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1、会计学1暖通空调热泵技术课件第五章暖通空调热泵技术课件第五章第五章第五章 水源热泵空水源热泵空调系统调系统5-1 水源热泵机组一、定义n n又称水源热泵。它是指以水为热源又称水源热泵。它是指以水为热源（或热汇）的、可以进行制冷（或热汇）的、可以进行制冷/制热制热的一种整体式热泵机组。它在制热时的一种整体式热泵机组。它在制热时以水为热源，而在制冷时以水为热汇。以水为热源，而在制冷时以水为热汇。n n有有水水/空气空气和和水水/水水两种水源热泵机组。两种水源热泵机组。二、分类（根据低品位热源）n n水源热泵（水源热泵（Water-Source Heat PumpWater-Source Heat
2、Pump）n n地下水源热泵（地下水源热泵（Ground Water-Source Ground Water-Source Heat PumpHeat Pump）n n地源闭式环路热泵（地源闭式环路热泵（Ground-Source Ground-Source Closed-LoopClosed-Loop）第1页/共27页三、水/空气热泵机组 n n工作原理（图工作原理（图5-15-1）n n类型：暗装机组、明装机组（安装方类型：暗装机组、明装机组（安装方式）；整体机组、分体机组（结构形式）；整体机组、分体机组（结构形式）式）四、水/水热泵机组 n n说明说明：与与冷水机组冷水机组的不同之处：的
3、不同之处：n n水水/水热泵的功能为水热泵的功能为一机两用一机两用，或，或一机三用一机三用；水水/水热泵的制热工况水热泵的制热工况与制冷工况相差较大；与制冷工况相差较大；小型水小型水/水水热泵机组中通过热泵机组中通过四通换向阀四通换向阀，实现制，实现制热工况与制冷工况的转换。热工况与制冷工况的转换。第2页/共27页五、运行特性五、运行特性n n说明：生产厂家为了便于用户选用水源热泵机组，在产品样本上给出额定工况下机组的性能参数和运行特性。n n分析：P130，图5-4第3页/共27页5-2 地下水源热泵空调系统一、组成与工作原理一、组成与工作原理1 1、组成：、组成：浅层地能采集系统、水源热泵
4、机组（水/水热泵或水/空气热泵）、室内采暖空调系统、控制系统。2 2、工作原理：图、工作原理：图5-55-5第4页/共27页二、设计要点二、设计要点n n包括建筑物内的空调系统的设计和水井系统（地下水换热系统）的设计两大部分n n说明：空调系统的设计同空气调节；地下水换热系统设计包括：工程场区调查与地下水水文地质勘（编写勘察报告，P132）地下水间接供水和直接供水系统系统形式的选择（水质要求，P132）工程项目所需的地下水总水量的确定（公式5-15-2，P133）热源井（抽水井和回灌井的总称，主要有管井、大口井、辐射井等，表5-15-2，P133）第5页/共27页三、地下水回灌技术1、目的n
5、n保护地下水资源保护地下水资源n n改善和提高浅层地能（热）的利用效率改善和提高浅层地能（热）的利用效率n n保持含水层内的压力保持含水层内的压力2、方法与灌抽比n n重力回灌（无压自流回灌）重力回灌（无压自流回灌）n n压力回灌（加压回灌）压力回灌（加压回灌）n n灌抽比（同一井的回灌水量与其抽水量灌抽比（同一井的回灌水量与其抽水量之比）之比）第6页/共27页3 3、问题与对策、问题与对策n n说明：回灌能力下降n n原因：井孔、岩石表面和地层结构内发生堵塞。n n分析：引起堵塞的因素有：悬浮物堵塞；气泡堵塞；化学沉淀堵塞；微生物的生长；含水层细颗粒介质重组。n n对策：监测；回扬；维护与管
6、理；再生与处理。第7页/共27页 5-3 5-3 地表水源热泵空调系地表水源热泵空调系一、地表水换热系统的形式1、开式地表水换热系统 n n通过取水口，并经简单污物过滤装置处通过取水口，并经简单污物过滤装置处理，然后在循环泵的驱动下，将处理后理，然后在循环泵的驱动下，将处理后的地表水直接送入热泵机组或通过中间的地表水直接送入热泵机组或通过中间换热器进行换热的系统，换热器进行换热的系统，图图5-75-7。2、闭式地表水换热系统n n将封闭的换热盘管按照特定的排列方式将封闭的换热盘管按照特定的排列方式放入具有一定深度的地表水体中，传热放入具有一定深度的地表水体中，传热介质通过换热盘管管壁与地表水进
