防護工程水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行分析

謝凌云

棗莊礦業(yè)集團信誠設計研究有限責任公司 山東棗莊 277000

能源與環(huán)境是當前面臨的嚴重問題，而能量回收技術成為解決這一問題的重要途徑。作為高效節(jié)能裝置，熱泵通過回收與轉(zhuǎn)換技術將空氣、水以及土壤中的能量運用到建筑系統(tǒng)來降低常規(guī)能源消耗，因此對熱泵的理論與技術研究已成為工程科學的前沿。水環(huán)熱泵是特殊的水源熱泵，它利用由水/空氣熱交換器組成的閉式水環(huán)路回收建筑內(nèi)部余熱并進行冷、熱量轉(zhuǎn)移與分配來滿足冷、熱需求。

1 系統(tǒng)形式

水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是由數(shù)量眾多、形式各異的水源熱泵機組，通過一套兩管制水環(huán)路并聯(lián)連接的空調(diào)系統(tǒng)。當整個系統(tǒng)中有一部分房間需要供冷而另一部分房間需要供暖時，制冷模式的熱泵將向水環(huán)路中排放熱量；供熱模式的熱泵機組從水環(huán)路中吸取熱量。這種排熱和吸熱同時在水環(huán)路中發(fā)生，從而達到有效利用房間內(nèi)余熱的目的。當冷熱無法抵消時，會導致循環(huán)水溫上升或者下降。循環(huán)水溫度應維持在16℃-32℃。當溫度達到上限時，開啟冷卻塔排熱；當溫度達到下限時，開啟輔助熱源補熱。

2 空氣源-水環(huán)熱泵國內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀30年代以來，國外對熱水器的研究首次投入熱水泵的使用。此后，美國、前蘇聯(lián)、澳大利亞和歐洲對熱泵了解很多。理論研究主要包括熱泵的熱原理、熱泵的結構和系統(tǒng)的設計原理。在實踐中，重點是大型建筑物或建筑物的加熱、加熱、冷卻、室外或室外露天池、熱增量和建筑物利用率等應用。泵在美國、日本和西歐等國家廣泛使用，但其發(fā)展模式存在很大差異。美國首先開發(fā)了一種基于機組的空調(diào)加熱泵，重點生產(chǎn)低熱源空調(diào)加熱冷卻設備，其次開發(fā)了主要用于商業(yè)建筑的熱水泵和水泵系統(tǒng)。由于資源較少，能源依賴度較高，日本主要面向小型氣動泵。西歐自50年代初以來開展了大量的熱泵研究，主要側重于大型熱泵的開發(fā)，廣泛應用于集中供熱或區(qū)域供熱。與發(fā)達國家相比，國家熱泵的應用和發(fā)展較為滯后。以二次送風熱泵系統(tǒng)的渦旋壓縮機為基礎，進行了詳細的研究和施工，以提高低溫下加熱送風的熱性能。測試表明，系統(tǒng)能夠有效地解決低溫導致的溫度降低和排氣溫度過熱問題。安裝聚合機器的單壓縮機的部署可能會在不同的情況下造成干擾，具體取決于操作條件。但同時，機器結構是通過壓縮與變換器技術相結合，在雙層壓縮的基礎上，詳細設計了雙層熱泵系統(tǒng)，以提高低溫熱水泵系統(tǒng)的性能[1]。該系統(tǒng)的熱量通過將頻率納入基于兩級壓縮和低壓壓縮機頻率增加的雙壓力泵系統(tǒng)來增加。通過兩級壓縮和低壓壓縮機頻率調(diào)節(jié)提高系統(tǒng)熱增益系數(shù)。同時，基于兩級壓縮降低壓縮機排氣溫度。測試表明，它們有能力通過穩(wěn)定、均勻加熱、加熱、應用、熱泵滿足寒冷氣候區(qū)需要的室外需求，來加熱冷[2]。

3 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的主要優(yōu)點

①加熱水箱集有自己的冷水源，可以獨立控制，以達到用熱或冷卻液運行的機器數(shù)量。該系統(tǒng)的節(jié)能估算接近非極性轉(zhuǎn)速比冷水設備，運行成本較低；水泵的配電系統(tǒng)在回水上裝有電氣-T閥，通過打開和關閉水泵來關閉。氣候回歸泵具有基于智能電流流量控制BA的變頻控制，實現(xiàn)了自動控制以實現(xiàn)節(jié)能。②環(huán)內(nèi)熱損失明顯低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。由于加熱水箱系統(tǒng)熱水循環(huán)中的水溫大約等于其周圍的溫度恒定范圍內(nèi)，因此運輸過程中冷卻過程中的水消耗的能量遠低于傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。③合適的低功耗設備。對于選擇熱水泵時工藝、流量和性能要求的優(yōu)化規(guī)劃，推薦一種合適的低功耗泵產(chǎn)品。此外，在選擇用于優(yōu)化氣流、氣流和性能的風扇時，小型低功耗風扇可在配電容量中實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)能。④冷卻塔可選配節(jié)能冷卻塔。負冷卻塔的入口和出口溫度為28℃/32℃，而普通冷卻塔的入口和出口溫度通常為32℃/37℃。

4 環(huán)路水溫控制模型

在對水環(huán)熱泵的系統(tǒng)運行進行研究時，主要解決以下問題:①傳統(tǒng)水環(huán)熱泵運行模式和本文所提最佳環(huán)路水溫控制運行模式相比，哪種模式更能降低系統(tǒng)運行能耗。②需要確定一個因子來衡量整個工程中空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況，便于比較哪種運行模式更加節(jié)能。傳統(tǒng)水環(huán)熱泵控制模式：當環(huán)路中的循環(huán)水溫度達到其允許最大值時，打開空調(diào)水庫水泵，通過換熱器降低循環(huán)水溫度到規(guī)定范圍內(nèi)；當環(huán)路中的循環(huán)水溫度達到其允許的最小值時，打開輔助熱源設備，加熱循環(huán)水溫度到規(guī)定范圍內(nèi)[3]。當循環(huán)水溫處于16℃-32℃時，水環(huán)熱泵系統(tǒng)處于較節(jié)能的狀態(tài)。因此，本文的循環(huán)水溫度工作范圍定為16℃-32℃。最佳環(huán)路水溫控制模型以循環(huán)水為研究對象，利用熱泵自身性質(zhì)將建筑負荷轉(zhuǎn)化為循環(huán)水能量。將某一時刻系統(tǒng)看作穩(wěn)態(tài)，找出最佳循環(huán)水溫。建筑負荷變化，即循環(huán)水溫發(fā)生變化打破原有平衡，通過搜索算法尋找最佳水溫。

5 結語

經(jīng)分析得出結論：①水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)可以有效解決目前防護工程普遍存在的單一送風狀態(tài)點無法分區(qū)調(diào)溫調(diào)濕、人員舒適性差及能耗大等問題。②水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠兼顧戰(zhàn)時使用和平時維護需求。防護工程平時維護期間，水環(huán)熱泵可以將通信機房等房間的余熱量轉(zhuǎn)移到不使用的房間，基本無需輔助冷源就能平衡工程內(nèi)部的冷熱負荷。在戰(zhàn)時使用時，大部分房間都是制冷模式，工程內(nèi)冷熱無法平衡，開啟輔助冷源，水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)能夠繼續(xù)運行。