水環熱泵空調系統的缺點
水環熱泵空調系統的發展主要面臨來自兩個方面的問題:其一是從系統這個方面來看,國內的一些建筑物內余熱小或無預熱,尚需補充加熱設備,致使其不能充分發揮原有的一些優點;其二是從設備這個方面來看,水環熱泵空調系統中采用的小型水/空氣熱泵機組所存在的一些固有問題也限制了其更廣泛的應用。目前,針對上述的兩個缺點,也出現了許多的解決辦法,以期推廣水環熱泵空調系統的應用。
建筑物內余熱不足,水環熱泵空調系統的發展主要面臨來自兩個方面的問題:其一是從系統這個方面來看,國內的一些建筑物內余熱小或無預熱,尚需補充加熱設備,致使其不能充分發揮原有的一些優點;其二是從設備這個方面來看,水環熱泵空調系統中采用的小型水/空氣熱泵機組所存在的一些固有問題也限制了其更廣泛的應用。目前,針對上述的兩個缺點,也出現了許多的解決辦法,以期推廣水環熱泵空調系統的應用。
建筑物內余熱不足,通過分析水環熱泵空調系統的運行特性我們可知,只有當建筑物內區有大量余熱且周邊區需要供熱,才能通過水環熱泵空調系統將建筑物內區的余熱轉移到需要熱量的周邊區,從而達到回收建筑物余熱、節約能源的目的。但是,我國的各類建筑物內部負荷不大,建筑物的內區面積又小,因而建筑物的余熱量也較小。在這種情況下,如果要采用水環熱泵空調系統,則勢必要增設鍋爐。然而,將鍋爐的高位熱能加熱水循環環路中的循環水使之成為與室溫相差無幾的低溫熱源,再由水/空氣熱泵機組消耗電能將其提升到高位熱量向室內供暖,這本身就是不經濟、不合理的。此外,如果采用的是燃煤鍋爐,還存在一個環境污染的問題。
解決建筑物內余熱不足這個問題的途徑,就是由建筑物的外部引進低溫熱源,以替代建筑物內的余熱量。太陽能、水(地表水、井水、河水等)、土壤、空氣均可作為水環熱泵空調系統的外部能源[6]。例如大連電力大廈(高層單元式建筑)利用熱電廠冷卻水作為水環熱泵空調系統的外部熱源,收到良好的節能效果[2]。此外,哈爾濱工業大學提出一種空氣/水熱泵與水/空氣熱泵耦合雙級熱泵供暖系統。該系統在寒冷地區,用空氣源熱泵冷熱水機組制備10℃~20℃低溫水,通過水環路送至室內各個水/空氣熱泵機組中,水/空氣熱泵再從水中汲取熱量,直接加熱室內空氣,達到供暖目的[7]。總而言之,可以通過廉價的輔助熱源來解決建筑物內余熱不足的問題,拓寬水環熱泵空調系統的應用范圍。
小型水/空氣熱泵機組,首當其沖的是小型水/空氣熱泵機組的的制冷性能系數COP遠小于大型冷水機組,而且在相同制冷量條件下價格就其它型式的主機來講也偏高。另外一個重要的問題,就是小型水/空氣熱泵機組安裝在室內,熱泵機組內部的壓縮機和風機將會成為一個很大的噪聲源,無法滿足室內環境的噪聲標準要求。
針對如何提高水環熱泵空調系統在供冷中的經濟性這個問題,我們可以通過在空調系統設計中采用混合系統的形式加以解決。混合系統是指水/空氣熱泵機組同其它空調設備(如冷水機組、單元柜式空調機等)共同組合而成為全新的空調系統。同樣,為了提高系統運行的經濟性,在建筑物內區設置單元式空調機組(水冷),向內區供冷,而周邊區設置水/空氣熱泵機組,向周邊區供冷或供熱,也是一種值得注意的混合系統形式。
而在控制房間內的小型水/空氣熱泵機組噪聲問題方面,文獻[8]給出了詳盡的闡述。其控制噪聲的措施包括控制噪聲源、合理設計、正確安裝、認真調試和維護等四個方面,每個方面又各有許多具體的實施措施。實踐表明,如果在工程建設中能夠正確對待噪聲問題,采取合理措施,完全可以滿足室內環境噪聲標準要求。
由以上分析可以可以看出,只要我們合理設計、規范安裝、靈活管理,水環熱泵空調系統就一定能發揮出它既有的經濟、節能、環保等優點。當然,我們也應當根據各個地區、各個建筑物的特點,確定是否采用水環熱泵空調系統。尤其是北方地區的、內區面積大、內區的余熱量也大的建筑物,最適于采用水環熱泵空調系統。相反,南方一些地區的、全年絕大部分時間需要供冷的建筑物,則不宜采用水環熱泵空調系統,因為它并不比風機盤管或其它常規空調系統節能。
在能源每年增長率約為3%~5%的條件下,要滿足國民經濟持續每年增長8%~9%,即在能源短缺的條件下,必須重視節能技術和節能產品的開發[1]。水環熱泵空調系統本身回收建筑物余熱、節約能源,若與太陽能、地下水、工業廢水等低位熱源相結合,更能拓寬其應用范圍。在國家日益重視建筑節能的今天,水環熱泵空調系統有著巨大的節能潛力和廣闊的應用前景。
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