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大温差水源热泵冷冻水系统的应用分析 摘 要：通过对水源热泵冷冻水大温差系统的分析，结合实验室的数据，从技术、经济性等 方面做了相关的阐述，对设计人员的设计应用起到了指导的意义。 关键词：水源热泵 冷冻水系统 大温差 节能 水源热泵技术作为一种目前流行的节能技术，能够提供比驱动能源多的热能，在节约能 源、保护环境方面具有独特的优势，获得了较为广泛的应用，取得了一定的节能和环保效益。 在国内的空调设计中，水源热泵的额定供回水温度一般设计为7 ℃/12 ℃，温差为5 ℃。 水源热泵冷冻水大温差运行方式是近几年在国内逐渐发展起来的空调设计新思路，其区别于 常规系统的主要特点是在保持冷水机组供冷量不变的基础上，增大供回水温差，从而减少了 供水流量。由于流量的减小，冷水泵的能耗得以降低，同时水泵型号、冷水管路的管径也可 相应减小，降低了初投资。 本文将从技术及经济性的角度，再结合一些实验对大温差高温热泵的可行性进行分析。 1 水源热泵机组大温差运行状况 1.1 水源热泵冷冻水供回水温差对机组能力的影响 虽然大多数厂家称，普通的水源热泵机组能够用于大温差系统，但由于大温差运行模式 下，水源热泵机组冷冻水进出水温度改变，对机组的制冷（制热）能力，以及 COP 值均发 生了改变。充分了解机组能力和 COP 值的改变，对如何有效地应用大温差系统是非常重要 的。 1.1.1 水源热泵进出口温度对蒸发温度的影响 大温差运行模式对水源热泵机组 COP 值的影响直接作用于机组的蒸发温度上，通过影 响蒸发温度从而影响了机组的 COP 值。图 1 给出了 OAK（欧锴）水源热泵机组的蒸发温 度与进、出口水温度的关系。 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 17 16 15 14 13 12 进水温度℃ 蒸 发 温 度 ℃ 出水温度6℃ 出水温度7℃ 出水温度8℃ 图 1 机组蒸发温度和进出水温度的曲线关系 从上图可知，在水源热泵机组的出口水温恒定时，其蒸发温度随进口水温（也即 进出口温差）的增大而提高；而水源热泵机组进口水温恒定时，蒸发温度随出口水温的增大 而提高且提升幅度更大，此说明相对于水源热泵机组出口水温的变化，水源热泵机组进口水 温（进出口温差）对于蒸发温度的影响相对较小。图中的数据表明，机组出水温度由 7 ℃ 降至 6 ℃，蒸发温度将降低 1 ℃左右，这对水源热泵机组将产生较大的影响，但进水温度 从 12 ℃升至 17 ℃时，每提高 1 ℃，蒸发温度的提升仅 0.1 ℃左右，对水源热泵机组的影 响将非常有限。 1.1.2 水源热泵机组进出口水温对机组 COP 的影响 图 2 中是 OAK 水源热泵机组随机组出口水温和进出水温差的变化曲线。该机组的额定 参数如表 1 所示。 表 1 水源热泵机组随机组出口水温和进出水温差的变化曲线 冷冻水出口温度/ ℃ 冷却水出口温度 /℃ 制冷量 /kW 压缩机功率 /kW COP 值 7 30 1 810 366 4.9 3.50 3.80 4.10 4.40 4.70 5.00 5.30 5.60 4 5 6 7 8 9 进出水温差 能 效 比 C O P值 5℃出水温度 6℃出水温度 7℃出水温度 8℃出水温度 图 2 机组进出水温差和 COP 之间的曲线关系 从图 2 可知，水源热泵出水温度，对机组的 COP 值的影响较大，随着出水温度升高， COP 值也随之增大，当进出水温差维持在 5 ℃时，机组出水温度由 5 ℃提高到 8 ℃，COP 值大约提高 17%；若机组出水温度恒定，随进出水温差变大，冷水机组的 COP 值也随之提 高，但变化不大。当出水温度为 7 ℃时，机组进出水温差由 4 ℃提高到 9 ℃，COP 值的提 升幅度不到 5％。 1.2 水源热泵机组运行分析 由上述可知，对于采取冷水大温差运行的水源热泵系统，可通过以下 3 种方式提高水源 热泵机组的空调效率： （1）单机运行，维持水源热泵机组的出水温度为设计值，只提高水源热泵机组的进水 温度。则采用这种方式水源热泵机组的 COP 值将得到一定程度的提升，但若水源热泵机组 进水温度过高时，将会影响末端空气处理设备的运行，尤其是除湿性能，所以为了保证末端 的冷却除湿能力，末端空气处理设备需要做一定的调整。 （2）单机运行，降低水源热泵机组的出水温度，增大进出水温差，这种方式可能会牺 牲机组的 COP 值，但机组出水温度的降低可以抵消末端空气处理设备由于大温差工况引起 的性能下降问题。 （3）很多厂家也提出将多台水源热泵机组串联运行，对于同样的大温差工况，例如冷 冻水供回水温度分别为 17 ℃/7 ℃的情况，若采取机组串联运行的方式，设置 2