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1、第一章地温中央空调系统概述第二章水源热泵空调系统井水系统第三章末端系统第四章机房内附属设备的用途及选择方法第五章富尔达地温中央空调系统的系统设计第一章水源热泵中央空调系统概述一、基本原理1、水源热泵是一种根据逆卡诺循环原理，通过输入少量的电能将低品位能源转化为高品位能源 的形式。即夏季从房间提取热量，将其排放到土壤中达到制冷目的；冬季从土壤中提取热量， 将其排放到房间里达到采暖的目的。2、水源热泵系统遵循以下热力学基本定律。能量守恒定律自然界一切物质都有能量，能量由各种不同的形式，既不能消灭，也不能创造，但能从一种形 式转化成另一种形式，从一个物体传递给羚一个物体，在转化的过程中能量总和保持不
2、变。热力学第一定律消耗一定量的热能必定产生相应数量的机械能；消耗一定量的机械能，也必定产生相应数量的 热能。热力学第二定律热力学第一定律揭示了能量转换和传递的数量关系，但没有解决能量转换和传递的方向、条件 和限度等问题1. 方向：热量只能从高温物体传向低温物体；2. 条件：具备两个温度不同的热源3. 限度：工质由热源得到的热量不可能全部而且连续不断的转变为机械能3、热泵机组主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀组成，其工作过程如下：1- 2：蒸发过程：液体工质在低压低温下吸收被冷却介质的热量，气化后变为干饱和蒸汽。2- 3：压缩过程：吸热后的工质经过压缩机压缩，变为高温高压的过热蒸汽。3- 4：
3、冷凝过程：进入冷凝器的工质向冷却介质释放热量后，凝结成饱和液体。4- 1：节流过程：冷凝后的工质经热力膨胀阀节流降压，变为湿蒸汽。地温中央空调的其它部件除以上四大部件外，为保证系统能正常运行，还配有其他一些部件：储液器、干燥过滤器、中 间热交换器、液镜、电磁阀、高低压力继电器等。二、水源热泵中央空调系统的组成地温中央空调系统是由地下水能量采集循环（井水系统）、能量介质转换循环（主机系统）、 室内能量释放循环（末端系统）组成。1、地下水能量采集循环：即地下水采集利用系统。由取水井中的潜水泵把地下水提出来，冬 季机组提取井水热量，夏季机组向井水释放热量，然后地下水自然或加压回灌到回水井中。 井水系
4、统由水源取水装置、取水泵、水处理设备、输水管网和相关阀门配件等组成2、能量介质转换循环：即地温中央空调机组内的循环系统。冬季机组内的工质在蒸发器中吸 取地下水的热量，经压缩机压缩后，在冷凝器中将热量释放给系统水；夏季机组内的工质在蒸 发器中吸取系统水的热量，经压缩机压缩后，在冷凝器中将热量释放给地下水。主机系统由蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机、各种制冷管道和电控系统组成。3、：即末端空气处理系统。冬季系统水从机组吸收热量，经空气处理设备把热量释放到空调 房间里；夏季空气处理设备从空调房间吸收热量，然后把热量释放给机组。末端系统由用户侧水管系统、循环水泵、水过滤器、水处理仪、各种末端空气处理设备
5、、膨胀 定压设备及相关阀门配件等组成在冬季供暖时地温中央空调机组以地下水为吸热源，工质在蒸发器中吸取地下水的热量蒸发， 经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进入冷凝器内释放热量以加热循环水，制取45C -50C（最高可达65C ）的热水送入空调房间达到制热目的。在夏季制冷时地温中央空调机组以地下水为排热源，工质在蒸发器中吸取空调房间的热量蒸发， 制取7C冷水送入空调房间达到制冷目的，工质再经压缩机压缩成高温高压的过热蒸汽，然后进 入冷凝器，把热量释放到地下水中。水源热泵系统原理图三、水源热泵的特点水源热泵机组能被社会接受并在大范围内进行推广，主要是由于它本身具有以下特点：1、属可再生能源利用
