導(dǎo)語：空調(diào)熱泵研究管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文從對(duì)于熱泵的廣義理解出發(fā)，將通常的空調(diào)制冷—以制冷為主，以及熱泵—以制熱為主的論述方式加以綜合，以空調(diào)熱泵為題，以最常見的電力驅(qū)動(dòng)蒸汽壓縮式熱泵的原理、功能、分類以及在空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用為內(nèi)容，進(jìn)行了概要的論述。文中提出了制冷與制熱綜合系數(shù)的概念，并對(duì)熱泵理論中某些學(xué)術(shù)用語表述了個(gè)人見解。

關(guān)鍵詞：熱泵大氣源水源地源性能系數(shù)能效比

1概述

眾所周知，水往低處流。而欲將水提升或傳輸時(shí)，則須依靠某種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的水泵。同樣道理，熱可以自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而欲從低溫物體傳向高溫物體，也必須依靠使用某種動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的裝置—熱泵。這也就是熱力學(xué)第二定律所闡述的：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫物體傳到高溫物體。當(dāng)熱泵在將熱由低溫物體傳至高溫物體的過程中，在低溫物體一端，由于熱的失去而產(chǎn)生制冷效應(yīng)，在高溫物體一端，則由于熱的獲得而產(chǎn)生制熱效應(yīng)。因此，熱泵工作的過程中，制冷與制熱兩種效應(yīng)是同時(shí)并存的。概括地說，就是一個(gè)過程，兩種效應(yīng)。但在實(shí)際應(yīng)用中，或用其制冷，或用其制熱，或用其輪換制冷制熱，或用其同時(shí)制冷及制熱。同時(shí)制冷及制熱除外，熱泵單獨(dú)用作制冷或制熱時(shí)，其相對(duì)的另一種效應(yīng)是不加以利用的。

長(zhǎng)期以來，熱泵的制冷功能在空調(diào)等領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，而其制熱功能的應(yīng)用則相對(duì)推遲和少了許多。原因并不復(fù)雜，天然冷源的作用十分有限，正是為了追求人工冷源，人們開發(fā)和逐漸完善了制冷機(jī)—應(yīng)用其制冷功能的熱泵。而熱卻可以通過柴草煤炭以及油氣等的燃燒很容易地獲得。不必要花費(fèi)過多的金錢去購置熱泵這種精密的設(shè)備，和交付昂貴的電費(fèi)。上世紀(jì)七十年代能源危機(jī)之后，人們開始對(duì)可以利用低品位熱能的熱泵重視起來。國內(nèi)從九十年代開始，由于第一、熱泵制造技術(shù)的引進(jìn)，使其性能提高，售價(jià)降低；第二、環(huán)保意識(shí)日漸提高；第三、電力供應(yīng)狀況的改善，用電政策發(fā)生轉(zhuǎn)變等原因，熱泵的制熱功能引起人們的關(guān)注。制冷與制熱雙功能的大氣源熱泵應(yīng)用漸多，地下水水源熱泵也開始在建筑空調(diào)甚至采暖系統(tǒng)中使用。

正所謂存在決定意識(shí)，由于長(zhǎng)期以來在空調(diào)領(lǐng)域內(nèi)，熱泵主要用于制冷，理論著述也多以制冷為主線，一般只在末尾單列熱泵章節(jié)，簡(jiǎn)略表述其制熱功能。論著也多以空調(diào)制冷或空調(diào)冷源為名。而在以熱泵為名的專著中，則以其制熱功能為主要內(nèi)容。對(duì)于熱泵，實(shí)際上存在狹義和廣義兩種理解。按照狹義理解，只有以制熱或制熱兼制冷為目的時(shí)，才稱其為熱泵。并且定義，以空氣或水為低溫?zé)嵩吹臒岜?，為空氣源熱泵和水源熱泵。裝有四通換向閥、制冷制熱雙功能者，也被稱為“熱泵式”或“帶熱泵的”等等。而廣義的理解，熱泵的功能即包括制冷，也包括制熱，或制冷兼制熱。制冷機(jī)實(shí)際上是用作制冷的熱泵。也可以說，制冷機(jī)即熱泵，或確切地說，制冷機(jī)是熱泵的一種類型。因此，在空調(diào)領(lǐng)域認(rèn)識(shí)這一概念應(yīng)該統(tǒng)一為空調(diào)熱泵，而非空調(diào)制冷與熱泵分立。

有鑒于此，本文擬以簡(jiǎn)短篇幅對(duì)空調(diào)熱泵—主要是電力驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓縮式熱泵的功能、原理、分類及應(yīng)用作一概述，以期拋磚引玉。

