備的經(jīng)營(yíng)成本冬季會(huì)比夏季要高得多。在2003年，中，小戶型用于供暖和用于供冷的成本之比高達(dá)4，大戶型也達(dá)到了2.6。這可能與在2003年的冷夏有關(guān)。通過(guò)與末端部分比較，公共使用的部分用于供暖支付的成本和用于供冷的成本差別則要小得多。這是因?yàn)樵诠彩褂玫牟糠郑?，?duì)于深井泵，一次泵和二次循環(huán)水泵）的能耗中，二次循環(huán)水泵占的能耗比例最大。
⒏ 結(jié)論
通過(guò)對(duì)北京的一座公寓樓地下水源水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)兩年多來(lái)運(yùn)行情況的跟蹤調(diào)查。 得出以下結(jié)論：
·塔型住宅建筑，水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有有許多優(yōu)點(diǎn)，如靈活性，而且易于每一位消費(fèi)者控制。與中央空調(diào)系統(tǒng)相比較該系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)，更節(jié)能，該系統(tǒng)需要一個(gè)冷熱源。
·在這個(gè)系統(tǒng)中，然而，根據(jù)水源熱泵機(jī)組末端負(fù)載的實(shí)際運(yùn)行，二次泵系統(tǒng)的不能改變流量。其結(jié)果是，在公共使用部分的水泵的能量消耗和操作成本都會(huì)增加。
·在這個(gè)系統(tǒng)，井側(cè)水系統(tǒng)和末端側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)之間加入了一個(gè)板式熱交換器。這可以防止末端水源熱泵機(jī)組被井水腐蝕。但是，當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)的板熱交換器時(shí)，更多的關(guān)注應(yīng)進(jìn)出水溫差之間的關(guān)系，以保證熱交換可以有效地工作的。
鳴謝：
衷心的感謝北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究基金會(huì)的大力支持。
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