摘要：水源熱幫浦空調系統的設計與施工是一項系統性工作，需要從多方面來分析這一工程的特點，本文著重介紹了水源熱幫浦管路設計的六個特點。目前，使用的輔助熱源有多種形式，本文主要介紹了電加熱（即蓄熱）系統；蒸汽加熱系統；空氣源熱幫浦系統等三種形式，並著重介紹了它們各自的優缺點。
關鍵字：電加熱系統蒸汽加熱系統空氣源熱幫浦系統
當今社會環境汙染和能源危機嚴重地威脅著人類地生存與發展，如何理解這一問題已成為全人類的頭等課題。在這種背景下，以環保和節能為特徵的綠色建築和與之相應地空調系統應運而生。而熱幫浦系統正是滿足這些要求的**空調系統之一。
水源熱幫浦具有節能、經濟、執行可靠等特點。目前，國內已有多家水源熱幫浦的專業生產廠，水源熱幫浦空調系統的應用範圍正在逐步擴充套件。
水源熱幫浦技術可利用地球表面淺層水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太陽能和地熱能而形成地低溫低位熱能資源，並採用熱幫浦原理，即通過少量的高位熱能的輸入，把不能直接利用的低位熱能轉化為可以利用的高位能，從而達到節約部分高位能的目的。
在國外，水源熱幫浦技術已經相當成熟；而在我國，對於水源熱幫浦技術的研究才剛剛起步，同國外相比，還存在著差距。
空調熱幫浦按其熱源來分可分為空氣源熱幫浦和水源熱幫浦。
1.1 空氣源熱幫浦的優缺點
從熱幫浦技術被引入中國後，空氣源熱幫浦機組在我國一直有相當廣泛的應用。空氣源熱幫浦系統簡單，初投資較低。空氣源熱幫浦雖然較之以前的冷水機組有許多優點，但是它的缺點也日益暴露出來：
1.1.1 空氣源熱幫浦體型較大，占地面積大
1.1.2 雜訊較高
1.1.3 需要定期除霜
在供熱工況下空氣源熱幫浦的蒸發器上會結霜，需要定期除霜，這也消耗大量的能量，特別是在寒冷地區和高濕度地區，熱幫浦蒸發器的結霜可成為較大的技術障礙。
1.1.4 受室外環境制約
這是空氣源熱幫浦的主要缺點。在遇到夏季高溫和冬季寒冷的天氣時熱幫浦的效率大大降低，而且制熱量隨室外空氣溫度降低而減少，製冷量隨室外溫度公升高而降低，這與建築熱負荷需求趨勢正好相反。
1.2 水源熱幫浦的特點
水源熱幫浦基本上克服了空氣源熱幫浦的上述缺點，並且具有如下的特點：
1.2.1 屬於可再生能源利用技術
水源熱幫浦是具備了利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是乙個巨大的太陽能集熱器，收集了47％的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是乙個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散地相對地均衡。
這使得利用儲存於其中地近乎無限地太陽能或地能成為可能。所以說，水源熱幫浦利用的是清潔的可再生能源地一種技術。
1.2.2 便於計量和收費
空調用電負荷在使用者位置，因此便於空調的計量與收費。這對於使用者合理使用空調系統，節約空調系統的能耗，公平、公正、公開地攤派空調執行管理是很有利的。
1.2.3 執行安全可靠
水源熱幫浦機組的空調系統是可以基本保證全年按使用者的需要開啟空調系統，特別是春秋空調過渡季節均能執行，也就相當於四管制空調系統。一般，水源熱幫浦供、回水的溫度一年四季相對穩定，其波動的範圍遠遠小於空氣的變動。夏季水體作為空調的冷源，冬季作為空調的熱源，水體溫度較恆定的特性，使得熱幫浦機組執行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。
不存在空氣源熱幫浦的冬季除霜等難點問題。
1.2.4 高效節能