2熱泵的理論基礎(chǔ)

2.1熱泵的理論循環(huán)

正卡諾循環(huán)，也稱動(dòng)力循環(huán)，是把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的循環(huán)。逆卡諾循環(huán)，稱為熱泵循環(huán)，即消耗一定的能量，使熱由低溫?zé)嵩戳飨蚋邷責(zé)嵩吹难h(huán)。逆卡諾循環(huán)是以熱力學(xué)第一、二定律為基礎(chǔ)的理想循環(huán)。理想循環(huán)在于說明原理，實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)，也不可能獲得熱泵循環(huán)的狀態(tài)參數(shù)。蒸汽壓縮式熱泵，是利用工質(zhì)的壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)的循環(huán)，來實(shí)現(xiàn)熱從低溫物體向高溫物體的傳輸?shù)?。在?duì)其進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，最具指導(dǎo)意義的是壓焓（p-h）圖所表示的蒸汽壓縮式熱泵的理想循環(huán)（圖1）。

圖1中Pc為工質(zhì)的冷凝壓力，Pe為工質(zhì)的蒸發(fā)壓力。1-2為壓縮機(jī)內(nèi)的等熵壓縮過程；2-2’及2’-3為等壓冷卻及冷凝過程；3-4為絕熱節(jié)流過程；4-1為等壓蒸發(fā)過程。當(dāng)熱泵循環(huán)的各狀態(tài)參數(shù)確定后，便可在p-h圖上確定各狀態(tài)點(diǎn)及循環(huán)過程，并可進(jìn)行理論循環(huán)的熱力計(jì)算。

①單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量（或吸熱量）

qe=h1–h4kj/kg(1)

②單位質(zhì)量工質(zhì)的壓縮功

w=h2–h1kj/kg(2)

③單位質(zhì)量工質(zhì)的放熱量（或制熱量）

qc=h2–h3

=（h1–h4）+（h2–h1）

=qe+wkj/kg(3)

④熱泵循環(huán)的理論制冷系數(shù)

制冷工況時(shí)單位制冷量與單位壓縮功之比，用COPe‘表示，即

COPe‘＝＝(4)

由式（4）與圖1可見，熱泵在制冷時(shí)，當(dāng)制冷工況確定，冷凝溫度（及相對(duì)應(yīng)的冷凝壓力）越高，則單位壓縮功越大，熱泵的制冷系數(shù)越小，反之,冷凝溫度（及相對(duì)應(yīng)的冷凝壓力）越低，則單位壓縮功越小，熱泵的制冷系數(shù)越大。

⑤熱泵循環(huán)的理論制熱系數(shù)

制熱工況時(shí)單位制熱量與單位壓縮功之比，用COPc’表示，即

COPc’==(5)

或COPc’==COPe’+1(6)

由式（5）與圖1可見，熱泵在制熱時(shí)，當(dāng)制熱工況確定，蒸發(fā)溫度（及相對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)壓力）越低，則單位壓縮功越大，熱泵的制熱系數(shù)越小。反之，蒸發(fā)溫度（及相對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)壓力）越高，則單位壓縮功越小，熱泵的制熱系數(shù)越大。另由式（6）可見，熱泵在制熱工況時(shí)，其制熱系數(shù)是永遠(yuǎn)大于1的。這是因?yàn)?，熱泵制熱的?shí)質(zhì)是基于熱的傳輸。而燃料燃燒或光、電轉(zhuǎn)化成熱，其效率則不可能超過1。

2.2熱泵性能系數(shù)COP值

上述的熱泵制冷系數(shù)COPe‘和熱泵制熱系數(shù)COPc‘，統(tǒng)稱為熱泵性能系數(shù)，是評(píng)價(jià)熱泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。實(shí)際的性能系數(shù)，要考慮運(yùn)行效率的影響。若計(jì)入諸運(yùn)行效率在內(nèi)的總效率為η0，則有：

實(shí)際制冷系數(shù)COPe=COPe’η0

實(shí)際制熱系數(shù)COPc=COPc’η0

在應(yīng)用中，當(dāng)已知熱泵的制冷量或制熱量（kw），以及輸入功率（kw）時(shí)，則很容易地計(jì)算出該熱泵的制冷系數(shù)或制熱系數(shù)（見表1、表2）。

2.3制冷與制熱綜合系數(shù)

在熱泵制冷或制熱的工況下，可分別以制冷或制熱系數(shù)來評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。但在熱泵兩種工況并存時(shí)，制冷或制熱系數(shù)均不能全面評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。因此，提出COPe.c—制冷與制熱綜合系數(shù)的概念。該系數(shù)可在分別計(jì)算出制冷系數(shù)和制熱系數(shù)后，將二者相加得出。