6、技术水源热泵是利用了地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。 其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表的部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水 体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47%的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500 倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大的动态能量平衡 系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散的相对的均衡。这使得利用储存于其中的 近乎无限的太阳能或地能作为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。2、高效节能水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22C，水体温度比环境空气温度高，
7、所以热泵循环的 蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为15-18C，水体温度比环境空气温度低，所以制冷 的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式各冷却塔式，机组效率提高。因为有效利用了地下 水中的能量，据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户3040% 的供热制冷空调的运行费用。3、运行稳定可靠水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调 冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经 济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。4、环境效益显著水源热泵在运行过程中只消耗电能，电能本身为一种清
8、洁的能源，没有燃烧，没有排烟，也没 有废弃物，不会对环境造成任何的污染，因此环保性很强。另外对于利用的地下水资源，机组运行只是提取其中的热量，没有化学反应也不会与外界接触, 能量提取过后直接回灌到地下，因此不会对水体造成污染。因此总体来说，水源热泵无污染，是一种绿色环保的中央空调形式。5、一机多用，应用范围广水源热泵系统可供暖、制冷，还可供生活热水，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装 置或系统，不仅节省了大量能源，而且减少了设备的初投资。水源热泵可应用于宾馆、商场、 办公楼、学校等到建筑，可利用的热源也非常广泛，例如地下水，河水，湖水，海水，工业废 水等。6、自动运行机组自动化程度高，可
9、自动加载卸载，故障自动停机报警，因此操作管理方便。使用寿命可达 到50000小时以上。四、水源热泵中央空调系统的应用条件（1）有空调或卫生热水要求的建筑物。（2）要保证充足的冷（热）源水量包括地下水、江水、海水、湖水、工业废水、生活废水、 建筑物内部排热等。（3）保证适宜的水温。第二章水源热泵空调系统井水系统一、水源条件：水源热泵系统的应用取决于水源条件一般来说取决于四个条件：（1）水源水的获取；（2）水量；（3）水温；（4）水质水源水的获取：对于地表水、湖水、海水、江河水、城市废水、工业废水等水源的利用，政府 一般不进行干预，有的水源水（如城市污水、工业废水）政府还有鼓励的优惠政策。对于地下
10、 水，作为国家的资源之一，政府对开采与使用有各种限制政策和法规。要获取地下水时，要通 过有关政府主管部门的批准方可。水资源管理部门各地设置不同，大体上有如下部门进行管理: 规划局、地矿局、节水办等。水源水量：地下水在夏季为排热源，在冬季为吸热源，它应满足下面的要求。制冷时，地下水作为排热源，即把蒸发器吸收房间的热量和消耗电机的能，通过冷凝器由地下 水排入地下。即Qn=Q0+W=G1（t2-t1）制热时，地下水作为吸热源，即通过蒸发器吸取地下水热量通过热泵提升排至房间制热。Q0 = Qn-W=G2（t3-t4）水源水量是否满足具体工程的要求，与建筑物冷热负荷的大小、空调系统运行方式、空调系统 设
