水环热泵与双热源热泵机组综合应用

水环热泵与双热源热泵机组综合应用

                                

一 水环热泵特点

水环热泵空调系统是由末端（室内空气处理末端等）系统，水环热泵空调主机系统和水源水系统三部分组成。为用户供热时，水源空调系统从水源中提取低品位热能，通过电能驱动的水源空调主机（热泵）"泵"送到高温热源，以满足用户供热需求。为用户供冷时，水源空调将用户室内的余热通过水源空调主机（制冷）转移到水源中，以满足用户制冷需求 。

水环热泵空调是一种高效、节能、冷暖两用且无污染的空调系统、他以电作为动力、以水作为热交换的介质。主机结构小巧，直接和循环冷却水源相连接，可以任意暗藏于室内或室外（例如走廊，卫生间的天花中），安装灵活方便，不影响外墙的美观，室内机组为超簿设计，可暗藏于天花之中，和室内装修融为一体。是高档写字楼、住宅、高层建筑理想的解决方案。空调采用集中水冷，受环境变化影响小，各台机组主机相互，单台机组发生故障时不会影响其他机组的运行。

水环热泵空调采用统一的冷却水系统，但各业主都拥有自己的制冷制热主机系统，用户可通过在各个室内的控制器控制机组启停和调节室温，并实现费用单独计算。安装无需机房，只需提供（换热器）或冷却水塔、水泵放置场所，节省了宝贵的主机占地面积。

二 水环热泵空调系统运行特点www.topenergy.org_V_s0h1c1H9fw

水环热泵空调系统主要由水环热泵机组、冷却水循环泵、冷却塔、加热设备（或换热器）和膨胀水箱组成，水环热泵机组供热运行时，以循环水为加热源，水侧热交换器作为蒸发器用，风侧热交换器作为冷凝器用；机组供冷运行时，二者作用刚好相反，水侧热交换器作为冷凝器用，风侧热交换器作为蒸发器用。当水环热泵空调机组制冷的放热量与其它热泵机组制热的吸热量相等时，系统既不吸热也不放热，在设计中系统水温保持在13℃～35℃间时，无需开动加热设备或冷却设备。当系统吸热量大于放热量时水温降低，水温低于13℃时回热设备运行，反之系统水温升高，高于35℃时冷却设备运行。www.topenergy.org!@{_Z$x_j_v$m

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（1） 夏季制冷运行模式

全部或大多数机组进行制冷运行，即热量由室内转移至循环水再经散热设备散发至室外（或地下），辅助加热设备处于关闭状态并被水系统短路。循环水进水温度保持在16～35℃。 

（2）春秋过渡季节运行模式

当水环热泵有40%在制冷同时,60%在制热时，循环水系统内部的热量基本保持动态平衡，即热量只是从制冷区域被转移至供热区域，辅助加热设备与散热设备均关闭，从而节省了与外界交换热量的费用。

（3） 冬季制热运行模式

当全部或大多数机组进行制热运行，即热量通过循环水传送从室外转移至室内，散热设备处于关闭状态并被水系统短路，辅助加热设备在循环水温低于设定值开启。对于区分内部区域和外部区域的建筑，内部区域的照明、人体以及设备散发大量的热量，其空调要求是全年制冷；外部区域由于受到外界气候的严重影响，通常冬季需要供暖，夏季需要制冷。可见，在整幢建筑空调运行状态不一样，即有些在制冷运行，有些在制热运行时，水环热泵在消耗最低电能的情况下可进行内部能量转移，从而实现热量回收，节能增效。

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三 水环热泵空调系统的主要优点www.topenergy.org_V%Z_v_]_O Ptwww.topenergy.org(\\_b_c:_uRw

①水环热泵空调系统空调区域分区设计灵活，各分区可以在同一系统中按不同要求选择供冷或供热的运行方式。www.topenergy.org0Y__~#T_w`1i8A_Nw

②系统运行可靠，由于制冷设备分布在空调区域的各个房间，不会因个别机组的故障而影响其它空调房间的正常使用。www.topenergy.org9L&R'Q![_|$Mw

③水环热泵系统中没有集中式制冷机组集中热源，因此系统取消了冷源机房面积和节省了热源机房面积。www.topenergy.org_f_F$}*[_a.