2.4熱泵能效比EER值

上面所述熱泵的性能系數(shù)，是熱泵的制冷量或制熱量與熱泵壓縮機(jī)輸入功率之比。但我們知道，熱泵在工作時(shí)，對(duì)熱源以及對(duì)應(yīng)用端媒介—水或空氣的驅(qū)動(dòng)也必須消耗動(dòng)力。因此為全面評(píng)價(jià)熱泵的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)將風(fēng)機(jī)、水泵、冷卻塔等的動(dòng)力消耗一并計(jì)入。即：熱泵的制冷量或制熱量與熱泵的壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、冷卻塔等輸入功率之和的比，稱作能效比EER。EER的概念散見于某些文獻(xiàn)，有將配備封閉式壓縮機(jī)熱泵的性能系數(shù)定義為EER，有將冷量單位是Btu/h、電機(jī)功率為w時(shí)的制冷系數(shù)定義為EER。冷量單位以采用國標(biāo)單位制的kw為宜,上述兩例EER均應(yīng)歸入COP值的范疇。因此，本文借用了EER的概念，并賦予了上述定義。應(yīng)該注意的是，一些大氣—空氣熱泵及大氣—水熱泵等，風(fēng)機(jī)、水泵與壓縮機(jī)組裝在一起，其技術(shù)資料中所給出的輸入功率已含風(fēng)機(jī)、水泵在內(nèi)。因此，資料中給出或以此計(jì)算出的比值已是能效比EER。但大型的水—水熱泵，配套的水泵、冷卻塔等，由工程設(shè)計(jì)確定，技術(shù)資料中只能給出COP值，EER值則需另行計(jì)算。

表1、表2為依據(jù)某公司資料計(jì)算出的大氣—水熱泵、水—水熱泵的COP值及EER值

表1大氣—水熱泵技術(shù)參數(shù)舉例機(jī)組型號(hào)冷量kw熱量kw壓縮機(jī)功率kw風(fēng)機(jī)功率kw冷熱水泵功率kw合計(jì)功率kwCOPEER

制冷制熱制冷制熱制冷制熱制冷制熱

30AQA240620406196.2138.210.82.2209.2151.23.162.942.962.69

注：1.制冷工況，大氣溫度35℃，冷水供回水溫度7—12℃。

2.制熱工況，大氣溫度-10℃，熱水供回水溫度45—40℃。

表2水—水熱泵技術(shù)參數(shù)舉例機(jī)組型號(hào)冷量kw熱量kw壓縮機(jī)功率kw井泵功率kw冷熱水泵功率kw合計(jì)功率kwCOPEER

制冷制熱制冷制熱制冷制熱制冷制熱

30HXC200AHP16287221311665.52.2138.7173.74.294.354.534.16

注：1.制冷工況，地下水混合供回水溫度20—25℃，冷水供回水溫度7—12℃。

2.制熱工況，地下水混合供回水溫度13—5℃，熱水供回水溫度45—40℃。

3熱泵分類

3.1按原理分①蒸汽壓縮式；②蒸汽噴射式；③吸收式。

3.2按蒸汽壓縮機(jī)種類分①活塞式；②渦旋式；③螺桿式；④滑片式；⑤滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式；⑥離心式。

3.3按動(dòng)力分蒸汽壓縮式熱泵按動(dòng)力可分為①電力；②燃油或燃?xì)馐桨l(fā)動(dòng)機(jī)。吸收式熱泵按動(dòng)力可分為①蒸汽；②熱水；③油或氣直燃。

3.4按功能分①制冷；②制熱；③制冷或制熱（按季節(jié)或視需求轉(zhuǎn)換）；④制冷兼制熱。

3.5按熱源種類分熱源作為熱泵工作的熱的源泉，在熱泵制熱時(shí)，向熱泵供應(yīng)熱量；而在熱泵制冷時(shí)，則需容納熱泵所排出的熱量。在向熱泵供應(yīng)熱量時(shí)，稱為熱源是當(dāng)然的。而需容納熱泵排出熱量時(shí)，則有稱為熱匯者。從文字上來講，這一稱呼無疑是正確的，但實(shí)際應(yīng)用卻嫌煩瑣。對(duì)于季節(jié)性轉(zhuǎn)換的雙功能熱泵而言，熱源與熱匯一體，更無法區(qū)別。因此，統(tǒng)稱熱源是合適的。權(quán)當(dāng)熱源所供熱量是代數(shù)值，即熱源的作用在于提供正值熱量或負(fù)值熱量（容納熱量）。但對(duì)于制冷兼制熱的熱泵，則不像冷熱單功能或季節(jié)性轉(zhuǎn)換的雙功能熱泵那樣，清楚地區(qū)分出熱源端和應(yīng)用端。其兩端互為熱源和冷熱媒介，并無明確意義上的熱源。

