【文章內容簡介】 的熱量為 Q1，圖上等于 S S4所 圍 的面積，即 Q1=TL(S1S4) ， S 為熵值。 T 為絕對溫度，角碼表示高 （Ｈ） 、低 （ L）。 . 2 狀態(tài)～ 3 狀態(tài)是向高溫熱源放出的熱量為 Q2， Q2，圖上等 SS1 、 3 所圍的 面積，即 Q2=TH(S1S4) 系統(tǒng)所作的功 W=Q2Q1圖上為 Q2的面積減去 Q1的面積，即 W=(THTL)(S1S4) 根據(jù) 制熱系數(shù) WQCoph 2? 15 即 ? ?? ?? ?4141 SSTT SSTCophLHH ?? ?? 簡化后LHH TT TCoph ?? 根據(jù) Copc 的定義WQCopc 1? 即 ? ?? ?? ?4141 SSTT SSTCopCLHL ?? ?? 簡化后 LHL TT TC o p c ?? 這兩個式子，是我們常用來計算熱泵熱性 能 系數(shù)的公式。 我們舉個例子如下 ： 例 1，用熱泵向室內供熱溫度 TH=50℃ ，而低溫熱源是 武漢的 地下水，其水溫一般 18℃ ， 即 TL=18℃ 按LHH TT TCoph ?? 式計算。)18273()50273( 27350 ????? ??Co ph 可見其節(jié)能效果是十分明顯的。如果室內熱負荷為 10kw，那么驅動熱泵的所耗的電能 W 只為： kw..kwCophQW 910910102 ??? 尚不足 1kw， 表面上看起來，好似是違背了熱功守恒原理，其 實根 據(jù)上面關于 Coph 的定義和推導過程，我們則會解除此疑慮。 Q2中包括了 Q1和機械能 W。 Q1是從低溫熱源中被吸出來的 ，并不全是 W 變來的。 制冷工況同樣有顯著效果，低溫地下水 可吸收大量熱量。 從上面的例子可 大致的說明，通過熱泵，室內獲得 10KW 的熱量，大約有 90%是從低溫熱源中得到的。機械能耗熱量僅 占 10%不到。而低溫熱源是淺層地熱能時，它又是可再生的，所以地源熱泵技術是 21世紀最有發(fā)展前途的節(jié)能技術是 毋庸置疑 的。 應該指出的是：以 上是根據(jù)理論的推求。都假設是理想可逆條件，它未考慮動力 機的功率耗損、系統(tǒng)的摩、散、滴、漏等因素， 如果 把實際狀態(tài)的情況考慮進去，實際 Coph ，應考慮 幾 個折減系數(shù)，壓縮機系數(shù) 80.?? ，系統(tǒng)指示效率 ?? ，機械效率 ?? ，所以總共應折減 %，像上述例子，其 Coph 則 只 為 ，目前 商業(yè)產品 的 Coph 16 也普遍在 4~5 左右，節(jié)能效率已是相當可觀了。 （ 4）地源熱泵的分類 地源熱泵分類非常繁亂，由 ASHRAE 統(tǒng)一 的 術語標準， 各界都能接受，它主要是突出了低溫熱源的不同而分類，即： 地下水源 熱泵系統(tǒng)；地表水 源熱泵 系統(tǒng)；土壤源熱泵系統(tǒng)。 在 我國 《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范 》（ GB503662020）中，把上述分類簡化為地下水 換熱系統(tǒng) 、 地表水換熱系統(tǒng) 、地埋管換熱系統(tǒng)。 不論是上述那類系統(tǒng)。又可根據(jù)熱泵機組中換熱器所接觸的 載熱介質 再 進行分類；即水 — 空氣熱泵；水 — 水熱泵。破折號前的字為低溫熱源交換介質的屬性；破折號后面的字為室內 側 熱交換介質的屬性?？稍斠娤聢D 9。 圖 9 按載體介質屬性分類 從圖 9 可知地源熱源一 側 的介質都是水，而 建筑物一側， 一種形式是以熱風（冷風）的形式傳遞， ； 另一種形式則是風機盤管形式，即水（熱媒水或冷媒水）通入盤管制冷或制熱。 地下水源 熱泵系統(tǒng) （ 1）概述 前面已經 講 到，地殼 淺層 是一個大熱庫，它們怎么才能被利用？抽吸 地 下水是首先被人們想到的，它的溫度很穩(wěn)定，基本上不受大氣溫度的影響而波動，很重要是它在冬天 比 大氣溫度高，是很好的熱源，在夏天它 比 大氣溫度低是很好的冷源。因此地下水源熱泵系統(tǒng)的能效比 高。與傳統(tǒng)的空氣源熱泵系統(tǒng)相比，能效 比 提高 40%可節(jié)能 23—44%。 地下水 源 熱泵，它的熱交換 在地下，克服了傳統(tǒng)空 調 的“熱 島 17 效應”。其經濟效益也是明顯的，美國 曾 對 127 個地下水源熱泵系統(tǒng)做了實例統(tǒng)計，比傳統(tǒng)系統(tǒng)的運行費用可 省 18— 54%。 國內一般 比 傳統(tǒng)中央空調 空氣源 的 cop 提高 40%。 