7、行热介质通过换热盘管管壁与地表水进行热交换的系统，交换的系统，图图5-85-8。第8页/共27页3 3、比较、比较 n n闭式循环介质较清洁，可避免内部堵塞，但盘管外部可能会结垢。n n闭式环路系统水泵扬程只需克服系统中的流动阻力，可减少泵功率。n n闭式循环机组的EER或COP相对开式系统略低。第9页/共27页二、地表水的特点及影响二、地表水的特点及影响n n水温随季度而变，类似空气源热泵，为避免盘管换热器结冰，水温应保持较高。否则，在冬季运行时，应选用防冻剂水溶液作为换热盘管的换热介质（如氯化钙水溶液、乙醇或乙二醇水溶液等）n n选用湖水与池水时，其表面面积和深度要与热负荷相适应。n n要
8、根据地表水水质的不同采用合理的水处理方式。n n江河的径流特征值（水位、流量、流速等）是确定地表水源热泵取水位置、取水构筑物形式与结构的主要依据。第10页/共27页三、地表水换热系统勘察n n地表水水源性质、水面用途、深度、面地表水水源性质、水面用途、深度、面积及其分布积及其分布n n不同深度的地表水水温以及水位动态变不同深度的地表水水温以及水位动态变化化n n地表水流速和流量动态变化地表水流速和流量动态变化n n地表水水质及其动态变化地表水水质及其动态变化n n地表水利用现状地表水利用现状n n地表水取水和回水的适宜地点及路线地表水取水和回水的适宜地点及路线第11页/共27页5-4 海水源热
9、泵空调系统n n说明：是地表水源热泵空调系统中的一种。海水源热泵空调系统设计和运行中应充分注意防止海水的腐蚀、防治和清除海生物、冬季海水温度过低（3），采取一些特殊的技术措施。一、大型海水源热泵站一、大型海水源热泵站1 1、组成、组成n n海水取水构筑物、海水泵站、热泵站、供热与供冷管网、用户末端供热供冷系统2 2、原理图、原理图 （图5-12）第12页/共27页二、特殊技术措施1、防止海水腐蚀的主要措施n n采用耐腐蚀材料及设备（采用耐腐蚀材料及设备（铜、钛合金、铜、钛合金、非金属材料等非金属材料等）n n表面涂敷防护（表面涂敷防护（环氧树脂漆、环氧沥青环氧树脂漆、环氧沥青涂料、硅酸锌漆等涂
10、料、硅酸锌漆等）n n采用阴极保护（采用阴极保护（牺牲阳极保护法、外加牺牲阳极保护法、外加电流的阴极保护法电流的阴极保护法）n n采用抗硅酸盐水泥及制品，或采用混凝采用抗硅酸盐水泥及制品，或采用混凝土表面涂敷防腐技术。土表面涂敷防腐技术。第13页/共27页2、防治和清除海生生物的主要方法n n设置过滤装置（设置过滤装置（拦污栅、隔栅、筛网等拦污栅、隔栅、筛网等）n n投放药物（投放药物（氯气、二氧化氯、臭氧、异氯气、二氧化氯、臭氧、异氰尿酸酯等氰尿酸酯等）n n电解海水法（电解海水法（产生次氯酸钠可杀死海洋产生次氯酸钠可杀死海洋生物幼虫或虫卵生物幼虫或虫卵）n n含毒涂料防护法含毒涂料防护法n
11、 n安装换热器和管道自动清洗装置安装换热器和管道自动清洗装置3、海水温度过低可采取的措施n n机组采用双级运行机组采用双级运行n n增加海水流量，减小海水的供回水温差。增加海水流量，减小海水的供回水温差。第14页/共27页5-5 污水源热泵空调系统一、污水源热泵的特殊问题一、污水源热泵的特殊问题n n污水流经管道和设备造成污水的流动阻塞和由于热阻的增加而恶化传热过程 n n污水引起管道和设备的腐蚀n n运行稳定性相对于其他水源热泵差，其供热量随运行时间的延长而衰减n n运行管理和维修工作量大 n n由于设备结垢导致机组耗功增加。二、污水源热泵站二、污水源热泵站n n说明：为了提高系统的经济性，
12、常在远离市区的污水处理厂附近建立大型污水源热泵站（MW级），制备热水通过城市管网向用户供热。第15页/共27页三、原生污水源热泵设计应注意的问题三、原生污水源热泵设计应注意的问题n n应在取水设施中设置适当的水处理设备（P145，图5-14）n n应注意利用城市原生污水余热对后续水处理工艺的影响（污水水温降低过大，将影响市政曝气站的正常运行）n n应适当加大污水泵的扬程，或采取技术措施减少污水流动阻力损失n n应适当选用较大的换热器面积，或采取技术措施强化其传热过程。四、污水源热泵形式四、污水源热泵形式n n说明：根据热泵是否直接从污水中取热量污水源热泵，可分为直接式和间接式两种。第16页/共