常見的熱泵熱源可分為：①大氣源；②水源；③地源。

3.6按熱源或熱源媒介及應(yīng)用端媒介組合分①大氣—空氣熱泵；②大氣—水熱泵；③水—空氣熱泵；④水—水熱泵。以此分類為基礎(chǔ)的熱泵分類詳見表3。

4大氣源熱泵

大氣源熱泵也稱空氣源熱泵，也有稱風(fēng)冷熱泵的。但這里的空氣對(duì)空氣去濕機(jī)等少數(shù)場(chǎng)合之外的空調(diào)用熱泵，是有限定條件的，即室外空氣—大氣。而所謂風(fēng)冷則僅適用于單冷式。因此，稱大氣源熱泵更確切一些。地球上，大氣無處不在，取之不盡，用之不竭，無需繳費(fèi)，是熱泵最方便的熱源。在夏季，既使炎熱地區(qū)，大氣溫度也可滿足熱泵的制冷工況要求。在冬季，除寒冷地帶，我國很大一部分地區(qū)的大氣溫度也是可以滿足熱泵制熱工況的要求的。大氣源熱泵的應(yīng)用是當(dāng)前最為廣泛的。屬大氣—空氣熱泵的有整體或分體家用空調(diào)及商用空調(diào)、VRV變頻及數(shù)碼渦旋等（表3No1、No2）；屬大氣—水熱泵的有冷（熱）水機(jī)組等（表3No3、No4）。大氣源熱泵也有其局限性?？照{(diào)冷熱負(fù)荷會(huì)隨大氣溫度的升高或降低而增加，但熱泵的供冷與供熱能力卻相反地隨著大氣溫度的升高或降低而下降。所承擔(dān)的冷熱負(fù)荷與其供冷與供熱能力的這種矛盾，導(dǎo)致熱泵在設(shè)計(jì)參數(shù)下的性能系數(shù)降低，輸入功率增加，這是大氣源熱泵的弱點(diǎn)之一。其弱點(diǎn)之二是，當(dāng)表面溫度低于0℃時(shí)，蒸發(fā)器可能會(huì)結(jié)霜，沖霜要消耗能力的10%。而在大氣溫度低于-10℃時(shí)，一般已不能正常運(yùn)行。這恐怕是華北和東北地區(qū)地下水水源熱泵應(yīng)用漸多的原因之一。近年來，一些制造商相繼開發(fā)出-15℃以下，甚至-22℃時(shí)仍能正常工作，并具備較高制熱系數(shù)的大氣源熱泵，為其使用范圍北擴(kuò)創(chuàng)造了條件。

5水源熱泵

以水作為熱源的熱泵，稱之為水源熱泵。作為熱源的水，可以是地面水（江、河、湖、海），可以是地下水，可以是污水或處理后的再生水，也可以是流經(jīng)冷卻塔（加熱器）的循環(huán)水等等。無論水的來源，其水質(zhì)應(yīng)滿足國家關(guān)于冷卻水的水質(zhì)要求，水的溫度也必須適宜。就當(dāng)前熱泵產(chǎn)品而言，制冷工況下，熱源水的溫度不宜低于15.5℃。也有產(chǎn)品提出不低于18℃或20℃的要求，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r(shí)，可采用經(jīng)換熱器間接使用或者混水的方式.水溫上限則不宜高于33℃—指單冷式機(jī)組,若為冷熱式一般可適當(dāng)提高。在制熱工況下，水溫上限可視機(jī)組性能確定。有產(chǎn)品提出不宜高于20℃或22℃，在使用地?zé)嵛菜蚬I(yè)廢水作為熱源時(shí)，往往要高出這一限制，可采用經(jīng)換熱器間接使用或混水方式，也可考慮采用適宜的高溫?zé)崴疅岜谩Ｋ疁叵孪迍t應(yīng)以不出現(xiàn)結(jié)冰為限。

水源熱泵的設(shè)置有，集中設(shè)置的水—水熱泵或分散設(shè)置的水—水熱泵—用于住宅建筑，每戶一機(jī)，以及多區(qū)分散設(shè)置的水—空氣熱泵。

