浅谈水环热泵空调系统在商场中的应用

所谓水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式。即用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，形成封闭环路，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特点的热泵供暖、供冷的系统。

水环热泵的基本形式和工作原理

典型的水环热泵空调系统(见图1)由三部分组成：(1)室内的小型水/空气热泵机组，可以是各种形式的机组，如落地式机组、立式机组、水平吊装机组等;(2)水循环环路，包括循环水泵和管路，以及管路上的各种调节装置;(3)辅助设备，如冷却塔、加热设备、蓄热装置等。

图1 水环热泵空调系统原理

水环热泵空调系统的基本工作原理是：在水/空气热泵机组制热时，以水循环环路中的水为加热热源;机组制冷时，则以水为排热热源。在同一个水环热泵空调系统中，有的热泵机组在制热运行，有的热泵机组在制冷运行。制热运行的机组从循环水中吸收热量;制冷运行的机组向循环水排放热量。当热泵机组制热运行的吸热量和制冷运行的放热量基本相等时，循环环路中的水才能维持在一定温度范围内，此时系统高效运行。而当水环热泵空调系统中制热运行的吸热量小于制冷运行的放热量时，循环水路的水温度升高，到一定程度时利用冷却塔放出热量;反之循环环路的水温度降低，到一定程度时需要通过辅助加热设备吸收热量。

水环热泵系统的特点

费用低廉 节能环保

按水环热泵空调系统在建筑物中的用途，它属于热回收式热泵系统属于环保纳o。在室外气温较低时，建筑物的周边需要额外的热量来维持室温;与此同时，建筑物的内区为存在发热(如照明、设备、人体等散热)而需要降温。水环热泵空凋系统通过同时连通建筑物外区和内区的水循环环路，从而可以将内区产生的余热转移到外区，在对内区供冷的同时对外区供热，不存在常规空调系统在同种情况下的冷热量抵消所造成的浪费。当建筑物需要你同时供冷或者供热时，采用水环热泵空调系统的运行费用与常规空调相比最多可减少至50%左右。与昂贵的四管制风相比，更节省了管道系统的初投资。

控制灵活分户计量收费

水环热泵空调系统通常采用的都是室内的设备，根据室内负荷的大小分别安装在各个房间内。每个房间的用户可以根据室外温度的变化和各自不同的要求，在一年内的任何时问随意进行房间里的供暖或供冷的调节，而不会影响到其他房间的温度。水环热泵的运行电费完全根据用户实际使用的情况单独计量。水环热泵可以分区域使用，不使用就无需交费。

运行可靠 维修简单

冷却水系统简单，维护人员少，无论是对开发商、用户，还是对物业管理人员来说都十分有利。

分期、分批购买减轻资金压力

对于业主来说，如果采用常规空调系统，就必须一次购齐冷水机组及其他设备，往往造成很大的资金压力。而水环热泵空调系统只需先安装水循环系统，水/空气热泵机组可以分期投资、分批建设，甚至可以在用户入住前逐层安装，其投资回报效益高、见效快。

节省机房有效控制成本

水环热泵空调系统由于没有冷水机组，不再需要制冷机房。节省了宝贵的主机占地面积，使成本得到有效控制。

工程案例

福州某工程位于福建省福州市八一七南路，总建筑面积73 153m2，其中地下1层，地上1 9层，建筑高度65m，1~3层为商场，4层以上为住宅。商场部分面积约28 500m2，按全空调设计。由于甲方也是使用方，因此甲方根据使用要求对空调系统设计提出以下要求：(1)商场将来可能出租或出售，空调系统要求便于灵活分割;(2)空调系统运行很计费要方便，保证各单位的独立使用。

根据甲方的要求设计人员为商场空调提供了两个方案：(1)商用风冷分体机;(2)水环热泵系统。

由于商用风冷分体机对建筑外立面影响较大，相对于福州的气象条件其制冷效率较低，所以最终选择了水环热泵系统。该商场单层建筑面积约9 500m2，存在大量内区，从福州的气象参数分析出每年12月、1 ~3月建筑外区需要加热，内区需要制冷，符合采用水环热泵空调系统的条件。根据计算，该工程水环热泵机组夏季总制冷量为5 637 kW，系统夏季冷却水供回水温度为32℃/37℃，经过板式换热器后循环水供回水温度为33℃/38℃。冬季内区余热为549 kW，外区的需热量为306 kW，内区的余热完全能满足外区的加热，所以不需要设辅助热源。另外对于循环水路来说，外区的热泵机组的吸热量为586 kw，内区热泵机组的放热量为1 236 kW，当循环水温度在15~35℃时机组可以正常运行，不用启动冷却塔;当循环水温高于35℃时开启冷却塔降温。该工程在19层屋面设置4台450 t/h方形横流冷却塔，相应采用四台冷却水泵，冷却水管路1，2层小型吊装水源热泵机组采用同程式，3层水冷柜机采用异程式(见图2)。

根据使用功能，l，2

层小商铺采用小型水源热泵机组，3层大商场采用全空气低速空凋系统(水冷柜机)。新风与回风混合经机组处理后直接送入室内。热泵机组承担新风负荷(见图3)。

图3 1层平面示意图

该方案完全满足了甲方的使用要求，计费方面只有冷却塔和冷却水泵属于公共分摊的部分，而这部分用电在空调用电里面是很小的一部分，其他大部分用电都在末端用户，充分实现了用多少收多少。出租部分可按租户需要改变末端形式，或预留冷却水接口，而设备由租户自行安装，这样还可以降低甲方的初投资，避免出租率低时的经济损失。

设计中需要注意的问题

我国各地的建筑形式与特点各不相同。那么，在什么样的场合里选用水环热泵空调系统才能收到到最佳的节能效果和环保效益呢?首先，建筑物存在大量的内区负荷，这点商场建筑基本都满足。如果内区余热不足，则应该考虑采用辅助热源系统，这在北方一些地区的水环热泵系统中较常见。其次，小型的水/空气热泵机组安装在室内，热泵机组内部的压缩机和风机将会成为一个很大的噪声源，所以在设计时应根据具体设备作降低噪声的计算，加装消声器，降低风管风速，尽量不将主机安装在人员密集或环境噪声要求高的区域。最后，在施工安装阶段，应采取减振支吊架，设备、风管及其接缝处要密封，防止噪声经过墙、楼板或地板传递。

对于商场建筑来说，其特点是使用单位较多、内区发热最大。水环热泵是一种很好的空调解决方案，采用水环热泵空调系统是解决暖通空调系统能源与环境问题的有效措施之一。只要合理设计、规范安装、灵活管理，水环热泵空调系统就一定能发挥出它既有的经济、节能、环保等优点。在国家日益重视建筑节能的今天，水环热泵空调系统有着巨大的节能潜力和广阔的应用前景。