2．6水源热泵机组

2．6　水源热泵机组

水源热泵机组是以地能（地下水、土壤、地表水、污水等）为主要能源，辅以电能，通过热泵设备将低品位再生能源提升为较高品位能源。水源热泵技术不受环境和气候的影响，运行稳定，不会产生风冷热泵机组的结霜和因向外界大量排热而产生的城市热岛效应等问题。水源热泵机组的运行性能稳定，机组供冷供热能效值较高。

2．6．1　机组运行范围

1）机组运行水温范围

为了使水源热泵机组安全稳定的运行，通常对进出热泵机组的水温要求如表2．2所示。

表2．2　机组运行水温范围

当机组冷凝器进水温度低于20℃时，需用水阀进行冷凝压力控制。

2）机组的防冻保护

当机组所处地的气温可能达到0℃以下时，须增加防冻结措施，以保护机组的运行。根据当地的气候条件，给机组冷水回路增添足够浓度的乙二醇溶液，以保证机组能运行在比当地最低温度还要低10℃的气候条件。

2．6．2　地埋管地源热泵系统

冬季，地埋管地源热泵通过热泵将大地中的低位热能提高，对建筑供暖，同时使大地中的温度降低，即蓄存冷量以备夏季使用；夏季通过热泵将建筑内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时在大地中蓄存热量，以备冬季使用。这一特点决定了该项技术适用于夏热冬冷且冬夏冷热负荷相当的地区。若该系统在冷热负荷不平衡的情况下长时间运行，将会使土壤温度逐渐上升或下降，导致地埋管换热器换热环境恶化，换热效率下降，从而影响热泵机组的效率和运行的经济性。因此，维持地源热泵地埋管换热器系统的吸、排热平衡不仅是地源热泵系统正常、高效运行的可靠保证，也是保护地下环境的必要措施。

根据实测和理论计算，建议冷热不平衡率20%为界限，即当不平衡率较小的情况下，由于土壤本身具有一定的热扩散能力和蓄热能力，热量不平衡对热泵的运行影响不大，不需要采取措施。当热平衡率相差大于20%以上，需要采取辅助措施（辅助供热或辅助冷却）。

在重庆地区，系统的释热量通常大于吸取热量。在地源热泵系统的设计时，可按照冬季工况选择地埋管换热器、热泵机组及其附属设备的容量和型号，而夏季高出冬季的那部分负荷则采用辅助冷却的方式来补充。辅助冷却方式有：采用带有冷凝热回收装置提供生活热水的地源热泵系统和采用冷却塔、冷却水池等辅助冷却设备的复合式地源热泵系统。

1）带冷凝热回收的地源热泵系统

带冷凝热回收装置的地源热泵系统是在热泵系统的压缩机与冷凝器之间加装了一个板式换热器装置，其原理如图2．1所示。

由压缩机排出的高温高压的制冷剂气体首先经过换热器，将热量传给生活热水从而使得进入冷凝器的制冷剂温度大大降低，经过处理过的自来水在换热器中得到热量，被加热后流入生活热水贮水箱，经过循环后达到60℃的生活热水用水标准时，供应生活热水。这种方式在夏季时不仅降低了冷凝温度，提高了机组的性能，而且使废热得到有效利用，提供了生活热水；但冬季时要消耗部分地源热泵的有效热量。

2）复合式地源热泵系统

复合式地源热泵系统主要由冷却塔及其附属设备、地埋管换热系统和热泵系统构成，其原理如图2．2所示。

冷却塔-地源热泵系统的控制方式主要有以下3种：

①当通过地埋管换热器进入热泵冷凝器的水温达到并超过设定温度时，开启冷却塔进行辅助散热。

②当通过地埋管换热器进入热泵冷凝器的水温与室外湿球温度的差值超过设定值时，开启冷却塔辅助散热。

图2．1　带冷凝热回收的地源热泵系统原理图

图2．2　冷却塔-地源热泵复合系统原理图

③固定冷却塔的开启时间：每天的一段时间或者是每年中的几个月时间开启冷却塔辅助散热；或者根据土壤温度场的恢复特性，在间歇期开启冷却塔辅助散热。

具体应用时根据系统特性，经比较选择最优的运行控制策略。

2．6．3　地表水源热泵机组

水的比热容大，设备传热性能好，所以换热设备较紧凑；江、河、湖及污水的水温变化较室外空气温度的变化要小，因而地表水源热泵的运行工况比空气源热泵的运行工况要稳定。城市地表水是优质的低温位热源，是水-水热泵或水-空气热泵的理想低温热源。

①地表水流经管道和设备时，在换热表面上易发生积垢、微生物贴附生长形成生物膜、污水中的油贴附在换热表面上形成油膜，漂浮物和悬浮固形物等堵塞管道和设备的入口，最终出现流动阻塞和由于热阻的增加而恶化传热过程。

②地表水常引起管道和设备的腐蚀问题，尤其是污水中的硫化氢易使管道和设备腐蚀生锈。

③由于地表水流动阻塞使换热设备流动阻力不断增大，引起系统水量的不断减少，同时传热热阻的不断增大，又引起传热系数的不断减少，故地表水源热泵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。

防堵塞和防腐蚀问题是地表水源热泵空调系统运行中的重要的关键问题，其问题解决的好坏，是地表水源热泵空调系统成功与否的关键。通常采用的地表水取排水系统的运行调节技术措施为：

①由于二级出水和中水水质较好，在可能的条件下，宜选用二级出水或者中水作为污水源热泵的热源和热汇。

②在设计中，宜选用便于清污物的淋激式蒸发器和浸没式蒸发器。

③在系统中的换热管中设置自动清洗装置，去除因溶解于污水中的各种污染物而沉积在管道内壁的污垢。目前常用胶球型自动清洗装置、钢刷型自动清洗装置等。

④加强日常运行的维护保养工作是不可忽视的防堵塞、防腐蚀措施。如每日3～6次水力冲洗，每月对换热器进行一次高压反冲洗。

⑤对取水高差较大的系统，应考虑排水位能回收，位能回收效率可达50%～70%，节能潜力可观。