5.1配備冷卻塔的循環(huán)水水源熱泵（表3No7、No12）

配備冷卻塔的循環(huán)水水源熱泵,包括水—水熱泵和水—空氣熱泵。此種熱泵多在夏季用作空調(diào)冷源,即通常說的水冷冷水機(jī)組和水冷空調(diào)器。在商用空調(diào)中應(yīng)用十分廣泛,特別是水冷冷水機(jī)組,在大型建筑空調(diào)中應(yīng)用更多。由于早已為人所熟知,本文不再贅述。

5.2水環(huán)熱泵（表3No8）

在各房間或區(qū)域分別設(shè)置水—空氣熱泵，其水源由配備閉式冷卻塔和加熱裝置的循環(huán)水系統(tǒng)供給，人們稱之為水環(huán)熱泵。循環(huán)水溫度宜控制在15-35℃。夏季,大部或全部熱泵按制冷方式運(yùn)行時(shí)，房間余熱經(jīng)熱泵傳給循環(huán)水，通過冷卻塔散至大氣。過渡季，由于房間所處的位置（陰陽面、內(nèi)外區(qū)等），部分熱泵按制冷方式運(yùn)行，另一部分熱泵按制熱方式運(yùn)行，制冷熱泵排至循環(huán)水的熱，為制熱熱泵所吸收，冷卻塔和加熱裝置不需工作。冬季，在大部或全部熱泵按制熱工況運(yùn)行時(shí)，則需啟動(dòng)加熱裝置。

表3熱泵分類詳表

水環(huán)熱泵的主要優(yōu)點(diǎn)有：①某一區(qū)域排熱為另一區(qū)域吸收,具有熱回收性質(zhì)；②分區(qū)靈活,任何時(shí)間可選擇供冷供熱；③節(jié)省冷水機(jī)組的機(jī)房。

水環(huán)熱泵系統(tǒng)于上世紀(jì)60年代初出現(xiàn)于美國加州，80年代傳入中國，在北京、上海、廣州及深圳等地均有應(yīng)用。

5.3以地下水為熱源（表3No6、No12）

作為熱泵的熱源，地下水無論其水質(zhì)、水溫都是適宜的。但是，作為資源，國家明令禁止濫采濫用。只有在引進(jìn)回灌循環(huán)使用的方法之后，才使地下水作為熱泵的熱源成為可能。上世紀(jì)六七十年代，國內(nèi)也曾搞過回灌。但彼回灌非此回灌。國內(nèi)當(dāng)時(shí)的回灌稱冬灌夏用，與當(dāng)前所采用的回灌循環(huán)使用是完全不同的。地下水的回灌循環(huán)使用，看似簡(jiǎn)單，實(shí)則很有創(chuàng)意，地下水在向熱泵供給或吸收熱量之后，返回地下，并無損耗，在一些地區(qū)已經(jīng)取得政府許可。

地下水一般取自于地層的恒溫帶，水溫恒定，其值比當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁丶s高出1-4℃左右，除海南之外的全國各地地下水溫約在6-20℃。作為空調(diào)冷源，當(dāng)水溫較低時(shí)，應(yīng)首先考慮直接引入空調(diào)末端裝置，用來冷卻空氣，以節(jié)省熱泵耗能。作為熱泵熱源，制冷工況下，在水溫低于熱泵機(jī)組所要求的限值時(shí)，應(yīng)考慮混水措施或經(jīng)換熱器間接使用，制熱工況下，包括夏熱冬冷地區(qū)、寒冷地區(qū)以及大慶、哈爾濱等地在內(nèi)的嚴(yán)寒地區(qū)，地下水水溫都是適合的。

地下水水源熱泵與大氣源熱泵相比，性能系數(shù)及能效比高（表1、表2），制熱不受寒冷氣候的影響。與通常的單冷式水—水熱泵（配裝冷卻塔的冷水機(jī)組）、熱網(wǎng)供熱的組合方案相比，其優(yōu)勢(shì)也較明顯:初投資較低，一機(jī)兩用，制冷制熱雙功能，一般僅入網(wǎng)費(fèi)一項(xiàng)，已基本相當(dāng)于熱泵機(jī)組的購置費(fèi);在運(yùn)行費(fèi)用方面，地下水水源熱泵方案的全年電費(fèi)，基本與夏季冷水機(jī)組的電費(fèi)和冬季采暖費(fèi)之和持平。基于上述，地下水水源熱泵自上世紀(jì)末引入之后，在華北及東北地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。地下水水源熱泵應(yīng)用實(shí)例見表4。