水源熱幫浦機組可利用的環境水體溫度冬季為12－22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱幫浦迴圈的蒸發溫度提高，能效比也提高。而夏季水體為18－35℃，水體溫度比環境溫度低，所以製冷的冷凝溫度降低，機組效率提高。據美國環保署epa估計，設計安裝良好地水源熱幫浦，利用江河湖水等，供熱製冷空調的執行費用可30－40％。
1.2.5 靈活應用
有的建築物內，特別在過渡季節，部分區域需要供冷，部分區域需要供熱，水源熱幫浦可以同時供冷和供熱，可以實現建築內冷熱量的轉移和平衡，從而系統少用能源。
1.2.6 節約投資
水源熱幫浦系統不需設冷凍機房，不設大的通風管道，不設大的鍋爐房和沒有冷凍水系統，安裝和投資費用大大減少。
1.2.7 環境效益顯著
水源熱幫浦使用的是電能，電能本身為一種清潔的能源，但在發電時，消耗的是一次能源，其所產生的汙染物和二氧化碳等氣體會對周圍的環境產生影響。所以節能實際上也是減少了汙染。
水源熱幫浦空調系統的設計與施工是一項系統性工作，需要從多方面來分析這一工程的特點。
2.1 水源熱幫浦系統管路設計的特點
水源熱幫浦的管路設計相對於空氣源熱幫浦來說，具有明顯的特點，主要體現在以下幾點：
2.1.1 水管不需要保溫
空氣源熱幫浦機組夏季輸送的是冷凍水，冬季輸送的是熱水，因此，管路系統必須保溫，而水源熱幫浦的空調系統，夏季管內冷卻水供回水設計溫度30℃～35℃，冬季供熱水溫度僅為16℃～21℃，因此，水管路系統可以不保溫，管路系統的初投資與維護費用降低。
2.1.2 開、閉式兩種形式的轉換
水源熱幫浦系統通常由開式（夏季）和閉式（冬季）一套管路兩種形式，季節轉換，即開、閉式系統形式的轉換。
1） 夏季利用開式的原因，開式冷卻塔遠比閉式冷卻塔便宜，如採用板式換熱器，則多了一套水迴圈系統。另外，往板式換熱器的冷卻水往往達不到熱幫浦機組進、出水設計溫度的要求。但是閉式冷卻塔可以保證水質不受汙染，所以採用開式冷卻塔時要注意水的除垢問題。
2） 季節轉換，可通過管路系統中合理設定的閥門進行切換。
2.1.3 重力作用的影響
閉式系統的水力計算中，與各使用者所在的標高關係不太大；而開式系統中與使用者的標高關係密切，即必須考慮高差產生的重力作用，這個作用壓力，對標高低的使用者有利，而對標高高的使用者不利。為解決重力作用產生的上下使用者的水力不平衡的問題，設計時，應將每一層作為乙個獨立的水系統分支，每層支管上應設乙個平衡閥（或流量調節閥）。
2.1.4 管徑的確定
水系統管路各管段管徑的確定，在水力計算中，應按夏季工況考慮，（指長江流域等冬冷夏熱地區）因為夏季的水流量遠大於冬季工況。應計算出合理的管徑，這樣即可以避免管材的浪費，又可以使初投資降低，節約資金。
2.1.5 同程式系統
設計時，水環路盡可能地採用同程式系統，這樣初投資費用雖然有所增加，但有利於保持環路的阻力平衡，這樣空調系統執行效果更加良好。
2.1.6 必要的接管組合
水源熱幫浦需要一些特殊的接管組合，以保證機組的正常工作 。常見的有手動控制流量球閥接管組合，手動文丘里平衡閥組合和自動流量接管組合 。其中手動文丘里平衡閥組合是在手動球閥組合的基礎上增加了乙個用來測流量的文丘里接頭；自動流量接管組合增加了自動流量控制閥，從而可以自動調節，以保證流量。
2.2 水源熱幫浦系統中的構件布置
水幫浦一般布置於輔助裝置（如冷卻塔、鍋爐等）和水源熱幫浦機組之間，這樣布置可使機組的供水管處於水幫浦的壓水段，而補給水管處於水幫浦的吸水段。
水源熱幫浦空調系統原理見示意圖，圖中可反映系統構件（如水過濾器、膨脹水箱、空氣分離器等）典型布置。如需要設定蓄水箱應將其置於水源熱幫浦機組水流下方，這樣，鍋爐可根據需要快速向系統補水。
從下圖可以在總體上了解水環路的連線應注意的事項。其中，不同位置的閥門的作用應特別注意（如季節轉換時的開啟或關閉）。
