9.4 热泵

9.4.1 本条规定了空气源热泵冷(热)水机组的选型原则。
    本条提出选用空气源热泵冷(热)水机组时应注意的问题：
    (1) 空气源热泵机组应优选机组性能系数较高的产品，以降低投资和运行成本。此外，先进科学的融霜技术是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行时，换热盘管强度低于露点温度时，表面产生冷凝水，冷凝水低于0℃就会结霜，严重时就会堵塞盘管，明显降低机组效率，为此必须除霜。除霜方法有多种，包括原始的定时控制、温度传感器控制和近几年发展的智能控制，最佳的除霜控制应是判断正确，除霜时间短，做到完美是很难的。设计选型时应进一步了解机组的除霜方式，通过比较判断后确定。
    (2) 机组多数安装在屋面，应考虑机组噪声对周边建筑环境的影响，尤其是夜间远行，若噪声超标不但会遭到投诉，还会被勒令停止运行。
    (3) 在北方寒冷地区采用空气源热泵机组是否合适，根据一些文献分析和对北京、西安、郑州等地实际使用单位的调查，归纳意见如下：
    1) 日间使用，对室温要求不太高的建筑可以采用；
    2) 室外计算温度低于—20℃的地区，不宜采用；
    3) 当室外强度低于空气源热泵平衡点温度(即空气源热泵供热量等于建筑耗热量时的室外计算温度)时，应设置辅助热源。在辅助热源使用后，应注意防止冷凝温度和蒸发温度超出机组的使用范围。
    以上仅从技术角度指出了空气源热泵在寒冷地区的使用，设计时还需从经济角度全面分析。在有集中供热的地区就不宜采用。
    一些公司已推出适用于低温环境(—12℃～20℃)运行的机组，为在寒冷地区推广应用空气源热泵创造了条件。同时空气源热泵还可以拓宽现有的应用途径，如和水源热泵串级应用，为低温热水辐射供暖系统提供热源等。
    我国幅员辽阔、气温差异较大，对空气源热泵的应用应按可靠性与经济性为原则因地制宜地结合当地的综合条件而确定。
9.4.2 本条规定了空气源热泵机组的制热量计算。
    空气源热泵机组的冬季制热量会受到室外空气温度、湿度和机组本身的融酸性能的影响，在设计工况下的制热量通常采用下式计算：

    式中：Q——机组设计工况下的制热量(kW)；
              q——产品标准工况下的制热量(标准工况：室外空气干球温度7℃、湿球温度6℃)(kW)；
              K₁——使用地区室外空气调节计算干球温度的修正系数，按产品样本选取；
              K₂——机组融霜修正系数，应根据生产厂家提供的数据修正，当无数据时每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。
    每小时融霜次数可按所选机组融霜控制方式，冬季室外计算温度、湿度选取或向生产厂家咨询。对于多联机空调系统，还要考虑管长的修正。
9.4.3 本条规定了地埋管地源热泵系统设计的基本要求。
    1 地埋管地源热泵系统的采用首先应根据工程场地条件、地质勘查结果，评估埋地管换热系统实施的可能性与经济性。
    2 利用岩土热响应实验进行地埋管换热器的设计，是将岩土综合热物性参数、岩土初始平均温度和空调冷热负荷输入专业软件，在夏季工况和冬季工况运行条件下进行动态耦合计算，通过控制地埋管换热器夏季运行期间出口最高温度和冬季运行期间进口最低温度，进行地埋管换热器的设计。
    3 采用地埋管地源热泵系统，埋管换热系统是成败的关键。这种系统的设计与计算较为复杂，地埋管的埋管形式、数量、规格等应根据系统的换热量、埋管土地面积、土壤的热物理特性、地下岩土分布情况、机组性能等多种因素确定。
    4 地源热泵地埋管系统的全年总释热量和总吸热量(单位均为kW·h)基本平衡是地埋管地源热泵系统成败的关键。对于地下水径流流速较小的地埋管区域，在计算周期内，地源热泵系统总释热量和总吸热量应相平衡。两者相差不大指两者的比值为0.8～1.25。对于地下水径流流速较大的地埋管区域，地源热泵系统总释热量和总吸热量可以通过地下水流动(带走或获取热量)取得平衡。地下水径流流速的大小区分原则为：1个月内，地下水的流动距离超过沿流动方向的地埋管布置区域的长度为较大流速；反之，为较小流速。