地下水水源熱泵運(yùn)行的關(guān)鍵是地下水的正常供給和回灌。提水井在生活及生產(chǎn)給水上廣泛使用,技術(shù)上是成熟的?；毓嗑募夹g(shù)經(jīng)驗(yàn)還需要積累完善。

有公司推出液態(tài)冷熱源環(huán)境系統(tǒng)。該系統(tǒng)在井孔中加裝隔板，隔板下為提水井，裝設(shè)潛水泵，而隔板上為回灌井。隔板上下形成一孔雙井?；毓嗨筛舭迳系幕毓嗑诹鞒雠c地層進(jìn)行熱交換后進(jìn)入隔板下的提水井。其實(shí)質(zhì)仍應(yīng)是異井回灌。一孔雙井，回灌水由回灌井流向提水井距離短，回灌相對(duì)容易，但也同時(shí)伴隨著熱貫通影響的存在。在確定熱泵機(jī)組出力時(shí)，應(yīng)加以考慮。

表4地下水水源熱泵應(yīng)用實(shí)例摘錄序號(hào)工程名稱設(shè)備選型臺(tái)數(shù)制冷制熱井?dāng)?shù)及深度井水參數(shù)

冷量kw水溫℃熱量kw水溫℃提水井回灌井井深m水量t/h水溫℃

1沈陽金屬研究所GMP50024487-1447050-40126010012

2鳳城中國人民銀行RHSBW-830HS48357-1288549-43236036012

3遼寧賓館30HXC250A-HP228517-1297155-50126016011

4沈陽建工學(xué)院LSBLGR53024827-1251545-40125012010

5.4以城市污水的再生水為熱源（表3No9、No13）

作為量大而普遍存在的城市污水,按照國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978—1996》的規(guī)定,須經(jīng)二級(jí)處理并達(dá)到表5所列的一、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方可排至相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的水域和海域。為緩解水資源危機(jī),污水的再生回用已成為重要課題。再生水作為工業(yè)冷卻水,是諸多回用用途之一。表6為國家建議再生水用作冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表5第二類污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)（1998.1.1后建設(shè)的單位）污染物適用范圍一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

pH一切排污單位6-96-9

色度（稀釋倍數(shù)）一切排污單位5080

懸浮物SS（毫克/升）城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠2030

BOD5（毫克/升）城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠2030

水源熱泵的熱源用水，應(yīng)屬該表6的直流冷卻水。對(duì)照表5和表6兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到一、二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的出水是可以直接使用的。但用作熱源,水的溫度，尤其是冬季水溫能否滿足要求,是十分關(guān)鍵的。由表7實(shí)例可見出水溫度在夏季為20℃，冬季為12℃,是可以滿足熱泵的制冷與制熱工況的。城市污水的二級(jí)處理系采用生化處理。生化處理的適宜溫度是20—30℃。10℃以下處理效果迅速下降。水溫在6—7℃時(shí),只有提高污泥濃度和降低污泥負(fù)荷率，才能發(fā)揮凈化功能。因此，北方地區(qū)

表6再生水用作冷卻水的建議水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目

直流冷卻水

循環(huán)冷卻補(bǔ)充水

pH值

6-9

6.5-9

SS(mg/L)

30

-

濁度（度）

-

5

BOD5(mg/L)

30

10

CODcr(mg/L)

-

75

鐵(mg/L)

-

0.3

錳(mg/L)

-

0.2

氯化物(mg/L)

300

300

總硬度（以CaCO3計(jì)）(mg/L)

850

450

總堿度（以CaCO3計(jì)）(mg/L)

500

350

總?cè)芙夤腆w（以CaCO3計(jì)）(mg/L)

1000

1000

游離余氧(mg/L)

-

0.1-0.2

異氧菌總數(shù)(個(gè)/mL)

-

5ⅹ103

表7污水回用熱泵應(yīng)用實(shí)例摘錄序號(hào)工程名稱設(shè)備選型臺(tái)數(shù)制冷制熱回用水溫回用水量t/h備注

冷量kw水溫℃熱量kw水溫℃冬夏

1蘆溝橋污水處理廠RHSBW-540HM14147-1264845-501220回用水經(jīng)板換

RHSBW-450HM1--432

2秦皇島污水處理廠RHSBW-140HM31417-1216145-50≥102550回用水設(shè)過濾器及電子水處理儀

處理廠露天設(shè)置時(shí)是要采取加熱設(shè)施的。因此，水處理廠在正常運(yùn)行的狀態(tài)，冬季出水溫度是可以滿足熱泵制熱工況的要求的。