13、27页n n直接式：污水直接通过热泵、或热泵的蒸发器直接设置在污水池中，通过制冷剂汽化吸取污水中的热量。n n间接式：热泵低位热源环路与污水抽取环路之间设有中间换热器或热泵低位热源环路通过水/污水浸没式换热器在污水池中直接吸取污水中的热量。比较：形式框图（图5-15）n n间接式运行条件较好（热泵机组不会堵塞、腐蚀，但中间换热器容易堵塞和腐蚀）n n间接式系统较复杂，设备（换热器、水泵等）多造价高n n直接式蒸发温度比间接式高23，较节能。第17页/共27页五、防堵塞与防腐蚀技术措施n n在可能的条件下，宜选用在可能的条件下，宜选用二级出水或中二级出水或中水水作污水源热泵的热源和热汇作污水源热
14、泵的热源和热汇 n n宜选用便于清污物的宜选用便于清污物的淋激式蒸发器和浸淋激式蒸发器和浸没式蒸发器没式蒸发器 n n在原生污水源热泵系统中要采取防堵塞在原生污水源热泵系统中要采取防堵塞的措施（设置的措施（设置筛滤器、自动清洗装置、筛滤器、自动清洗装置、加热清洁系统加热清洁系统）n n在原生污水源热泵系统中，宜选用在原生污水源热泵系统中，宜选用钛质钛质传热器和铝塑传热管传热器和铝塑传热管 n n加强日常运行的维护保修工作加强日常运行的维护保修工作 第18页/共27页图图5-1 水源热泵工作原理图水源热泵工作原理图（a）制冷方式运行；（制冷方式运行；（b）供热方式运行）供热方式运行1-全封闭压缩
15、机；全封闭压缩机；2-制冷剂制冷剂/空气热交换器；空气热交换器；3-制冷剂制冷剂/水热交换器；水热交换器；4-四通换向阀；四通换向阀；5-毛细管；毛细管；6-过滤器；过滤器；7-风机风机第19页/共27页图图5-5 典型地下水源热泵系统图示典型地下水源热泵系统图示1-压缩机；压缩机；2-冷凝器；冷凝器；3-节流机构；节流机构；4-蒸发器；蒸发器；5-循环水泵；循环水泵；6-深井泵；深井泵；7-板式换热器；板式换热器；8-热用户；热用户；9-抽水井；抽水井；10-回灌井；回灌井；V1-V8-阀门阀门第20页/共27页图图5-7 开式地表水换热系统开式地表水换热系统第21页/共27页图图5-8 闭
16、式地表水换热系统闭式地表水换热系统 第22页/共27页图图5-12 供热能力供热能力13MW热泵机组的原理图热泵机组的原理图1-取水泵；取水泵；2-蒸发器；蒸发器；3-离心式压缩机；离心式压缩机；4-电动机；电动机；5-变速装置；变速装置；6-冷凝器；冷凝器；7-过冷器；过冷器；8-管网循环泵；管网循环泵；9-管网；管网；10-高压节流阀；高压节流阀；11-闪发器；闪发器；12-低压节流阀低压节流阀第23页/共27页图图5-15 污水源热泵形式框图污水源热泵形式框图 第24页/共27页在夏季，地下水源热泵机组按制冷工况运行时，地下水总水量为：在夏季，地下水源热泵机组按制冷工况运行时，地下水总水
17、量为：在冬季，地下水源热泵机组按制热工况运行时，地下水总水量为：在冬季，地下水源热泵机组按制热工况运行时，地下水总水量为：（5-2）（5-1）第25页/共27页表表5-1 地下水取水构筑物的形式及适用范围地下水取水构筑物的形式及适用范围形式形式尺寸尺寸深度深度适用范适用范围围出水量出水量地下水地下水类类型型地下水埋深地下水埋深含水含水层层厚度厚度水文地水文地质质特征特征管井管井井径井径501000mm，150600mm井深井深201000m，常用，常用300m以内以内潜水，承潜水，承压压水，裂隙水，水，裂隙水，溶洞水溶洞水200m以内，以内，常用在常用在70m以内以内大于大于5m或有或有多多层
18、层含水含水层层适用于任何砂、适用于任何砂、卵石、卵石、砾砾石地石地层层及构造裂及构造裂缝缝隙、岩溶裂隙隙、岩溶裂隙地地带带单单井出水井出水量量5006000m3/d，最大可，最大可达达23 万万m3/d大口井大口井井径井径1.510m，常用，常用36m井深井深20m以内，以内，常用常用615m潜水，承潜水，承压压水水一般在一般在10m以内以内一般一般为为515m砂、卵石、砂、卵石、砾砾石地石地层层，渗透，渗透系数最好在系数最好在20m/d以上以上单单井出水井出水量量5001万万m3/d，最大最大为为23 万万m3/d辐辐射井射井集水井直径集水井直径46m，辐辐射射管直径管直径50300mm，常，常用用75150mm集水井井深集水井井深312m潜水，承潜水，承压压水水埋深埋深12m以以内，内，辐辐射管射管距降水距降水层应层应大于大于1m一般大于一般大于2m补给补给良好的中良好的中粗砂、粗砂、砾砾石石层层，但不可含有但不可含有飘飘砾砾单单井出水井出水量量50005万万m3/d，最大最大为为10 万万m3/d第26页/共27页