日益增長的能(neng)源(yuan)消耗和環(huan)境污染(ran)是(shi)困擾人類社(she)會的兩大難(nan)題(ti)，引(yin)起了各地(di)的重視。根據能(neng)源(yuan)熱泵(beng)(beng)(beng)組(zu)織(IEAHeatPumpCentre)和歐洲(zhou)熱泵(beng)(beng)(beng)協會(EHPA)統計的資(zi)料表明，目前歐洲(zhou)有450萬臺(tai)熱泵(beng)(beng)(beng)用(yong)(yong)于(yu)住(zhu)宅，150萬臺(tai)熱泵(beng)(beng)(beng)用(yong)(yong)于(yu)第三(san)產業，2.5-3萬臺(tai)熱泵(beng)(beng)(beng)用(yong)(yong)于(yu)工業。

EHPA的(de)(de)目標是到2010年在歐洲(zhou)至少有1500萬(wan)臺熱泵用于住(zhu)宅，這(zhe)相(xiang)當(dang)于每年節省一百TWh的(de)(de)能源和減少4000萬(wan)噸的(de)(de)CO2的(de)(de)排放。

各地(di)城市中心(xin)區域正(zheng)在逐(zhu)步禁止使用燃(ran)煤鍋爐，燃(ran)油鍋爐的(de)使用也正(zheng)在受到(dao)一定程度(du)的(de)限制，這樣(yang)就給熱泵機(ji)組的(de)應用提供了(le)巨大(da)的(de)發展(zhan)空(kong)(kong)間(jian)。熱泵機(ji)組主要(yao)分為空(kong)(kong)氣能熱泵和水(shui)(shui)源(地(di)源)熱泵，由于(yu)空(kong)(kong)氣能熱泵受環境、氣候的(de)影響較大(da)，其(qi)應用受到(dao)了(le)很大(da)程度(du)限制，而地(di)下水(shui)(shui)溫度(du)冬夏變化(hua)不大(da)，因此以地(di)下水(shui)(shui)做(zuo)冷熱源的(de)水(shui)(shui)源熱泵系統使這一問題得到(dao)了(le)解決。它以耗能少(shao)，利用可再生能源，不消(xiao)耗水(shui)(shui)資源，不污染環境，符(fu)合可持續化(hua)發展(zhan)的(de)要(yao)求等諸(zhu)多(duo)優勢受到(dao)社會各界的(de)廣(guang)泛歡迎。

水源熱泵的現狀

水(shui)(shui)源熱泵應(ying)(ying)用(yong)的(de)問題在于要結合實際情況(kuang)，提供一(yi)(yi)個穩定的(de)水(shui)(shui)源，同時(shi)要解決(jue)地(di)下水(shui)(shui)的(de)回(hui)灌(guan)(guan)(guan)問題以(yi)及冬(dong)季如何利用(yong)水(shui)(shui)中所蘊藏的(de)能量。目前此類工(gong)程的(de)應(ying)(ying)用(yong)一(yi)(yi)般(ban)采取自(zi)然(ran)回(hui)灌(guan)(guan)(guan)，由于自(zi)然(ran)回(hui)灌(guan)(guan)(guan)只(zhi)是重(zhong)力做(zuo)功，而(er)取水(shui)(shui)是動力做(zuo)功，要維持(chi)水(shui)(shui)系統(tong)的(de)平(ping)衡，確保(bao)取出的(de)水(shui)(shui)全部(bu)回(hui)灌(guan)(guan)(guan)，取水(shui)(shui)井與回(hui)灌(guan)(guan)(guan)井數比例一(yi)(yi)般(ban)采取1：2或2：3。這不僅增加投資(zi)，而(er)且在部(bu)分負荷時(shi)回(hui)灌(guan)(guan)(guan)井利用(yong)率低。

因(yin)此(ci)能否解決(jue)既要減少投資(zi)，又能節約運行(xing)費用(yong)，同時(shi)保證百分百回灌問題，將直接關系到(dao)水(shui)源熱泵的應用(yong)與(yu)發(fa)展。因(yin)此(ci)研究開發(fa)一種節水(shui)的水(shui)源熱泵機組有助于水(shui)源熱泵的應用(yong)與(yu)推(tui)廣，并且會具有很好的市(shi)場前景。

節能型水源熱泵機組(zu)