表7為污水處理廠再生水用作熱泵熱源的實(shí)例。

熱泵熱源使用污水的再生水只吸納和釋放熱量，水溫改變而水質(zhì)不變，水量不減，熱泵出水仍可作為他用。按照國家規(guī)劃，2010年實(shí)現(xiàn)污水處理率達(dá)50%以上，處理污水回用率達(dá)60%以上，回用水作為熱泵熱源應(yīng)該是很有前途的。

5.5以地表水作為熱源（表3No9、No13）

地表水包括淡水—來源于江河湖泊，咸水—來源于海洋。

地表水用作水源熱泵的熱源，有兩種方式。一種方式是用泵將水抽送至熱泵蒸發(fā)器或冷凝器，換熱之后返回原處。另一種方式是在地表水水體中設(shè)置換熱盤管，用管道與熱泵蒸發(fā)器和冷凝器連接成回路，充以媒介水，在水泵的驅(qū)動(dòng)下循環(huán)。

地表水資源豐富，用作熱泵熱源極具潛力，但實(shí)際應(yīng)用尚不廣泛。對(duì)于單冷式水源熱泵（水冷冷水機(jī)組或水冷空調(diào)器），使用地表水冷卻較之配備冷卻塔的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，并無明顯優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用中仍以后者為主。而在能源日漸短缺，環(huán)保要求不斷提高的今天，開發(fā)地表水所含的可利用能用作制熱，為人們所關(guān)注。對(duì)于單熱式或冷熱雙功能水源熱泵，地表水的使用應(yīng)該是很有前途的。例如，瑞典斯德哥爾摩建有多個(gè)大型區(qū)域供熱站，裝有大型離心式水—水熱泵，利用波羅的海深處的海水作熱源；俄羅斯季夫諾哥爾斯克，以葉尼賽河水為熱源，建造熱泵供熱站。1999—2001年建成4MW的試驗(yàn)性供熱站。第二階段擬建120MW大型熱泵供熱站，2003年竣工。熱泵水源取自于水電站下游，冬季水溫，表層不低于2℃，深層不低于5℃。河水流量17.5m³/s,供回水溫差1℃。

6地源熱泵（表3No5、No10）

地源熱泵，是在土壤中埋設(shè)水平或垂直的換熱盤管，然后用管道將其與熱泵蒸發(fā)器和冷凝器連接成回路，充以作為媒介的水（或含一定比例的乙二醇或乙醇），依靠水泵的驅(qū)動(dòng)循環(huán)。夏季，媒介水在熱泵的冷凝器中吸收熱量，在流經(jīng)換熱盤管時(shí)不斷傳給土壤，以實(shí)現(xiàn)熱泵的制冷功能；冬季,媒介水在熱泵的蒸發(fā)器中放出熱量，在流經(jīng)換熱盤管時(shí)經(jīng)管壁不斷從土壤中吸取熱量，實(shí)現(xiàn)熱泵的制熱功能。

地下水水源熱泵的出水，在由回灌井向提水井流動(dòng)的過程中，將在熱泵冷凝器中吸取的熱量交換給土壤，或?qū)⑵湓跓岜谜舭l(fā)器中失去的熱量從土壤中重新獲得。說到底，地下水水源熱泵也是地源熱泵，地下水不過是天然媒介而已。地下水水溫是確定的，而地源熱泵的媒介水為人工充入，溫度值取決于換熱盤管面積及土壤溫度等。范圍較寬，可達(dá)到20℉—110℉。必要時(shí)，水中應(yīng)加入一定比例的乙醇或乙二醇。

表8地源熱泵應(yīng)用實(shí)例摘錄序號(hào)工程名稱設(shè)備選型臺(tái)數(shù)冷量kw熱量kw換熱盤管媒介水

形式孔數(shù)孔深m管材外徑×壁厚mm管長(zhǎng)m溫度℃成分

冬夏

1上海某別墅JO36H19.129.06垂直單U管661.7PE63級(jí)SDR1125X2.374010～530～35水

JO62H114.3715.96

2北京某別墅HLRSWO14FRB11414垂直單U管660鋁塑復(fù)合25X2.5720—24.25～26.8含6%乙二醇

地源熱泵的換熱盤管可以埋在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、停車場(chǎng)及綠地等的土壤內(nèi)，其單位負(fù)荷所需地表面積，垂直埋管為60～400ft2/冷噸，水平埋管為1400～3500ft2/冷噸。換熱盤管埋設(shè)所需空地面積較大，埋管工程也頗具難度，地源熱泵在國內(nèi)尚處于試驗(yàn)和小規(guī)模應(yīng)用階段。表8為地源熱泵工程實(shí)例摘錄。

