YORK水源热泵设计.pdf

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本手册中包含了水/地源热泵系统的基本原理，系统分类及特点，设计指南等；并可作为独立的工具，对江森自控的多款水/地源热泵机组进行快速选型。

无论建筑的用途、大小和处于何种气候条件，我们都可以为其提供最佳的空气环境。

目录第一章水/地源热泵系统基本知识1.1水地源热泵工作原理1.2水地源热泵系统基本构成1.2.1冷热源侧系统1.2.2水源热泵机组1.2.3用户侧系统1.3常用水地源热泵系统分类1.水地源热泵系统优势第二章系统应用设计指南2.1地下水源热泵系统2.1.1地下水源热泵系统特点2.1.2地下水源热泵系统设计2.1.3地下水源热泵机组的选择2.1.江森自控地下水源热泵系统实例2.1.相关设计标准参考2.2地表水源热泵系统2.2.1地表水源热泵系统特点2.2.2地表水源热泵系统设计2.2.3地表水源热泵机组的选择2.2.海水源热泵系统设计注意事项2.2.江森自控地表水源热泵系统实例2.2.相关设计标准参考2.3地下埋管水源热泵系统2.3.1地下埋管水源热泵系统特点2.3.2地下埋管水源热泵系统设计2.3.3地下埋管水源热泵机组的选择2.3.江森自控地下埋管水源热泵系统实例2.3.相关设计标准参考2.污水源热泵系统2.1污水源热泵系统特点2.2污水源热泵系统设计2.3防堵与防腐蚀的技术措施2.污水源热泵机组的选择2.原生污水源热泵运行稳定性差及改善措施2.江森自控污水源热泵系统实例2.相关设计标准参考第三章江森自控约克水/地源热泵产品3.1螺杆式水源热泵系列3.2双压缩机串联离心式水源热泵系列55556678999101212121313131414151717171719202021212122222223232424271.1水地源热泵工作原理水/地源热泵（UnderGround/Ground-sourceHeatPump）是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）或者是人工再生水源（工业废水、地热尾水等）的低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移，既可供热又可制冷的高效、环保、节能的空调系统。

地球表面浅层水源（一般在1000米以内）和土壤源，如地下水、地1.2水地源热泵系统基本构成水/地源热泵空调系统主要由三部分组成：

室外地能换热系统、水源热泵机组和室内采暖空调末端系统，如图1.2所示。

其中水源热泵机主要有两种形式：

水水式或水空气式。

三个系统之间靠水或空气换热介质进行热量的传递，水源热泵与地能之间换热介质为水，与建筑物采暖空调末端换热介质可以是水或空气。

本书主要介绍水-水式系统。

1.2.1冷热源侧系统冷热源侧系统主要是指从水源热泵机组到取水终端或埋管终端的所有设备及管路系统。

对于地下水水源热泵空调系统而言，冷热源侧系统主要指取水井、回灌井以及从水井到水源热泵机组之间的辅助设备和管线；而对于地表水水源热泵空调系统而言，冷热源侧部分主要指河流、湖泊较稳定的适合水源热泵使用的水体，以及从水源到水源热泵机组之间的辅助设备和管线；对于埋管式土壤源应用系统，冷热源侧系统主要指从土壤源到水源热泵机组之间的管线及辅助换热设备。

表的河流、湖泊和海洋以及土壤中，吸收了太阳进入地球的大量的辐射能量，并且温度一般都十分稳定。

水/地源热泵技术的工作原理就是：

在夏季将建筑物中的热量“取”出来，释放到水体或土壤中去，由于水源或土壤温度低，所以可以高效地带走热量，以达到夏季给建筑物室内制冷的目的；而冬季，则是通过热泵机组，从水源或土壤中“提取”热能，送到建筑物中采暖。

图1.1：

水/地源热泵工作原理示意图图1.2：

水/地源热泵系统结构图第一章水/地源热泵系统基本知识1.2.2水源热泵机组该部分是整个水源热泵空调系统的核心部分，机组通过消耗少量的电能，夏季产出冷冻水送进空调房间给房间供冷；冬季产出热水送进供暖房间给房间供暖。

水源热泵空调机组和其它电制冷式空调机组的制冷、制热基本原理相同。

其主要部件为：

压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器。

通过阀门的切换来实现冬夏季节的工况转换。

如图1.2.2所示：

由于水源热泵机组冬夏两季的工况不同，机组的压头需要随工况的切换而调节，所以相对来说，压头可变的螺杆机更适合于做水源热泵机组。

由于目前水源热泵系统也向大型化发展，离心机水源热泵机组也时常有应用。

如果是单级离心机组，由于离心压缩机本身的特点，压头可变的范围比较狭窄，对变工况的适应能力较差，而且压比有限，难以得到较高的压头，并且容易出现“喘震”情况给机组带来伤害。

故在大型水源热泵系统中，推荐使用复叠式（即两个压缩机串联）离心机组，不仅可适应变压头的应用，而且其具有更宽广的运行范围，可以满足常规单级离心机组无法达到的高压头、高水温、大冷量水源热泵系统的需求。