我國主要地區(qū)地下水溫度狀況見表 .2 國內 各主要地區(qū)地下水溫度狀況 表 2 城 市 地下水溫度 /℃ 年平均溫度 /℃ 供暖室外設計溫度 /℃ 凍土層深度 /cm 海拉爾 6～ 8 34 242 哈爾濱 8～ 10 26 205 長春 10～ 12 23 169 沈陽 12～ 16 19 148 北京 14～ 20 9 85 上海 16～ 22 2 8 廣州 18～ 24 7 0 武漢地區(qū)地下水基本特征一覽表見下表 3 18 武漢地區(qū)地下水基本特征一覽表 表 3 地下水源熱泵系統(tǒng)，可有分散式分布系統(tǒng)和集中式分布系統(tǒng)，為下圖 19 地下水源熱泵系統(tǒng)，可有分散式系統(tǒng)和集中式系統(tǒng)，如下圖。 圖 10 地下水式水源熱泵系統(tǒng) 從圖中還可看出一種分類劃分， 左 圖地下水不入主機，只在板式交換器進行熱交換，而不入熱泵 機 系統(tǒng)，一般稱之為閉式系統(tǒng)，圖 10之 右 圖 ，地下水直接入主機 ，之后把熱媒水和冷媒水直接 送入 末端。 （ 2）設計 中幾個關鍵技術問題 根據(jù)《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》（ GB50366— 2020）的 強條511，地下水換熱系統(tǒng)應根據(jù)水文地質 勘察 資料進行設計。要對水量，水質，按《 供水 水文地質勘察規(guī)范 》 （ GB50027）執(zhí)行。并應進行地下水資源評估，提交地下 水 主管部門 審批 。當然這些基本要求要視工程規(guī) 模 ，需水量大小靈活掌握。 （ 1）需 水量的計算 20 21 水量的需求是根據(jù)建筑物的冷熱負荷和機組性能及組合形式等有關。還要考慮地下水的本底溫度等，一般情況下，還 可用下面公式估計其需求量。 夏季可以用以下公式： MC=QC /（ C△ TC） 式中： QC：夏季機組向地下排熱量（ KW），實際上就是冷負荷值； C：水的比熱（ KJ/Kg℃）； MC：夏季所需地下水量（ KG/S）； Δ TC：夏季冷凝器出水與進水的溫差。實際上為地下水進水口溫度與冷凝器出水溫度之差。 冬天可采用以下公式： ME=QC/（ CΔ TC） 式中： QC：冬季機組從地下水中吸收的熱量，即熱負荷值； C：水的比熱（ KJ/Kg℃）； Δ TC：冬季蒸發(fā)器進水，出水溫差。實際上為地下水井中進水 口 溫度與蒸發(fā)器出水溫度之差。 有了對地下水的需求量，再看水文地質勘察成果中的可開采量能是否滿 足機組對地下水的需求量。還要考慮開采的可行性，及取水工藝等。 22 （ 2）水質 水質，熱泵機組對水質有一定要求，基本要求是：澄清、不腐蝕、不滋生微生物，不結垢等。參照國內有關冷卻水用水水質標準，結合空調系統(tǒng)的工作特點 對地下水水 質 的要求，可參照下 表 5 地下水水質參考標準 表 5 序號 項目名稱 允許值 1 含沙量 1/202000 2 混濁度 /（ mg/L） ≤ 10 3 pH 值 ~ 4 Ca2+、 Mg2+總礦度 /（ mg/L） 200 5 Fe2+/（ mg/L） 6 Cl/（ mg/L） ≤ 1000 7 ?24so /（ mg/L） ≤ 1500 8 硅酸 /（ mg/L） ≤ 175 9 游離氯 /（ mg/L） 10 礦化度 /（ mg/L） 3 11 油污 /（ mg/L） 5（此值不應超過） 如果 地下水水質不能滿足要求，則需在熱泵系統(tǒng)中 采 取水處理的措施。 在計算水量時要有熱負荷、冷負荷等參數(shù)，在機組已定，運行工況熱性系數(shù)也已確定的情況是可以計算的。當在方案設計階段或小工程，可以參照下表進行估算 負荷 。 單位面積熱值 指 標 ：當只知道建筑總面積時，其采暖熱指標可參考 表 5 所 列數(shù)值 [3] 采暖熱指標 表 5 建筑物類型 住宅 辦公樓 醫(yī)院幼兒園 旅館 圖書館 商店 單層住宅 食堂餐廳 影劇院 大禮堂體育館 熱指標 、 /（ W/㎡） 4570 6080 6580 6070 4575 6575 80105 115140 90115 115160 23 注：總建筑面積大、外圍護結構熱工性能好，窗戶面積小，采用較 小指標， 反之則多采用較大的指標。 根據(jù)國內現(xiàn)有的一些工程冷負荷指標套用 ，見表 6 冷負荷指標 表 6 建筑物類型 旅館 辦公樓 圖書館 醫(yī)院 商店 體育館 計算機房 數(shù)據(jù)處理 劇院 會堂 冷指標、 /（ W/㎡） 8090 85100 3540 8090 1051