水源熱泵供暖系統(tǒng)供水溫度確定
摘要：水源熱泵供暖系統(tǒng)可以將水的低品位熱能加以利用,，是一種節(jié)能環(huán)保的能源利用方式，但水源熱泵的經(jīng)濟(jì)性受其COP值的影響很大，在影響COP值的各種因素中,，供水溫度的高低是一個(gè)可以適當(dāng)調(diào)整的,、非常重要的因素。為兼顧供暖效果和經(jīng)濟(jì)性,，本文通過對(duì)某一采用全空氣處理機(jī)進(jìn)行采暖空調(diào)的商業(yè)建筑和采用低溫地板輻射采暖的建筑的分析,，認(rèn)為45℃是寒冷地區(qū)較為經(jīng)濟(jì)、合理的采暖供水溫度,。
關(guān)鍵詞：水源熱泵,，制熱性能系數(shù)，COP,，供暖,，供水溫度
引言
因?yàn)樗礋岜霉┡到y(tǒng)能夠?qū)⑼ǔＧ闆r下不能被直接利用的低位熱能從水源（如地下水，湖水,，海水,，城市污水或工業(yè)廢水等等）中取出，提升后并加以利用,，具有良好的節(jié)能環(huán)保特性,，故近年來在國內(nèi)的研究及應(yīng)用愈來愈多。本文擬針對(duì)利用水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行供暖時(shí),，其供水溫度的選擇問題進(jìn)行分析討論,，以便使該系統(tǒng)的優(yōu)越性得到最大限度的發(fā)揮。
供水溫度對(duì)水源熱泵機(jī)組運(yùn)行的影響
在冬季供暖工況下,，如果水源熱泵低溫?zé)嵩磦?cè)的進(jìn)出口水溫不變,，則水源熱泵的供水溫度越高，其制熱性能系數(shù)（COP值）就越低,，提供相同的熱量所需的運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)越高,。以某一廠家HP—4000型機(jī)組為例，通過對(duì)廠家測(cè)試數(shù)據(jù)的回歸分析,，我們可以得到如下的COP值關(guān)系式：
COP=38.136Δt-0.633（1）
其中,，Δt=熱泵機(jī)組采暖用熱水側(cè)水的平均溫度－熱泵機(jī)組低溫水源側(cè)水的平均溫度，即：
Δt=(th,i+th,o)/2－(tc,i+tc,o)/2
th,i——熱泵機(jī)組供暖用熱水的回水溫度,，℃,；
th,o——熱泵機(jī)組供暖用熱水的供水溫度，℃,；
tc,i——熱泵機(jī)組低溫?zé)嵩磦?cè)的進(jìn)水溫度,，℃，這里取10℃,；
tc,o——熱泵機(jī)組低溫?zé)嵩磦?cè)的出水溫度，℃,，這里取5℃,；
由回歸關(guān)系式（1）可以得到在低溫?zé)嵩磦?cè)水的進(jìn),、出口溫度不變的情況下，不同的采暖供,、回水溫度時(shí),，水源熱泵機(jī)組的COP值，見表1,。
從表1中看到,，當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩磦?cè)水的進(jìn)、出口溫度不變時(shí),，熱泵機(jī)組的供水溫度和供,、回水溫度的差值對(duì)機(jī)組的COP值都有影響，但供水溫度的影響更大一些,，這也說明熱泵供水溫度的選擇更加重要,。
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合理的熱泵供水溫度的選擇
通過上面的計(jì)算與分析可知，利用水源熱泵機(jī)組進(jìn)行冬季供暖時(shí),，供水溫度越低,，機(jī)組的COP值越大，經(jīng)濟(jì)性越好,，但供水溫度也不能過低,，否則將導(dǎo)致末端散熱設(shè)備過大或無法滿足散熱設(shè)備對(duì)供水溫度的內(nèi)在要求。顯然,，合理的供水溫度應(yīng)該是既能滿足用戶的用熱需求,，同時(shí)又有最佳的經(jīng)濟(jì)性。下面將結(jié)合兩種典型的,、經(jīng)常與水源熱泵系統(tǒng)相結(jié)合的采暖方式,，分別加以討論。
2.1采用全空氣處理機(jī)進(jìn)行采暖與空調(diào)的建筑
這里以大連市某一工程為例來討論,。大連地區(qū)的建筑物,，其夏季的冷負(fù)荷指標(biāo)通常都大于冬季的熱負(fù)荷指標(biāo)，本工程也不例外,，冷,、熱負(fù)荷指標(biāo)分別為150w/m2和100w/m2。由于單位面積的冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷,，故在選擇空氣處理機(jī)的時(shí)候,，應(yīng)根據(jù)夏季的冷負(fù)荷來進(jìn)行。現(xiàn)以一臺(tái)額定處理風(fēng)量為10000m3/h的空氣處理機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算：