④ 水环热泵空调系统的能耗主要是水环热泵机组，各用户能够安装的电表分户计费，便于物业管理和系统能源的管理。

⑤分体式水环热泵可以把分体主机放置在卫生间或走廊内，www.topenergy.org8`_|9?_y2U(J^_a v+Ow很好的避免了噪音对室内的影响。

目前工程上具有实用价值的由水环热泵机组(WSHP)所配置的空调系统有：土壤源热泵(地耦合热泵)系统、地下水水环热泵系统、地表水水环热泵系统、水环热泵系统。前三种系统主要用于具备相应热源的建筑，而后一种水环热泵系统不但可以用于多层公寓住宅，而且在商业建筑中如办公楼、零售商场、寄住宿舍、医院等应用较多。www.topenergy.org_g_\\_z5S_I7i5Gw

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四  PHNIX双热源热泵机组特点

    PHNIX双热源热泵热水机组采用双热源设计，不同季节可采用不同热源。夏季及冬季均可采用水（水冷机组系统中的冷却水、生活余热废水、泳池桑拿废水）或空气作为热源；充分保证机组始终处于理想的工况下运行，机组稳定、使用寿命长。

PHNIX双热源热泵热水机组的热源方式为一切可利用的低品位热能，以下列举常见的几种：生活废水；泳池桑拿废水；水冷机组系统的空调冷却水；地表水；空气等等。

２、超高能效、经济节能

　　夏季采用空调冷却水作为热源，能效比达5.0以上，既提高了双热源热水机组的热水产量；同时又降低了空调系统冷却水的温度，大大提高了原空调系统的能效，综合能效高达7.5，一举两得、实现双赢，既经济又节能。

３、直热供水、循环恒温

     双热源热泵热水机组综合了现有直热式热泵热水器与循环式热泵热水器的所有优点，实行直热供水、循环恒温；极大地提高了用水的舒适性与机组的可靠性。

五  PHNIX双热源热泵机组应用场合

双热源热泵热水机组广泛应用于宾馆、酒店、休闲中心、水疗中心等，大量废热、废水，且又需大量生活热水的场所。

1、适合大型原有水冷空调系统热回收工程；

２、适合大型冷水机组新建项目或热回收工程改造项目。

３、造用于休闲中心、水疗中心、休浴中心等有大量余热废水，且又需大量生活热水的场所进行热回收。

用水环热泵空调+双热源热泵热水机组这种机组相结合的综合运用方案是节能、高效及可节省运行费用的系统，虽然初投资会有所增加，但运行后可节省的成本是可观的。几年内即可收回初投资成本，是一项回报率相当高的投资。

六 工程案例

（一）工程概述

本工程位于广东，项目名称为广东某假日酒店，本场所所需求范围为：夏季制冷、冬季采暖及一年四季需生活用热水。经综合考虑，为了减少总工程的初投资及节省业主的运行成本，并集中单独控制各个区域的空调开停机及可实现各个分区单独计费，现推荐美国芬尼克兹水环热泵空调+双热源热泵热水机组相结合的综合解决方案系统。这种系统在各个季节的运行使用情况为：（1）夏季空调制冷：冷却塔  +  冷却水循环泵  +  高效水环热泵机组；生活用热水：  直热式双热源热泵热水机组(水源)；（2）过度季节：部分同时制冷和制热：能量内部转移，实现内部能量平衡；生活用热水 ：双热源热泵热水机组(水、空气)；（3）冬季空调制冷：辅助热源  +  水循环泵  +  高效水环热泵机组；生活用热水 ：双热源热泵热水机组(空气源)。

这种组合方案的优势有：节能、高效、运行费用低、各个区域空调计费等明显特点。

（二）设计依据

1）、本工程依据建设单位提供的建施图

2）、<<暖气与通风工程施工及验收规范>>（GB50243-97）

3）、<<采暖通风与空气调节设计规范>>（GBJ19-87）

4）、<<高层民用建筑设计防火规范>>（GB50045-95）

5）、<<全国民用建筑工程设计技术措施  暖通空调·动力>>(GB19-87)

6）、<<空气调节设计手册>>（中国建筑工业出版社、第二版）

7）、<<采暖空调制冷手册>>（机械工业出版社）

8）、<<建筑设计防火规范>>GBJ16－2001

9）、国家现行的其他相关规范及措施

（三）设计资料

1、室外气象参数

（1）夏季 

空调计算干球温度：35℃；   空调计算湿球温度：28℃

  通风计算干球温度：31.0℃；  大气压力：  100.53KPa

（2）冬季

  空调计算干球温度：5℃；  空调计算相对湿度：75%

2、室内设计参数

房间名称	干球温度（℃）		相对湿度（%）		室内噪音	新风量
	夏季	冬季	夏季	冬季	(标准NR)	M3/h
大堂吧	25±1	18-20	<65	——	<45	20
西餐厅	25±1	18-20	<65	——	<45	25
商务中心	25±1	18-20	<60	——	<40
单人客房	25±1	18-20	<60	——	<40
双人客房	25±1	18-20	<60	——	<40