    5 当无法取得地埋管系统的总释热量和总吸热量的平衡时，设计可以通过增加辅助热源或冷却塔辅助散热的方法解决；还可以采用设置其他冷、热源与地源热泵系统联合运行的方法解决，通过检测地下土壤温度，调整运行策略，保证整个冷、热源系统全年的高效率运行。
    6 地埋管泄漏后，防冻剂会造成污染，故不建议使用。
9.4.4 本条规定了地下水水源热泵的基本要求。第4款为强制性条款。
    1 应通过工程场地的水文地质勘查、试验资料，取得地下水资源详细数据，包括连续供水量、水温、地下水径流方向、分层水质、渗透系数等参数。有了这些资料才能判定采用地下水的可能性。水源热泵的正常运行对地下水的水质有一定的要求。为满足水质要求可采用具有针对性的处理方法，如采用除砂器、除垢器、除铁处理等。正确的水处理手段是保证系统正常运行的前提，不容忽视。
    2 采用变流量设计是为了尽量减少地下水的用量和减少输送动力消耗。但要注意的是：当地下水采用直接进入机组的方式时，应满足机组对最小水量的限制要求和最小水量变化速率限制的要求，这一点与冷水机组变流量系统的要求相同。
    3 地下水直接进入机组还是通过换热器后间接进入机组，需要根据多种因素确定，包括水质、水温和维护的方便性。水质好的地下水宜直接进入机组，反之采用间接方法；维护简单工作量不大时采用直接方法，反之亦然；地下水直接进入机组有利于提高机组效率，反之亦然。因此设计人员可以通过技术经济分析后确定，本条提供的方法正是遵照了这些原则。
    4 为了保护宝贵的地下水资源，要求采用地下水全部回灌，并回灌到原取水层。回灌到原取水层可形成取水、回灌水的良性循环，既保障了水源热泵系统的稳定运行，又避免了人为改变地下水资源环境。
9.4.5 本条规定了水源热泵设计的原则。
    1 在工程方案设计时，通常可假设所使用的水源温度计算出机组所需的总水量。然后进行技术经济比较。
    2 充足稳定的水量、合适的水温、合格的水质是水源热泵系统正常运行的重要因素。机组冬、夏季运行时对水源温度的要求不同，一般冬季不宜低于10℃，夏季不宜高于30℃，采用地表水时应特别注意。有些机组在冬季可采用低于10℃的水源，但使用时应进行技术经济比较。关于水质，在目前还未设有机组产品标准的情况下，可参照下列要求：pH值为6.5～8.5，CaO含量＜200mg/L，矿化度＜3g/L，Cl^-＜100mg/L，SO^2-4＜200mg/L，Fe²⁺＜1mg/L，H₂S＜0.5mg/L，含砂量＜1/200000。
    3 水源的供给分直接供水和间接供水(即通过板式换热器换热)。采用间接供水，可保证机组不受水源水质不好的影响，能减少维修费用和延长使用寿命，尤其是采用小型分散式系统时，应采用间接式供水。当采用大、中型机组集中设置在机房时，可视水源水质情况确定。如果水质符合标准，不需采取处理措施时，可采用直接供水。
9.4.6 本条规定了水环热泵空气调节系统的设计要求。
    1 循环水的温度范围是根据热泵机组的正常工作范围、冷却塔的处理能力和使用板式换热器时的水温确定的。为使水温保持在这个范围内，需设置温度控制装置，用水温控制辅助加热装置和排热装置的运行。
    2 由于热泵机组换热器对循环水水质有较高的要求，一般不允许直接采用与大气直接接触的开式冷却塔。采用闭式冷却塔能够保证水质且系统简单，但价格较高(为开式冷却塔的2～3倍)、重量较大(为开式冷却塔的4倍左右)，我国目前产品较少；采用换热器和开式冷却塔的系统，也可以保证流经热泵机组的水质，但多一套循环水系统，系统较复杂且增加了水泵能耗；因此需经技术经济比较后确定循环水系统方案，一般认为系统较小时可采用闭式冷却塔。
    3 水环热泵空气调节系统的最大优势是冬季可减少热源供热量，但要考虑白天和夜间等不同时段的需热和余热之间的热平衡关系，经分析计算确定其数值。