為了克服熱(re)泵工況(kuang)增(zeng)大傳熱(re)溫差所(suo)帶(dai)來(lai)的諸(zhu)多技術問題，我們在機(ji)組的結構上進行(xing)了研究與(yu)探索。其結構是(shi)機(ji)組采用(yong)兩(liang)(liang)個(ge)小型蒸發(fa)器，每個(ge)蒸發(fa)器與(yu)一臺(tai)或幾臺(tai)壓(ya)縮機(ji)及冷(leng)凝(ning)器、膨脹閥(fa)等(deng)組成各自獨立的制(zhi)(zhi)冷(leng)循環系統(tong)。兩(liang)(liang)個(ge)蒸發(fa)器的進出水(shui)管之間通(tong)過閥(fa)門控制(zhi)(zhi)來(lai)實現兩(liang)(liang)個(ge)蒸發(fa)器水(shui)系統(tong)的串聯或并聯。

夏季制冷工況運行時兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)水(shui)(shui)管之間(jian)的(de)閥(fa)門打開，空(kong)調(diao)末端系統的(de)回(hui)水(shui)(shui)分(fen)兩(liang)路(lu)同時進(jin)入兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)，在蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)出(chu)(chu)口合流(liu)(liu)后進(jin)入空(kong)調(diao)末端，也就是(shi)說冷水(shui)(shui)并(bing)聯(lian)(lian)流(liu)(liu)過兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)。系統的(de)冷量是(shi)通(tong)過兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)實現(xian)的(de)，每個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)進(jin)出(chu)(chu)口水(shui)(shui)溫(wen)都是(shi)12/7℃(進(jin)出(chu)(chu)水(shui)(shui)溫(wen)差Δt=5℃);冬季熱(re)泵工況運行時，兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)水(shui)(shui)管之間(jian)的(de)閥(fa)門關(guan)閉，作為熱(re)源的(de)地(di)下水(shui)(shui)依次(ci)流(liu)(liu)過兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)，也就是(shi)說兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)的(de)水(shui)(shui)串聯(lian)(lian)，作為熱(re)源的(de)地(di)下水(shui)(shui)通(tong)過兩(liang)個(ge)蒸(zheng)發器(qi)(qi)來實現(xian)Δt=10℃的(de)溫(wen)降。

與(yu)水(shui)并聯流(liu)(liu)(liu)過(guo)蒸(zheng)發器相比，串(chuan)聯時(shi)水(shui)流(liu)(liu)(liu)過(guo)蒸(zheng)發器的(de)流(liu)(liu)(liu)通面積減(jian)小，彌補(bu)了(le)(le)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)減(jian)小對流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)的(de)影(ying)(ying)響，這樣流(liu)(liu)(liu)經每個(ge)蒸(zheng)發器的(de)水(shui)流(liu)(liu)(liu)量(liang)、流(liu)(liu)(liu)速(su)(su)與(yu)夏(xia)季(ji)工況(kuang)運(yun)行(xing)時(shi)一致，對傳熱(re)性(xing)能的(de)影(ying)(ying)響較小，既(ji)達到了(le)(le)節約地下水(shui)的(de)目(mu)的(de)，又不影(ying)(ying)響換(huan)熱(re)性(xing)能。

以下是(shi)某單(dan)位辦(ban)公樓應(ying)用本(ben)新型節能水(shui)(shui)源(yuan)熱(re)泵機(ji)組作為冷(leng)熱(re)源(yuan)的(de)(de)設計實例：辦(ban)公樓建筑面積(ji)：4600m2，室內末(mo)端(duan)采(cai)用嵌入式風盤(pan)，經計算需要(yao)的(de)(de)冷(leng)負(fu)(fu)荷Q0=460kW，需要(yao)的(de)(de)熱(re)負(fu)(fu)荷Qh=506kW。水(shui)(shui)源(yuan)條件：單(dan)井水(shui)(shui)量(liang)50~60m3/h，水(shui)(shui)溫：夏季(ji)16℃，冬季(ji)15℃。選用四臺40HP半封(feng)活塞壓縮機(ji)，每兩臺壓縮機(ji)與(yu)一(yi)臺蒸發器、一(yi)臺冷(leng)凝器組成兩個獨立(li)的(de)(de)系統。