考虑燃油费用高涨，为了节省空调系统及热水锅炉的运行费用，系统采用了节能双热源热泵机组供应热水满足本场所热水需求的同时，还提高了水环热泵系统的能效，节省了空调系统的运行成本，真正意义上达到了空调与热水系统的有机结合且体现了整个系统高效、节能、环保的理念，与当今时代能源发展的主题紧密相连。

1）设计要求

本场所热水供应，水温50℃～60℃。

2）系统运行

夏季制冷，双热源热泵机组吸收原有水环热泵系统中的冷却水制取热水；若制冷主机部分负荷工作时，双热源热泵机组同时启动空气源补足热水。空调不制冷季节，双热源热泵机组利用空气源中的热能制取热水，保证用水温度及用水量。一方面提高了原有水环热泵系统的能效，降低系统能耗，比改造前的水环热泵系统节能15%-20%；另一方面双热源热泵机组吸收了水环热泵系统中冷却水的热量，能效比可达5.0以上。

1、设备选型

1）日用水量

   根据建筑使用功能及要求，本场所每层带浴缸标间33间，共三层，每人设计180L，另外办公楼的卫生间也考虑部分热水，经计算得每天需热水量55-60℃约为45吨。

2）双热源热泵机组选型

根据PHNIX双热源热泵机组性能曲线，PWASHW-250S热泵机组额定制热量90kw/台。

在标准工况下PWASHW-250S热泵机组产60℃热水1940L/h，各机组在各个季节工作时间如下：

 因广东地区冬季最冷月平均气温约为5℃，以此来设计计算其设备选型过程。

【冬季室外环境温度为5℃、自来水进水温度5℃时，热水出水温度55℃、即需温升50℃】

设备选型: 选PHNIX芬尼克兹双热源热泵热水机  PWASHW-250S  2台，

而在冬季室外环境温度5℃的恶劣条件下，双热源热泵热水机组的制热量也会有所下降。此时单台机组额定小时供水量约为1050L ，则每小时额定的出水量为：

2台机组额定供水量:1050L/h*2台*22小时=46200L，

　　高峰期间总用水量45000L＜2台机组额定供水量46200L，故能满足实际需求。

综上所述：选用芬尼克兹双热源热泵热水机 PWASHW-250S 2台 能满足该场所热水的实际需求量。

PHNIX双热源（水、空气）热泵热水机组，作为热能技术的领先者，机组采用直热式供水，循环恒温，采用空调冷却水作为热源，机组产水量大，降低了空调冷却系统负荷，提高制冷能效，综合能效达400%～700%。

1、热负荷计算

日用水量m =45000kg

所需热负荷Q=cm△t=1×45000×（60℃－20℃）=1800000（kcal）

2、双热源热泵运行费用

电发热值860kcal/度，双热源热泵效率400%～700%，全年综合能效以450%计，管道热损失5%，电0.65元/度。

耗电量：1800000÷860÷4.5÷0.95=490（度/天）

运行费用：490度/天×0.65元/度=318（元/天）

平均费用：7（元/吨）

3、燃气炉运行费用计算

天然气热值8700KCal/m3，效率80%，管道热损失5%，气2.6元/m3。

耗气量：1800000÷10800÷0.85÷0.95=206（m3/天）

运行费用：206×2.6=536（元/天）

平均费用：12元/吨

4、燃油炉运行费用计算

轻柴油热值10200 kcal/kg，效率80%，管道热损失5%，油3.6元/kg。

耗油量：1800000÷10200÷0.8÷0.95=232（kg/天）

运行费用：232×3.6=835（元/天）

平均费用：19元/吨

5、运行费用经济性分析

选用设备	每吨（60℃）热水费用
双热源热泵	7元
燃气锅炉	12元
燃油锅炉	19元

注：按每天加热45吨55℃-60℃的生活用热水计算，电价及燃油、燃气价格由当地和时间差而有所不同。

运行时间	双热源热泵热水机	燃气锅炉	燃油锅炉
每天运行成本（元）	318	540	855
每月运行成本（元）	9540	16200	25650
每年运行成本（元）	114480	194400	307800

可见，双热源热泵热水机组每年的费用成本可比燃气锅炉节省了8万元，比燃油锅炉节省了19.3万元。

七 结语

水环热泵与PHNIX双热源热泵机组综合运用比传统水冷螺杆机与锅炉相结合的空调系统比较，水环热泵与双热源热泵机组相结合的系统更具有节能性。双热源热泵在空调制冷季节均为水环热泵工况工作，热源稳定，且降低水环热泵空调冷却系统负荷，减少冷却塔投入数量，大大提高制冷能效，而从对其运行成本来说，节能效果非常可观。