冷水机组冷凝器蒸发器冷负荷排热冷水机组冷凝器蒸发器热负荷吸热图1.2.2：

水/地源热泵机组工作原理图水源热泵机组性能应符合现行国家标准水源热泵机组GB/T10的相关规定，且满足地源热泵系统运行参数的要求。

水源热泵机组应具备能量调节功能，且其蒸发器出口应设防冻保护装置。

水/地源热泵系统的室内末端分配系统选择相当灵活，可以采用多种方式。

例如：

传统并且使用最多的风机盘管系统，地板采暖方式，全空气系统等。

通常采用风机盘管系统时，空气分布系统的设计主要考虑以下三个方面：

（1）选择安装风管的最佳位置；

（2）根据室内的得热量/热损失计算来选择并确定空气分布器和回风格栅的位置；（3）根据热泵的制冷制热负荷，确定风量和静压力，布置风管的走向，确定风管的尺寸。

室内末端分配系统一般要求既能供热又能供冷，因此设计时必须二者兼顾。

一个不能提供舒适性环境的系统运行时效率必然很低。

水/地源热泵系统通常采用两种类型的送风系统：

吊顶上送风系统和地板四周下送风系统。

1.2.3用户侧系统对于只有一层的建筑来说，热泵系统的送风装置的理想安装位置就是沿房间外墙地板或四周的地板。

这种送风方式是处理过的空气形成一股垂直向上分散的气流，这使系统无论在冬季还是夏季都能保证良好的气流分布和良好的舒适感。

地板下送风系统通常采用吊顶回风或上回风方式回风。

上回风系统中，顶棚周围的热空气由于虹吸作用被吸入回风管内，当系统开始运行时冷空气从地板下向上流动，并充满整个房间。

由于在制冷运行期间，将最热的空气返回系统，故系统的效率较高。

由于经过水/地源热泵系统处理的空气比空气源热泵处理的空气温度高，但比从锅炉出来的空气温度要低，为了保证能有一个舒适的环境，设计的风管和空气分布器应能向室内送入足够的风量。

建筑物内系统的设计应符合现行国家标准采暖通风与空气调节设计规范GB001的规定。

其中，涉及生活热水或其它热水供应部分，应符合现行国家标准建筑给水排水设计规范GB001的要求。

室内的管路分配设计可参照ASHRAE编制的地源热泵工程技术指南（徐伟等译.北京：

中国建筑工业出版社，2001）。

1.3常用水地源热泵系统分类1.3.1地下水热泵系统（地下水打井系统）地下水热泵以地下水为热源和热汇，通过建造抽水井群将地下水抽出，通过二次换热或直接送至水源热泵机组，经提取热量或释放热量后，由回灌井群灌回地下。

1.3.2地表水热泵系统地表水热泵通过直接抽取或者间接换热的方式，利用包括江水、河水、湖水、水库水以及海水作为热泵冷热源。

图1.3.2

（1）：

地表水热泵系统示意图（开式）图1.3.2

（2）：

地表水热泵系统示意图（闭式）1.3.3土壤耦合热泵系统（地埋管系统）土壤耦合热泵即以土壤为热源和热汇的热泵系统，也称为地下埋管换热器地源热泵系统，即在地下埋设管道作为换热器，管道与热泵机组连接形成闭式环路，管道中有液体流动，通过循环将热泵机组的凝结热通过管道散入地下（供冷工况），或从大地吸取热量供给热泵机组向建筑物供热（供热工况）。

图1.3.3

（1）：

土壤耦合热泵系统示意图（水平埋管）图1.3.3

（2）：

土壤耦合热泵系统示意图（竖直埋管）图1.3.1：

地下水热泵系统示意图（地下水打井系统）1.3.4污水源热泵系统污水源热泵系统以城市污水及工业废水为热源，冬季采集来自废水的低品位热能，借助热泵系统将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。

利用污水作为冷热源对建筑进行采暖空调可以直接减少其他短缺能源的消耗，同时还可以达到废物利用的目的，是资源再生利用的有效措施。

图1.3.

（1）：

污水源热泵系统示意图（闭式）1.4水地源热泵系统优势

（1）属清洁能源利用技术水/地源热泵是利用了地球表面或浅层水源及土壤源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

地球表面水源和土壤是一个巨大的太阳能集热器，收集了太阳到达地面%的太阳能量，比人类每年利用能量的00倍还多。

水/地源热泵技术利用储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，为人们提供供暖空调。

同时水源热泵技术利用地下水以及地表水源的过程当中，不会引起区域性的地下以及地表水污染。

水源水经过热泵机组后，只是交换了热量，水质几乎没有发生变化，经回灌至地层或重新排入地表水体后，几乎不会造成对于原有水源的污染。

所以水/地源热泵是一种清洁能源方式，是可持续发展的“绿色装置。

（2）属经济有效的节能技术地球表面或浅层水源及土壤源的温度一年四季相对稳定，以水源来说，一般为102，冬季比环境空气温度高，热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高；夏季比环境空气温度低，制冷的冷凝温度降低使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。

一般情况下，水源热泵的制冷、制热系数可达3.。

与锅炉（电、燃料）供热系统相比，锅炉供热只能将0%以上的电能或00%的燃料内能转化为热量，供用户使用。

与传统的空气源热泵相比，空气源热泵的制冷、制热系数通常为2.23.0，而且在冬季环境温度过低时，空气源热泵将无法工作；水源热泵方式的能量利用效率要比空气源热泵高出0%以上。

（3）系统运行、稳定可靠地球表面或浅层水源及土壤源一年四季温度较恒定，其波动的范围远远小于空气的变动。

使得水源热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

（）环境效益显著开发推广水/地源热泵技术，可代替中小型燃煤锅炉房。

水/地源热泵装置没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，没有任何污染，不会影响城镇的环境质量。

（）一机多用，应用范围广水源热泵系统可实现供暖、空调，供生活热水三联供，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统，大大减少设备初投资。

特别是对于同时有供热和供冷要求的建筑物，水源热泵有着明显的优点。

在污水源热泵系统中，废水/污水经过换热设备后留下冷量或热量返回污水干渠，废水/污水与其他设备或系统不接触，污水密闭循环，不污染环境与其他设备或水系统。

通