水环热泵空调系统

加利福利亚系统

水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。

系统简介

水环热泵空调系统是用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构成一个以回收建筑物内部余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。它在20世纪60年代出现在美国的加利福利亚州，故也称加利福利亚系统。20世纪70年代后进入日本，20世纪80年代初，在我国一些建筑物中开始应用。由于其节能效益和环保效益显著，因此20世纪90年代，水环源热泵空调系统在我国得到广泛应用，并将会在我国空调节能领域中发挥越来越大的作用。

组成

水环热泵空调系统由三部分组成：（1）水/空气热泵机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（冷却塔、加热设备、蓄热装置等）。下图1所示给出了典型的水环热泵空调系统原理图。其中，1-水/空气热泵机组；2-闭式冷却塔；3-加热设备（如燃油、燃气、电锅炉）；4-蓄热容器；5-水环路的循环水泵；6-水处理装置；7-补给水水箱；8-补给水泵；9-定压装置。

图1所示水环热泵空调系统原理图

系统特点

水环热泵空调系统主要具有如下特点：

（1）调节方便。用户根据室外气候的变化和各自的要求，在一年内的任何时候都可随意进行房间的供暖和供冷的调节。

（2）虽然水环路是双管系统，但与四管制风机盘管系统一样可达到同时供冷供暖的效果。

（3）建筑物热回收效果好。因此，这种系统适合于有内区与外区的大中型建筑物，即适用于大部分时间内有同时供冷供暖要求的场合。

（4）系统布置紧凑、简洁灵活。由于没有体积庞大的风管、冷水机组等，故可不设空调机房（或机房面积小），从而增大了使用面积及有效空间；环路水管可不设保温，减少了材料费用。

（5）便于分户计量和计费。

（6）便于安装与管理。水源热泵机组可在工厂里组装，减少了工地的安装工作量。由于系统设备简单，而使安装方便，启动与调整容易。

（7）小型的水源热泵机组的性能系数不如大型冷水机组。

（8）制冷设备直接放在空调房间内，噪声大。

（9）设备费用高，维修工作量大。

运行特点

根据空调场所的需要，水源热泵可能按供热工况运行，也可能按供冷工况运行。这样，水环路供、回水温度可能出现5种运行工况。

（1）夏季，各热泵机组都处于制冷工况，向环路中释放热量，冷却塔全部运行，将冷凝热量释放到大气中，使水温下降到35℃以下。

（2）大部分热泵机组制冷，使循环水温度上升，达到32℃时，部分循环水流经冷却塔。

（3）在一些大型建筑中，建筑内区往往有全年性冷负荷。因此，在过渡季，甚至冬季，当周边区的热负荷与内区的冷负荷比例适当时，排入水环路中的热量与从环路中提取的热量相当，水温维持在13~35℃范围内，冷却塔和辅助加热装置停止运行。由于从内区向周边区转移的热量不可能每时每刻都平衡，因此，系统中还没有蓄热容器，暂存多余的热量。

（4）大部分机组制热，循环水温度下降，达到13℃时，投入部分辅助加热器。

（5）在冬季，可能所有的水源热泵机组均处于制热工况，从环路循环水中吸取热量，这时，全部辅助加热器投入运行，使循环水水温不低于13℃。

系统控制

为了确保水环热泵空调系统安全、可靠和经济运行，空调工程师在设计中要对水环热泵空调系统提出控制要求。主要有：（1）水源热泵机组的控制与保护；（2）辅助设备（冷却塔、水加热设备、蓄热容器、循环泵等）的控制和保护；（3）系统的控制与保护。具体自控设计可由建筑电气工程师来完成。

混合式系统

水源热泵机组可以设计成独立的空调系统，也可以同其他空调设备共同组合成新的空调系统，常称此类系统为混合式空调。

带冷水机组的水环热泵混合系统

一般来说，大型冷水机组的制冷性能系数（COP）要比水源热泵机组的制冷性能系数高，也就是对于固定的或大量的冷负荷场所（如大型办公室的内区），可以选用大型冷水机组，而只对既有冷负荷又有热负荷的周边区，设置水源热泵系统。这样，混合系统的运行能耗将会比传统的水环热泵系统运行能耗减少，冷水机组的冷凝热排入水环热泵的水环路中，用于周边水源热泵的供热。

带单元柜式空调机组的水环热泵混合系统

为了提高系统运行的经济性，在建筑物内区设置单元柜式空调机组，向内区供冷。而在周边区设置水源热泵空调机组，向周边区供冷或供热。另外，单冷式机组的价格也比热泵机组便宜。

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