該機(jī)組在標(biāo)準(zhǔn)制冷工況下的額定制冷量為70kw,，我們按150w/m2的冷負(fù)荷指標(biāo)選定一個(gè)該空氣處理機(jī)剛好能夠承擔(dān)的基本空調(diào)單元,，其面積為M，則M=70×103/150=467（m2）；而該空調(diào)單元上的熱負(fù)荷為Qh=100×467=46.7(kw),，當(dāng)該空氣處理機(jī)的處理風(fēng)量為10000m3/h,，空氣進(jìn)口溫度為20℃時(shí)，其在不同的供,、回水溫度下的制熱量見下表2：
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根據(jù)表2,，即使供水溫度為40℃，空氣處理機(jī)的制熱量也滿足了室內(nèi)熱負(fù)荷（46.7kw）的需要,，但是,，對(duì)于全空氣系統(tǒng)來講，冬季室外新風(fēng)的熱負(fù)荷也應(yīng)該由空氣處理機(jī)來承擔(dān),，對(duì)于一般的舒適性空調(diào)系統(tǒng),，新風(fēng)量經(jīng)常占總送風(fēng)量的10~20%，這里應(yīng)按不利的情況來考慮,，即新風(fēng)百分比為20%,，此時(shí)由新風(fēng)所帶來的熱負(fù)荷（大連地區(qū)冬季空調(diào)室外空氣計(jì)算溫度為－14℃，相對(duì)濕度58%,，室內(nèi)空氣溫度取為20℃,，相對(duì)濕度60%）為：
Qo=cp·ρ·V·Δt=1.01×1.2×10000×20%×(20+14)/3600=22.9(kw)
故空氣處理機(jī)實(shí)際應(yīng)承擔(dān)的熱負(fù)荷為Qh+Qo=46.7+22.9=69.6(kw)。從表2中可知,，空氣處理機(jī)的供水溫度至少應(yīng)為45℃,，另外，通過對(duì)水源熱泵經(jīng)濟(jì)性的模擬分析[1],，我們也得出了供水溫度越低,，經(jīng)濟(jì)性越好的結(jié)論，但45℃是否就是經(jīng)濟(jì)合理的選擇呢,？我們認(rèn)為還應(yīng)校核空氣處理機(jī)的出風(fēng)（或送風(fēng)）溫度,，即為避免可能出現(xiàn)的冷吹風(fēng)感，送風(fēng)溫度最好還要高于人體的平均皮膚溫度,。根據(jù)RohleshNevins的關(guān)于人體平均皮膚溫度tsk的實(shí)驗(yàn)回歸公式[2]：
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結(jié)論與建議
3.1結(jié)論
通過本文的計(jì)算與分析,可得到如下結(jié)論:
（1）對(duì)于位于象大連這樣寒冷地區(qū)的建筑,，如果采用水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行全年的空調(diào)和采暖，當(dāng)末端設(shè)備采用全空氣處理機(jī)時(shí),，冬季時(shí)熱泵的供,、回水溫度最好選為45/40℃，以取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果,；
（2）對(duì)于采用低溫地板輻射采暖的建筑,，熱水供、回水溫度為45/40℃或45/35℃時(shí),，一般都可以滿足供暖要求,。也就是說,，對(duì)于采用水源熱泵機(jī)組供暖的建筑，采暖熱水的供水溫度為45℃時(shí),，既能滿足冬季供暖要求,，又能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益,。
3.2建議
（1）由于水源熱泵系統(tǒng)具有節(jié)能與環(huán)保的特點(diǎn)[1],，故對(duì)于附近有低溫水源地區(qū)的建筑，若其全年需要空調(diào)與采暖,，建議優(yōu)先考慮水源熱泵系統(tǒng)作為該建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源,；
（2）嚴(yán)寒地區(qū)，如采用水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行采暖與空調(diào),，其冬季的供水溫度可參照本文中的方法進(jìn)行校核,，選取能夠滿足建筑采暖要求的，并盡可能低的供水溫度作為供暖設(shè)計(jì)供水溫度,。
參考文獻(xiàn)
1 金招芬,，朱穎心.建筑環(huán)境學(xué).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001,，12
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