摘要：最近几年发达国家的水源热泵系统发展越来越快，目前已经形成了比较完善的水源热泵系统，如今对于环保和节约能源的要求越来越高，在这种背景下对于水源热泵系统在节能环保和低消耗方面的要求越来越高，许多国家也都开始关注和重视水源热泵系统的节能环保和低消耗，本文主要围绕着水源热泵系统展开论述。
关键词：水源热泵系统；研究；运用
1 水源热泵系统概述
热泵技术属于一种清洁可再生技术，该项技术能够提升资源的利用效率，降低能源的浪费，保护环境，促进热转换效率及经济效益的提升。在水源热泵系统中，热量最初处于低位热源，在高位能作用下，开始向着高位热源流动，达到制热的目的，电厂循环水、地下水等包含的能量即为低位热源，而电能、蒸汽等则属于高位热源。依据上述依据，水源热泵系统可以分为两种，一种为压缩式热泵；一种为吸收式热泵。以压缩式热泵为例，其供热原理如下：制热模式下，水源热泵开始运作，此时，系统吸热源为水源；在蒸发器中，液态制冷剂吸热后会发生蒸发，低温低压状态改变，变为气态制冷剂，降低电厂循环水温度；压缩机中进入气态制冷剂，通过绝热压缩，再次转变为制冷剂气体；冷凝器中接收制冷剂气体后，热量被用户侧带走，制冷剂冷凝，恢复为液态制冷剂，处于常温高压状态；继续流进膨胀阀，在节流降压作用下，状态恢复至低温低压；蒸发器使其再次进入到循环中，实现供热。
2 利用电厂余热的水源热泵空调系统设计方法
2.1设计方案
2.1.1 循环水系统与热泵相结合
在循环水池中布置系统的取热换热器，冷却循环水时，采用串联冷却塔与换热器方式，尽管此种方式可满足供暖要求，但是由于会较大幅度降低循环水温度，导致机组真空度、功率受到影响；并联直流式，换热器中直接引入循环水，冷却后，提升水泵压力，使其进入到冷却水池中，或进入到凝汽器中。此种方式将第一种方式中的串联的换热器省去，使系统简化，而且热泵制热系数能够提高。基于电厂循环水的特性，文章在设计水源热泵空调系统时，即采取第二种结合方式。
2.1.2 系统末端装置分析。
从形式上看，系统热泵系统包含集中式和分散式两种；而站在投资的角度上，集中的系统形式属于集中性更强的空调方式，因机组集中性比较高，初期时，热源热泵机组的投资并不高；就运行而言，调节水源热泵机组的能量时，有限级数为唯一可采取的方法，这就需要采用四管制来实现同时供热，当用户缺乏统一的作息时间，而且负荷一致性较差时，并不适合采用。基于以上分析，文章最终确定的水源热泵系统形式为集中式，即大型水-水热泵机组+风机盘管。现阶段，无论是国外，亦或是国内，均有成熟的集中形式系统设备，比较有利于运行期间维护及修理工作的开展；在分散形式中，压缩机为组成之一，较难以控制噪音，与噪音控制要求不符合。因此，末端设备更为适合采用风机盘管，可避免压缩机的噪音干扰。
2.1.3 系统整体流程。
计热泵系统时，冬季与夏季工况的差异性为需要考虑的因素之一。对于水热源系统来说，冬季与夏季变换后，应切换工况，可采用的切换方式包含两种：不改变工质流动方向，切换水路系统，蒸发器与冷凝器一直保持自身作用不变；不改变水系统，切换四通阀，实现逆转工质流动方向，切换后，转换蒸发器及冷凝器的作用。对于北方地区来说，冬季时，蒸发器、冷凝器承受的负荷略低于夏季时。因此，选择换热器时，以夏季工况为依据，使冬季、夏季的要求均能够有效满足。因文章所选的电厂也处于北方，所以设计时选择第二种切换方式，以此保证冬季与夏季的工况均处于最优中。
2.2设计分析
2.2.1 建立热泵系统模型。
文章在设计水源热泵空调系统时，采用压缩式热泵，其中包含压缩器、蒸发器、冷凝器等装置，各自发挥着不同的作用。因此，应针对具体的装置建立模型：压缩机模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆热泵系统中，压缩机具有心脏的作用，通过压缩机，实现输入有用能、循环工质；同时，压缩机也会影响热泵的热力性能、使用寿命等。压缩机在热泵中的工作状态为高温，为使其能够良好适应，会更好的要求及设计制造工作。现阶段，水源热泵机组主要采用螺杆压缩机，此类型压缩机具有简单的结构、无易损件、摩擦及磨损小、液击并不会形成等优点。
