一、 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)概述

    地表巖土層蘊(yùn)藏了無窮無盡的低位熱量，常溫帶的土壤/地下水溫度相對恒定。水源熱泵機(jī)組在電能的驅(qū)動(dòng)下，將地下可循環(huán)再生但不可直接利用的低位能量開發(fā)利用，成為可利用的高位能。熱泵可以滿足冬季供暖、夏季供冷的需要，又能用來制取衛(wèi)生熱水，充分顯示了其一機(jī)三用的優(yōu)越特性，廣泛應(yīng)用于各類建筑物。

 
    地下水供應(yīng)系統(tǒng)是水源熱泵中央空調(diào)的關(guān)鍵部分之一，它是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，與傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)對比，它取代了鍋爐供熱系統(tǒng)和冷卻塔，是水源熱泵系統(tǒng)的重中之重。空調(diào)系統(tǒng)從井水中提取的能量（Q=C.M.Δt）與井水流量M和井水供回溫差Δt的乘積成正比。當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)值Q確定后，井水流量M變小，井水溫差Δt就需加大，壓縮機(jī)耗能增大，潛水泵耗能減小；反之，井水流量M變大，井水溫差Δt減小，壓縮機(jī)耗能減小，潛水泵耗能增大。那么，對于一個(gè)水源熱泵系統(tǒng)而言，井水溫差取多大，系統(tǒng)的能效比最高、投資最節(jié)??？本文將根據(jù)不同的工況對此作詳細(xì)的計(jì)算分析。

    二、冬夏季運(yùn)行不同工況下的能效比計(jì)算

    以鄭州市某個(gè)建筑面積為12000m2的辦公樓項(xiàng)目為例，夏季冷負(fù)荷1200kw ，冬季熱負(fù)荷900kw。選配二臺名義制冷量550kw的單螺桿式水源熱泵機(jī)組。水井井深150米，單井出水量可達(dá)到70噸/小時(shí)，此時(shí)潛水泵揚(yáng)程為60米。夏季井水出水水溫為18℃，冬季井水出水水溫為16℃。

 
    每小時(shí)井水的循環(huán)量計(jì)算公式為：

    制冷時(shí)：M =（制冷功率+ 輸入功率）×860÷?T（井水利用溫差）；制熱時(shí)：M =（制熱功率―輸入功率）×860÷?T（井水利用溫差）

    在上述公式中，設(shè)計(jì)人員容易產(chǎn)生分歧的是 ?T 到底應(yīng)該取多少。為此我們先了解一下水冷系統(tǒng)中的冷卻塔。按照暖通空調(diào)設(shè)計(jì)規(guī)范，冷卻塔的理論進(jìn)出水溫度為30/35 ℃，實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)出水溫度為32/37 ℃ ，?T為5 ℃ ，它是指主機(jī)排出的35-37℃冷卻水經(jīng)冷卻塔冷卻為30-32 ℃再進(jìn)入主機(jī)，如此周而復(fù)始地循環(huán)，建筑物的熱量最終靠塔內(nèi)的水蒸發(fā)而帶走。?T能否再增大呢，不能，因?yàn)槔鋮s塔是靠塔內(nèi)水的蒸發(fā)（通過中央空調(diào)主機(jī)）而帶走建筑物中的熱量，再大就不經(jīng)濟(jì)了，主機(jī)也會(huì)自動(dòng)保護(hù)停機(jī)。

    水源熱泵主機(jī)在夏季既可以利用井水制冷，也可利用冷卻塔制冷。如采用冷卻塔，?T為5 ℃，機(jī)組冷卻水的進(jìn)水是30-32 ℃，排出水溫是35-37 ℃ ，冷卻水的平均溫度為32.5—34.5℃。如果采用井水，假如井水的進(jìn)水是18 ℃，溫差?T是16℃，此時(shí)排出水溫是34 ℃，井水的平均溫度為26℃，冷卻效果遠(yuǎn)優(yōu)于冷卻塔標(biāo)準(zhǔn)工況。

    實(shí)際上，在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)設(shè)計(jì)最大負(fù)荷的時(shí)段所占的比例只有4-5% ，即使溫差?T取18℃計(jì)算井水量，在流量不變的前提下，實(shí)際運(yùn)行溫差在絕大多數(shù)時(shí)段為10--12℃ 。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以將水源熱泵井水溫差擴(kuò)大到16℃ 。

 
    依據(jù)臺灣漢鐘RC520 H-CR的參數(shù)表以及上述計(jì)算公式，可得出單臺主機(jī)夏季運(yùn)行各參數(shù)下表：

    根據(jù)上表計(jì)算可知：井水進(jìn)出水溫差Δt設(shè)定值變化時(shí)，熱泵的能效比COP（輸出量/壓縮機(jī)+潛水泵耗電量）如下：

Δt =6℃ 時(shí)    COP=4.63
Δt =8℃ 時(shí)    COP=4.63
Δt =12℃ 時(shí)   COP=4.55
Δt =16℃ 時(shí)   COP=4.20
Δt =16℃與Δt =8℃相比，井水需求量減少了52%，能效比僅減少了9.2%  。
 

      冬季，依據(jù)臺灣漢鐘RC520 H-CR的參數(shù)表以及上述計(jì)算公式，可得出單臺主機(jī)運(yùn)行各參數(shù)下表：
 

    根據(jù)上表計(jì)算可知：井水進(jìn)出水溫差Δt設(shè)定值變化時(shí)，熱泵的能效比COP（輸出量/壓縮機(jī)+潛水泵耗電量）如下：

 
Δt =6℃ 時(shí)    COP=3.96
Δt =8℃ 時(shí)    COP=4.0
Δt =10℃ 時(shí)   COP=3.95
Δt =12℃ 時(shí)   COP=3.82
Δt =12℃與Δt =6℃相比，井水需求量減少了60%，能效比僅減少了3.5%。

 
   注：上述分析適合于地下水溫較高的寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)，東北地區(qū)淺層地下水出水水溫只有8℃左右，冬季Δt最大值也只能取7℃ ，應(yīng)區(qū)別對待。