一、 水源熱泵空調系統(tǒng)概述

    地表巖土層蘊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。水源熱泵機組在電能的驅動下，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，充分顯示了其一機三用的優(yōu)越特性，廣泛應用于各類建筑物。

 
    地下水供應系統(tǒng)是水源熱泵中央空調的關鍵部分之一，它是整個系統(tǒng)的能量來源，與傳統(tǒng)中央空調系統(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。當空調系統(tǒng)設計值Q確定后，井水流量M變小，井水溫差Δt就需加大，壓縮機耗能增大，潛水泵耗能減小；反之，井水流量M變大，井水溫差Δt減小，壓縮機耗能減小，潛水泵耗能增大。那么，對于一個水源熱泵系統(tǒng)而言，井水溫差取多大，系統(tǒng)的能效比最高、投資最節(jié)?。勘疚膶⒏鶕煌墓r對此作詳細的計算分析。

    二、冬夏季運行不同工況下的能效比計算

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

 
    每小時井水的循環(huán)量計算公式為：

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

    在上述公式中，設計人員容易產生分歧的是 ?T 到底應該取多少。為此我們先了解一下水冷系統(tǒng)中的冷卻塔。按照暖通空調設計規(guī)范，冷卻塔的理論進出水溫度為30/35 ℃，實際運行工況進出水溫度為32/37 ℃ ，?T為5 ℃ ，它是指主機排出的35-37℃冷卻水經冷卻塔冷卻為30-32 ℃再進入主機，如此周而復始地循環(huán)，建筑物的熱量最終靠塔內的水蒸發(fā)而帶走。?T能否再增大呢，不能，因為冷卻塔是靠塔內水的蒸發(fā)（通過中央空調主機）而帶走建筑物中的熱量，再大就不經濟了，主機也會自動保護停機。

    水源熱泵主機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 ℃，機組冷卻水的進水是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，假如井水的進水是18 ℃，溫差?T是16℃，此時排出水溫是34 ℃，井水的平均溫度為26℃，冷卻效果遠優(yōu)于冷卻塔標準工況。

    實際上，在空調系統(tǒng)運行中出現(xiàn)設計最大負荷的時段所占的比例只有4-5% ，即使溫差?T取18℃計算井水量，在流量不變的前提下，實際運行溫差在絕大多數(shù)時段為10--12℃ 。因此，在實際應用中，可以將水源熱泵井水溫差擴大到16℃ 。

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

    根據上表計算可知：井水進出水溫差Δt設定值變化時，熱泵的能效比COP（輸出量/壓縮機+潛水泵耗電量）如下：

Δt =6℃ 時    COP=4.63
Δt =8℃ 時    COP=4.63
Δt =12℃ 時   COP=4.55
Δt =16℃ 時   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，依據臺灣漢鐘RC520 H-CR的參數(shù)表以及上述計算公式，可得出單臺主機運行各參數(shù)下表：
 

    根據上表計算可知：井水進出水溫差Δt設定值變化時，熱泵的能效比COP（輸出量/壓縮機+潛水泵耗電量）如下：

 
Δt =6℃ 時    COP=3.96
Δt =8℃ 時    COP=4.0
Δt =10℃ 時   COP=3.95
Δt =12℃ 時   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℃ ，應區(qū)別對待。