水源熱幫浦系統中，水管路系統的設計與施工非常重要。一般來說，系統配件管路的造價在整個系統總造價中所佔比例很大，因此需盡可能合理地布置管道。
其中：水源熱幫浦空調系統示意圖
1――空氣源熱幫浦機組 2――輔助熱源臥式迴圈水幫浦 3――單項閥 4――除垢儀 5――y型水過濾器 6――可曲撓接頭 7――開式膨脹水箱 8――冷卻塔 9――系統臥式迴圈水幫浦 10――板式換熱器 11――水源熱幫浦機組 12――平衡閥
3 水源熱幫浦的輔助熱源問題
在冬季，水源熱幫浦機組不能完全承擔室內熱負荷，需要使用輔助熱源。目前，使用的輔助熱源有多種形式，其中有：電加熱（通常採用蓄熱式）系統；蒸汽或熱水加熱系統；空氣源熱幫浦系統等。
3.1 電加熱（即蓄熱）系統
在空調工程中應用蓄熱技術的主要前提是該地區實行電力低谷高峰期電價差。
目前，在我國的某些地區，存在著用電結構矛盾並有不斷加大（一方面存在著嚴重地高峰電力不足，另一方面存在著峰谷差過大等問題）的趨勢，自然資源大量浪費的惡性迴圈的現象，這就為蓄熱技術的應用提供了條件。
電加熱系統作為輔助熱源的優缺點：
3.1.1 優點
系統較簡單，水溫容易控制，操作較簡單。
3.1.2 缺點
熱水蓄熱裝置及配套設定占用建築空間且初投資大。
3.2 空氣源熱幫浦系統
空氣源熱幫浦系統作為輔助熱源的優缺點：
3.2.1 優點
1） 在冬季執行的情況下，其熱效率高於電加熱（熱幫浦的供熱係數大於1.0） 。
2） 由於要求供水的溫度（21℃）遠低於熱幫浦常規的設計供水溫度，實際供熱量要比額定供熱量大，選機組容量時可考慮這個因素。
3） 可作為夏季空調高峰時的備用冷源。
3.2.2 缺點
1） 初投資較大
2） 冬季供熱的水溫長期處於較低的情況，可能對機組的使用壽命有影響
3） 常採用間接換熱器的方式（如示意圖），所以又增加了一套水系統。
3.2.3 空氣源熱幫浦系統作為輔助熱源的適用場合
1） 我國長江流域地區
2） 無蒸汽或熱水等熱源的空調建築物
3） 沒有其它低品味的或廉價的熱能
4） 沒有分時電價或雖有分時電價，但經計算採用電熱蓄熱水系統經濟上當不合算的場合。
3.3 蒸汽加熱或熱水加熱系統
蒸汽加熱或熱水系統作為輔助熱源的前提是建築物附近有鍋爐房等熱源。特點是：系統簡單；執行費用低，經濟；常採用換熱器 。在具備此條件的情況下，盡可能採用此輔助熱源。
4.1 雜訊控制問題
由於機組的雜訊源除風機之外，還有製冷壓縮機的雜訊，所以雜訊一般很大。此外，不適當的送、回風管路設計也會產生雜訊問題。分體式機組就是把機組分為內機和外機兩部分。
內、外機有工質管道連線；內機由風機和蒸發器（夏季工況）組成，外機由壓縮機和冷凝器（夏季工況）組成。
水源熱幫浦空調系統的特點及設計方法
0 前言 當今社會環境汙染和能源危機嚴重地威脅著人類地生存與發展，如何理解這一問題已成為全人類的頭等課題。在這種背景下，以環保和節能為特徵的綠色建築和與之相應地空調系統應運而生。而熱幫浦系統正是滿足這些要求的 空調系統之一。水源熱幫浦具有節能 經濟 執行可靠等特點。目前，國內已有多家水源熱幫浦的專業...
水源熱幫浦工作原理及特點
此一熱量是從低溫熱源取得的，如果不用熱幫浦裝置，就無法取得這一熱量。故用熱幫浦裝置旨可節省燃料，又可利用餘熱。熱幫浦的工作迴圈與熱機的工作迴圈正好相反，熱機是利用高溫熱源的能量來產生機械功的，而熱幫浦是靠消耗機械功將低溫熱源的熱量轉移到高溫物體中去。若熱幫浦與熱機具有兩個相同的熱源溫度，則熱機迴圈的...
地源熱幫浦空調系統技術與設計介紹
第一部分地源熱幫浦工作原理 地源熱幫浦是利用水與地能 地下水 土壤或地表水 進行冷熱交換來作為熱幫浦的冷熱源，冬季把地能中的熱量 取 出來，供給室內採暖，此時地能為 熱源 夏季把室內熱量取出來，釋放到地下水 土壤或地表水中，此時地能為 冷源 地源熱幫浦供暖空調系統主要分三部分 室外地能換熱系統 水源...