循环水-热泵系统性能分析及其设计方案

水源热泵的工作原理

 

  水源热泵是利用低温水为热源, 达到向建筑物供冷和供热的目的, 实质上是一种以消耗一部分高质能(机械能、电能或高温热能等)作为补偿, 通过热力循环, 把环境介质中贮存的低品位能量加以发掘、利用的装置, 因此它可以充分利用低质能量而节约高位能量。特别是对于同时需要供冷和供热的场合, 采用热泵装置就更加合理。

 

  热泵按照驱动力的不同分为压缩式热泵和吸收

 

  式热泵。压缩式热泵的工作原理如图1 所示。冬季在制热工况下, 低温低压的制冷剂(常用氟利昂类工质)流经蒸发器, 从冷源吸热升温蒸发后进入压缩机, 被绝热压缩成高温高压蒸汽, 然后进入冷凝器向热源放热冷凝后, 经膨胀阀绝热节流, 降温降压成低干度的湿蒸汽, 低温低压的制冷剂再流经蒸发器从热源吸热蒸发, 开始新的循环。夏季, 水源热泵的蒸发器变为冷凝器, 冷凝器变为蒸发器, 则循环按反方向进行[。

 

  水源热泵系统的性能分析

 

  水源热泵系统是否具有明显的节能效果, 其最重要的评价指标是热泵的性能系数COP (Coef ficientof Perfo rmance), 即制热系数COP 和制冷系数COP e ;Q0 为热泵从低温热源吸收的热量;热泵的制热系数等于制热量Q 与耗功量P 之比，在理想状态下, 水源热泵的性能系数主要取决于两热源之间的温度差, 即冷凝温度与蒸发温度的差值。根据美国制冷学会A RI320 标准, 水源热泵系统对水温的要求在5 ～ 38 ℃之间, 在水温10 ～ 22 ℃时系统能够较经济地运行。一般的水源热泵机组,在供水温度9 ～ 20 ℃时, 制热系数COP 可达3.6 ～4.1 ;在供水温度为15 ～ 30 ℃条件下, 制冷系数达到5.5 ～ 4.3[ 4-5] 。因此, 只要电厂所在区域温度的季节性波动较小, 使得循环水温度在热泵的经济运行温度区间内, 那么循环水-热泵系统就可以实现冬季供热和夏季制冷两种需求, 从而获得较高的能效比。