11、计方案、水源水的温度等因素有关应通过全面的分析、精确的计算和合理设计解决。水源水温：一般来讲，水温的范围是：冬季不低于8C，夏季不高于25C。水温低，蒸发温度低，机组效率低，当蒸发器的温度低于0C时，蒸发器冷水则要结冰，导致蒸 发器冻裂；水温过高，当超过25C时，蒸发温度太高，超过机组的适用条件。在夏季水温也不宜于过低，因为压缩机是靠压力差来供油的，当排气压力与吸气压力差低于规 定的2.5kgf/cm2，润滑油供油不足，压缩机易损坏。温度太高，高于30C时，就与普通冷水机 组无太多区别，其节能的优越性就不存在了水源水质：自然界中的水处于无休止的循环运动中，不断与大气、土壤、岩石等环境介质接触,
12、 互相作用，使地下水有复杂的化学成分，化学性质和物理性质。以地下水为热源时，除应考虑 水源的水量、水温外，还要考虑水的化学成分、混浊度、硬度、矿化度和腐蚀性。目前，由于 水源热源在我国刚刚发现，对水质尚无标准规定，以下数据仅供参考。二、水源处理水处理有以下几种方法：除沙器和沉淀法：含沙量高，加装旋流式除沙器、旋流器占地面积较小，有很多不同规格供选 择，如果工程场地面积较大，可采用沉淀池除沙，占地面积大，费用低。电子水处理仪：冷凝器中循环水温度高，特别是在冬季制热时水温高达55C以上，水中Ca2+、 Mg2+容易结垢，堵塞通道，影响换热效果，使用电子水处理仪，在不改变水的化学成分的基础 上，使用
13、高频电磁场改变水的物理性能，达到除垢、防垢和缓蚀的目的。除铁设备：供生活热水时，当含Fe高、对制热效率没有影响，洗浴时对人体健康也没有损害，但溶入水中的铁容易形成氢氧化铁沉淀 在卫生器具上，形成有碍观感的褐色污渍，当风中含沙量0.3 mg/l时，应加除铁设备。三、地下水回灌1、回灌要求1）要求所用井水100%回灌。2）井水回灌方式：加压回灌、常压回灌、真空回灌。为保护地下水资源，确保水源热泵长期可靠工作，水源热泵均应采取回灌措施。回灌可以补充 地下水层调节水位，维持储量平衡，可以回灌储能，提供冷热源，保持含水层水头压力，防止 地面沉降。1、回灌水质目前尚无国家标准，总的回灌原则：回灌水质要好于
14、或等于原地下水水质，回灌 后不会引起区域性地下水水质污染，实际上水源经过热泵机组时，只是改变了热量，水质没有 发生变化，尤其经过水处理仪后，水质有很大改善。2、回灌量与水的地质条件、成井工艺、回灌方法等因素有关，其中水的地质条件是影响回灌 的重要因素，一般说，出水量大的井回灌量也大，在基岩裂隙含水层和岩溶含水层回灌，在一 个回灌年度内，回灌水位与回灌量变化不大，在砾卵石含水层中，单位回灌量一般为单位出水 量80%，在粗砂含沙层，回灌量为出水量50-70%，细砂含水层中，是出水量30-50%，采灌比是确定抽灌井数主要依据。3、回扬 为预防和处理管井堵塞主要采用回扬办法，所为回扬即在回灌井中开泵抽
15、排水中堵塞 物，每口回灌井回扬次数和持续时间主要由含水层颗粒大小和渗透性而定，在岩溶裂隙含水层 进行管井回灌，长期不回扬仍能维持；在松散颗粒含水层进行管井回扬，每月1-2次；在中细 砂颗粒含水层进行管井回扬，回扬时间进一步缩短，每天1-2次。在回灌过程中要掌握回灌次 数和时间，才能获得好的回灌效果，回扬时间以混水取完见到清水为止水2、井的要求1、井的类型及特点地下水取水构筑物有管井、大口井、结合井和辐射井等类型。最常见的型式是管井。尺寸：50-1000mm，常用为250-400mm。深度：20-1000m，常用为300m以内。地下水类型：潜水、承压水、裂隙水、溶洞水。地下水埋深：200m以内，常用在70m以内。含 水层厚度：大于5m或有多层含水层。水文地质特征：适用于任何砂、卵石、砾石地层及构造裂 隙、岩溶裂隙地带。出水量：单井出水量20-300m3/h，最大可达800-1200m3/h。2、井的结构管井一般由井孔、死管、花管（滤水管）、沉沙管组成，因为洗井时有一定的压力，所以管井 的材料应为钢管，不能使用水泥管。（上图为井身结构的示意图）3、成井要求（1）拟选择地下水源和管井取水方案时，对于规模较大的工程所涉及的抽水井和回灌井井位、 井距、井数、井径、井深和井身结构等要素，应根据所需水量和地下水回灌需要，结合场地环 境和水文地质条件，因地制
