防護工程水環熱泵空調系統的節能運行分析

謝凌云

棗莊礦業集團信誠設計研究有限責任公司 山東棗莊 277000

能源與環境是當前面臨的嚴重問題，而能量回收技術成為解決這一問題的重要途徑。作為高效節能裝置，熱泵通過回收與轉換技術將空氣、水以及土壤中的能量運用到建筑系統來降低常規能源消耗，因此對熱泵的理論與技術研究已成為工程科學的前沿。水環熱泵是特殊的水源熱泵，它利用由水/空氣熱交換器組成的閉式水環路回收建筑內部余熱并進行冷、熱量轉移與分配來滿足冷、熱需求。

1 系統形式

水環熱泵空調系統是由數量眾多、形式各異的水源熱泵機組，通過一套兩管制水環路并聯連接的空調系統。當整個系統中有一部分房間需要供冷而另一部分房間需要供暖時，制冷模式的熱泵將向水環路中排放熱量；供熱模式的熱泵機組從水環路中吸取熱量。這種排熱和吸熱同時在水環路中發生，從而達到有效利用房間內余熱的目的。當冷熱無法抵消時，會導致循環水溫上升或者下降。循環水溫度應維持在16℃-32℃。當溫度達到上限時，開啟冷卻塔排熱；當溫度達到下限時，開啟輔助熱源補熱。

2 空氣源-水環熱泵國內外現狀

20世紀30年代以來，國外對熱水器的研究首次投入熱水泵的使用。此后，美國、前蘇聯、澳大利亞和歐洲對熱泵了解很多。理論研究主要包括熱泵的熱原理、熱泵的結構和系統的設計原理。在實踐中，重點是大型建筑物或建筑物的加熱、加熱、冷卻、室外或室外露天池、熱增量和建筑物利用率等應用。泵在美國、日本和西歐等國家廣泛使用，但其發展模式存在很大差異。美國首先開發了一種基于機組的空調加熱泵，重點生產低熱源空調加熱冷卻設備，其次開發了主要用于商業建筑的熱水泵和水泵系統。由于資源較少，能源依賴度較高，日本主要面向小型氣動泵。西歐自50年代初以來開展了大量的熱泵研究，主要側重于大型熱泵的開發，廣泛應用于集中供熱或區域供熱。與發達國家相比，國家熱泵的應用和發展較為滯后。以二次送風熱泵系統的渦旋壓縮機為基礎，進行了詳細的研究和施工，以提高低溫下加熱送風的熱性能。測試表明，系統能夠有效地解決低溫導致的溫度降低和排氣溫度過熱問題。安裝聚合機器的單壓縮機的部署可能會在不同的情況下造成干擾，具體取決于操作條件。但同時，機器結構是通過壓縮與變換器技術相結合，在雙層壓縮的基礎上，詳細設計了雙層熱泵系統，以提高低溫熱水泵系統的性能[1]。該系統的熱量通過將頻率納入基于兩級壓縮和低壓壓縮機頻率增加的雙壓力泵系統來增加。通過兩級壓縮和低壓壓縮機頻率調節提高系統熱增益系數。同時，基于兩級壓縮降低壓縮機排氣溫度。測試表明，它們有能力通過穩定、均勻加熱、加熱、應用、熱泵滿足寒冷氣候區需要的室外需求，來加熱冷[2]。

3 水環熱泵空調系統的主要優點

①加熱水箱集有自己的冷水源，可以獨立控制，以達到用熱或冷卻液運行的機器數量。該系統的節能估算接近非極性轉速比冷水設備，運行成本較低；水泵的配電系統在回水上裝有電氣-T閥，通過打開和關閉水泵來關閉。氣候回歸泵具有基于智能電流流量控制BA的變頻控制，實現了自動控制以實現節能。②環內熱損失明顯低于傳統空調系統。由于加熱水箱系統熱水循環中的水溫大約等于其周圍的溫度恒定范圍內，因此運輸過程中冷卻過程中的水消耗的能量遠低于傳統空調系統。③合適的低功耗設備。對于選擇熱水泵時工藝、流量和性能要求的優化規劃，推薦一種合適的低功耗泵產品。此外，在選擇用于優化氣流、氣流和性能的風扇時，小型低功耗風扇可在配電容量中實現節能和節能。④冷卻塔可選配節能冷卻塔。負冷卻塔的入口和出口溫度為28℃/32℃，而普通冷卻塔的入口和出口溫度通常為32℃/37℃。

4 環路水溫控制模型

在對水環熱泵的系統運行進行研究時，主要解決以下問題:①傳統水環熱泵運行模式和本文所提最佳環路水溫控制運行模式相比，哪種模式更能降低系統運行能耗。②需要確定一個因子來衡量整個工程中空調系統的能耗情況，便于比較哪種運行模式更加節能。傳統水環熱泵控制模式：當環路中的循環水溫度達到其允許最大值時，打開空調水庫水泵，通過換熱器降低循環水溫度到規定范圍內；當環路中的循環水溫度達到其允許的最小值時，打開輔助熱源設備，加熱循環水溫度到規定范圍內[3]。當循環水溫處于16℃-32℃時，水環熱泵系統處于較節能的狀態。因此，本文的循環水溫度工作范圍定為16℃-32℃。最佳環路水溫控制模型以循環水為研究對象，利用熱泵自身性質將建筑負荷轉化為循環水能量。將某一時刻系統看作穩態，找出最佳循環水溫。建筑負荷變化，即循環水溫發生變化打破原有平衡，通過搜索算法尋找最佳水溫。

5 結語

經分析得出結論：①水環熱泵空調系統可以有效解決目前防護工程普遍存在的單一送風狀態點無法分區調溫調濕、人員舒適性差及能耗大等問題。②水環熱泵空調系統能夠兼顧戰時使用和平時維護需求。防護工程平時維護期間，水環熱泵可以將通信機房等房間的余熱量轉移到不使用的房間，基本無需輔助冷源就能平衡工程內部的冷熱負荷。在戰時使用時，大部分房間都是制冷模式，工程內冷熱無法平衡，開啟輔助冷源，水環熱泵空調系統能夠繼續運行。