設計工(gong)況(kuang)：制冷(leng)工(gong)況(kuang)：蒸發(fa)器(qi)1、2水(shui)(shui)系(xi)(xi)統并(bing)聯，氟(fu)系(xi)(xi)統獨(du)立(li)，其(qi)(qi)(qi)進(jin)出水(shui)(shui)溫(wen)度(du)12/7℃，蒸發(fa)溫(wen)度(du)2℃;冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)1、2水(shui)(shui)系(xi)(xi)統并(bing)聯，氟(fu)系(xi)(xi)統獨(du)立(li)，其(qi)(qi)(qi)進(jin)出水(shui)(shui)溫(wen)度(du)16/26℃，冷(leng)凝(ning)(ning)溫(wen)度(du)31℃。制熱(re)工(gong)況(kuang)：蒸發(fa)器(qi)1、2水(shui)(shui)系(xi)(xi)統串聯，氟(fu)系(xi)(xi)統獨(du)立(li)，蒸發(fa)器(qi)1進(jin)出水(shui)(shui)溫(wen)度(du)15/9.5℃，蒸發(fa)溫(wen)度(du)5.5℃;蒸發(fa)器(qi)2進(jin)出水(shui)(shui)溫(wen)度(du)9.5/5℃，蒸發(fa)溫(wen)度(du)1℃;冷(leng)凝(ning)(ning)器(qi)1、2水(shui)(shui)系(xi)(xi)統并(bing)聯，氟(fu)系(xi)(xi)統獨(du)立(li)，其(qi)(qi)(qi)進(jin)出水(shui)(shui)溫(wen)度(du)40/45℃，冷(leng)凝(ning)(ning)溫(wen)度(du)50℃。

計算結果如下：①制冷工況(kuang)：系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)總制冷量(liang)：Q0=466kW，系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)總功(gong)率：Pi=89.5kW，系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)制冷系(xi)(xi)(xi)數：Cop=5.2，井水(shui)(水(shui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)并聯)取水(shui)量(liang)：47.2m3;②熱(re)(re)泵工況(kuang)：系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)總制熱(re)(re)量(liang)：Qk=511kW，系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)總功(gong)率：Pi=121.7kW，系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)制熱(re)(re)系(xi)(xi)(xi)數：Cop=4.2，井水(shui)(水(shui)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)串聯)取水(shui)量(liang)：34m3。經過(guo)一個冬季和夏季的(de)運(yun)行(xing)(xing)結果表明，在當地(di)水(shui)源條件下兩口井就(jiu)可以(yi)實(shi)現機組(zu)安全可靠(kao)運(yun)行(xing)(xing)，制冷及制熱(re)(re)效果可以(yi)滿足用戶的(de)要求(qiu)。減少了(le)(le)初投資和運(yun)行(xing)(xing)費用，收(shou)到了(le)(le)很好的(de)經濟(ji)效益。

采用此結(jie)構(gou)使蒸(zheng)發(fa)器的進出(chu)水無論是在(zai)(zai)制冷時(shi)的5℃溫差，還是在(zai)(zai)制熱(re)(re)時(shi)的10℃溫差，蒸(zheng)發(fa)器的換熱(re)(re)性能(neng)基(ji)本一(yi)致，也就是說(shuo)蒸(zheng)發(fa)器的換熱(re)(re)面積在(zai)(zai)冬、夏(xia)兩種工況(kuang)下得到了(le)(le)充(chong)分利用。同(tong)時(shi)熱(re)(re)泵工況(kuang)運行時(shi)，水量(liang)減少20%，系統(tong)的制熱(re)(re)量(liang)提升了(le)(le)10%左(zuo)右，Cop提升了(le)(le)7%左(zuo)右。

綜上所述(shu)，通過改進熱泵(beng)機組(zu)的(de)(de)(de)結構，改變蒸發器水(shui)(shui)系統的(de)(de)(de)串聯與(yu)并聯，既(ji)(ji)實(shi)現了(le)(le)節約地(di)下水(shui)(shui)的(de)(de)(de)取水(shui)(shui)量(liang)，減(jian)少(shao)取水(shui)(shui)井與(yu)回灌(guan)井的(de)(de)(de)數量(liang)，又合(he)理使(shi)用(yong)(yong)(yong)了(le)(le)蒸發器的(de)(de)(de)換熱面積，同時提高了(le)(le)系統的(de)(de)(de)制熱量(liang)及能效(xiao)(xiao)比。這樣既(ji)(ji)減(jian)少(shao)了(le)(le)初投(tou)資，又降低了(le)(le)運行費(fei)用(yong)(yong)(yong)，具有(you)顯著(zhu)的(de)(de)(de)經濟效(xiao)(xiao)益(yi)和(he)社會效(xiao)(xiao)益(yi)，對水(shui)(shui)源熱泵(beng)在各地(di)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)與(yu)發展將起到推動作用(yong)(yong)(yong)。