2.2.2 热泵系统的设计计算。
设计水源热泵空调系统过程中，冬夏季的制热冷负荷、热冷水供回水温度为给定的参数。对于电厂循环水来说，水源出回水温度也为给定参数。因此冬夏季工况下的蒸发温度、冷凝温度、过冷度、过热度为需设计计算的参数，最终将设计结构参数设计计算出来。文章在设计时，冷负荷指标设计为64W/m3，需进行1100h的制冷运行；热负荷指标设计为59W/m3，需进行1340h的供热运行；冬季与夏季的总热负荷分别为1100kW、1200kW。季节变化后，电厂凝汽器出口循环水温度会存在一定差异。经分析，冬季时，循环水温度在25℃以上，但不超过34℃，空调回水与供水温度分别为44℃、54℃；夏季时，循环水温度高于29℃，低于38℃，空调回水与供水温度分别为6℃、11℃。文章设计的系统是为电厂办公楼供热，总供热面积为1.8万m2，压缩、冷凝、节流、蒸发为热泵系统的工作循环流程。
3 经济性分析
3.1经济效益分析
水源热泵空调系统设计完成后，通过设定相应的数值，分析系统的经济效益。假设：电价为0.31元/（kW•h），电厂运行时燃烧的为标煤，每吨的单价为550元；回收电厂余热时，串联2组水源热泵机组，共可回收的热量为9.75MW，热泵总的供热量为12.45MW、总功耗为3.65MW；机组运行过程中，需进行6个月的供热运行，且每天24h不间断运行；供热期间，平均负荷系数为0.645。根据相应的公式计算可知，可回收的热量总共为27167.4MW•h；折合标煤量为3296.8t；余热回收用于供暖后，可获得的经济效益可达到179.8万元。此外，电厂运行过程中，耗电量如能减少1kW•h，那么相当于标煤可以节约0.4kg，与此同时，燃煤后的二氧化碳、二氧化硫、氧化氮代谢产物、碳粉尘的排放量也可以减少，分别可减少1.002kg、0.02kg、0.018kg、0.268kg。如果机组为600MW，每年供暖期间，余热总共可以回收27167.4MW•h，因此，二氧化碳每年的排放减少量为2.69×107t，二氧化硫每年的排放减少量为8.20×105t，氧化氮代谢产物每年的排放减量少3.99×105t，碳粉尘每年的排放减少量为7.36×106t。经过以上的计算数据可以发现，文章所设计的系统在投入使用后，将会取得非常可观的经济效益。
3.2系统耗费及回报分析
水源热泵运行时，耗电功率为2.7kW，系统中包含2台，共消耗5.4kW；循环水泵运行时，耗电功率为0.5kW，系统中包含2台，共消耗1kW；风机盘管运行时，耗电功率为0.15kW，系统中包含1台。将上述设备的耗电功率相加后，计算出总的系统耗电量，为7.55kW。根据相应公式，计算后得出，热泵系统运行过程中，会消耗19114.72kW•h的耗电功率，总分运行费用为6000元。建设系统时，初期总的投资金额为50000元左右，运行一年后，花费15000元左右，每年总的费用年金额达到21957万元。假设设计的系统单位供热量为0.59元/（kW•h），而传统的则为0.81元/（kW•h），投入运行后，需要4年左右获得投资回报。
4 结束语
就现在来说，我国对于水源热泵的使用还缺乏相关的发展技术，亟需发展自己特有的技术来实施水源热泵，透彻的了解水源热泵的实施方案和工作原理，来认识与其相关的工作特点等，了解水源热泵在各个领域的重要性，才可以发展水源热泵的使用。
参考文献
[1]刘志斌.污水源热泵系统取水换热工艺中污水流动与换热特性研究[D].大连理工大学,2016.
[2]廖兴中.江水源热泵取水系统特性研究与优化选型分析[D].重庆大学,2015.
[3]张龙.青海地区太阳能地下水源热泵复合系统供热特性研究[D].河北工程大学,2016.
论文作者:伦炽波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/2
标签：热泵论文; 水源论文; 系统论文; 电厂论文; 制冷剂论文; 压缩机论文; 机组论文; 《基层建设》2017年第33期论文;