7熱泵在加熱衛(wèi)生熱水上的應(yīng)用（表9）

使用熱泵來加熱衛(wèi)生熱水，其節(jié)能與環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，尤其在冷凝熱回收上的高經(jīng)濟(jì)效益，日漸引起關(guān)注，并在實(shí)際工程中應(yīng)用。供應(yīng)衛(wèi)生熱水與空調(diào)負(fù)荷相比其明顯不同之處：①負(fù)荷波動(dòng)較大，且經(jīng)常出現(xiàn)間歇；②衛(wèi)生熱水直流，結(jié)垢的可能性要大于循環(huán)使用的空調(diào)用水。因此，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)需要考慮貯水和換熱措施。

7.1以地下水、地面水及廢水回用水等為熱源

7.1.1圖式1衛(wèi)生熱水用熱泵與空調(diào)用熱泵各自獨(dú)立設(shè)置，共用水源。使用靈活，易于適應(yīng)衛(wèi)生熱水負(fù)荷波動(dòng)的特點(diǎn)。應(yīng)用較多。

7.1.2圖式2冬季，衛(wèi)生熱水用熱泵與空調(diào)用熱泵，共用水源，均處于制熱工況。夏季，空調(diào)用熱泵處于制冷工況，冷凝熱排至地下水（或廢水回用水）。而衛(wèi)生熱水用熱泵則處于制冷與制熱的雙功能工況，蒸發(fā)器供空調(diào)冷水，冷凝器供應(yīng)衛(wèi)生熱水。為保證衛(wèi)生熱水停供時(shí)仍能供冷，冷凝器衛(wèi)生熱水進(jìn)出管裝有與地下水（或廢水回用水等）供回水干管之間的連通管，該圖式的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省熱源水。

7.1.3圖式3所用熱泵全部或部分配備副冷凝器(也可做成雙管束冷凝器)。主冷凝器接熱源水和空調(diào)熱水管道，副冷凝器接衛(wèi)生熱水。

7.2利用配備冷卻塔的水—水熱泵（水冷冷水機(jī)組）的冷凝熱。

7.2.1圖式4供衛(wèi)生熱水的熱泵處于冷熱兼供雙功能工況，在蒸發(fā)器供空調(diào)冷水的同時(shí)，冷凝器供應(yīng)衛(wèi)生熱。當(dāng)衛(wèi)生熱水停供時(shí),冷凝熱由循環(huán)冷卻水帶走,散至大氣。

表9熱泵加熱衛(wèi)生熱水應(yīng)用圖式

7.2.2圖式5所用熱泵全部或部分配備副冷凝器。主冷凝器接循環(huán)冷卻水管道,副冷凝器接衛(wèi)生熱

水管道。冷凝熱由循環(huán)冷卻水和衛(wèi)生熱水共同吸納。

7.3以空氣或大氣為熱源

7.3.1衛(wèi)生熱水專用大氣—水熱泵，與表3所列空調(diào)用大氣—水熱泵類似。所不同的是，空調(diào)用大氣

—水熱泵從功能上有單冷與冷熱兩種類型，而衛(wèi)生熱水專用大氣—水熱泵則只具備單熱一種功能。

7.3.2圖式6單冷式大氣—空氣熱泵配置副冷凝器，提供衛(wèi)生熱水，但只限于夏季。

7.3.3圖式7冷熱式大氣—空氣熱泵配備副冷凝器，提供衛(wèi)生熱水。熱泵制冷與制熱功能的轉(zhuǎn)換，是由蒸發(fā)器與冷凝器的互換來實(shí)現(xiàn)的。但副冷凝器供熱水的功能并不隨之改變。

參考文獻(xiàn)

1.GB50019—2003采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)規(guī)范

2.徐偉，等譯．地源熱泵工程技術(shù)指南．美國制冷空調(diào)工程師學(xué)會(huì)編著．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001

3.李樹林主編．制冷技術(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

4.尉遲斌主編．實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

5.肖錦主編．城市污水處理及回用技術(shù)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002

6.王鵬英．上海地區(qū)別墅建筑地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)．暖通空調(diào)．2003，33（6）：88—83

7.施秀琴，梁軍．北京某別墅土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)．暖通空調(diào)．2004，34（5）：80—82

8.清華同方．水源熱泵機(jī)組

9.聯(lián)合開利（上海）空調(diào)有限公司．螺桿式水—水熱泵機(jī)組

10.李志浩．全國暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會(huì)綜述．暖通空調(diào)．2004，34（10）：5—12

11.陳興華，莊斌舵．俄羅斯熱泵供熱技術(shù)簡(jiǎn)介．暖通空調(diào)制冷．2001，（1）