水环热泵空调系统及其工程技术

水环热泵系统的主要优点是：机组分散布置，减少风道占据的空间，设计施工简便灵活、便于独立调节；能进行制冷工况和制热工况机组之间的热回收，节能效果明显；比空气源热泵机组效率高，受室外环境温度的影响小；省掉或减少常规空调系统的设备机组；便于分户计量和计费；综合部分负荷能效比高，用户需要多少负荷就提供多少冷量，系统接近无极调节，节能效果显著。但是水环热泵系统压缩机分散布置在室内，噪声、加湿等也较集中式空气调节相对复杂。

基本概念和原理：

基本概念-空调领域：

空气调节：空气调节的意义在于“使空气达到所要求的状态”或“使空气处于正常状态”。一般是指在某一特定空间（或房间）内，对空气温度、湿度、空气流动速度及清洁度进行人工调节，以满足人体舒适和工艺生产过程的要求。

湿球温度：指在定压绝热条件下，空气与水直接接触达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度；干湿球温度差值的大小，间接反映了空气相对湿度的状况。露点温度：指在含湿量不变的条件下，湿空气达到饱和时的温度，它是判断是否结露的依据。

得热量：指在某一时刻由室外进入和室内热源散入房间的热流量的总和；

冷负荷：指在某一时刻为保持房间恒温恒湿，需向房间供应的冷量；相反，为补偿房间失热而需向房间供应的热量称为热负荷。为维持室内相对湿度所需由房间除去或增加的湿量称为湿负荷。

夏季空调室外计算干球温度：指历年平均不保证50小时的干球温度；夏季空调室外计算湿球温度：指历年平均不保证50小时的湿球温度。冬季空调室外计算温度：指历年平均不保证1天的日平均温度；冬季空调室外计算相对湿度：指累年最冷月平均相对湿度。

换气次数：指房间通风量和房间体积的比值，它是空调工程中常用的衡量送风量的指标。

空调五度：指温度、湿度、速度、清洁度及噪声度。

高层建筑：指十层及十层以上的住宅和建筑高度超过24m的其他民用建筑。

强电系统：指供电、配电与照明系统。弱电系统：指通信与自动控制系统。

送风口、回风口、风管的经济流速分别是4m/s、2m/s、8m/s。

机器露点：在空气处理设备中，空气经过表冷器（或蒸发器）冷却处理后，空气的温度逐渐降低，同时相对湿度将逐渐增大，当空气相对湿度增大到90%～95%时，空气已接近饱和状态，这时的空气温度。

散流器平送流型：指将空气呈辐射状送出，贴附顶棚扩散，常用于单冷系统。

斜送流型：指送风射流自散流器斜向送出，扩散角约45度，常用于单冷或要求不高的冷暖系统。

下送流型：指送风射流自散流器斜向送出，扩散角约20～30度，常用于冷暖系统。

工作区：指房间内人群的活动区域，一般指距地面2m以下。

射程：指空气流离开出风口后，其最大速度减少到规定值之前所流过的水平距离或垂直距离。

气流组织：指使送入空调房间的空气在室内有合理的流动和分布的措施。

分层空气调节：指在高大公共建筑和高大厂房中，利用合理的气流组织，仅对下部空间（空气调节区域）进行空气调节，对上部较大空间（非空气调节区域）不设空气调节而采用通风排热。分层空气调节都具有较好的节能效果，一般可达30%左右。

制冷领域：

热泵：指一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的节能装置。

水环热泵：指用水环路将小型水/空气热泵机组并联在一起，构成以分散制冷/制热、集中冷却/加热为主要特征的可同时供冷、供暖的热泵空调系统。

能效比（EER）：指热泵制冷量或制热量与电动机输入功率的比值。

压缩机性能系数（COP）：指压缩机制冷量或制热量与压缩机轴功率的比值。

热力式膨胀阀：指通过控制蒸发器出口制冷剂的过热度来控制供入蒸发器制冷剂流量的节流机构。常采用直径为0.7～2.5mm,长度为0.6～6m细而长的紫铜管代替膨胀阀，连接在冷凝器与蒸发器之间，作为制冷循环的流量控制与节流降压元件，这种细管称为毛细管。

制冷四大部件：指压缩机、冷凝器、蒸发器、毛细管（或膨胀阀）。

异程系统：指通过每台空调机组的水环路的总长度不相等。

同程系统：指通过每台空调机组的水环路的总长度都相等。

水力失调：在远近空调机组处出现水流量分配不均匀而引起部分空调机组制冷效果差，甚至不能工作的现象。

制冷量：指在规定工况下，单位时间内从被冷却的物质或空间中移去的热量。

热力系数：指吸收式制冷机所获得的制冷量与输入热量之比。

供热领域：

经济传热阻：指在一定规定年限内，使建筑物的建造费用和经营费用之和最小的围护结构传热阻。

锅炉：指利用燃料燃烧产生的热能或工业生产中的余热将工质加热到一定温度和压力的换热设备。锅炉热效率：指每小时送进锅炉的燃料（全部完全燃烧时）所能发出的热量中有百分之几被用来产生蒸汽或加热水。

燃烧值（或发热量）：指单位质量的燃料在完全燃烧时所发出的热量。

硬度：指溶解于水中能形成水垢的物质（钙、镁离子）的含量。单位：mmol/L。pH值：表示水的酸碱性指标。

中央热水机组：与传统锅炉相比，它只能产生热水，不能产生蒸汽；同时它的锅筒是开启的，直通大气，因而锅内压力接近常压，不属于压力容器。

基本原理和结论：

空气与水直接接触时的热湿交换原理：

空气与水直接接触时，根据水温不同，可能仅发生显热交换，也有可能既有显热交换又有潜热交换，即同时伴有质交换（湿交换）。显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸热）汽化潜热的结果。总热交换是湿热交换和潜热交换的代数和。

噪声的频谱特性：噪声不是具有特定频率的纯音，而是有很多不同频率的声音所组成的。作为人耳可闻的声音，频率从20～20000Hz（赫兹），有1000倍的变化范围。为了方便起见，人们把宽广的声频范围划分为几个有限的频段，即所谓频程或频带。

蒸气压缩式制冷工作原理：使制冷剂在压缩机、冷凝器、毛细管和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。

电子水处理器工作原理：

防垢：水在电场作用下，各阴阳离子向极性相反的方向迁移变得有序。由于各离子获得势能的势垒达最大值，相互间排斥力增大，同时电位提高，使体系处于稳定状态，各离子引力降低，不易产生化学结合，从而防止水垢生成。

除垢：由于活化水极性增强，水分子的正负极各朝着垢盐的阴阳离子取向。通过它们的作用，减弱了垢盐离子的结合力，是垢盐离子脱离开垢表面，成为水合离子进入水中，起到除垢作用。

杀菌灭藻：水中菌藻在一定电流电压作用下，使细胞内原生质产生电离，影响细胞的正常代谢，导致细胞死亡。又由于水中溶解氧在电场作用下释放出活性氧自由基，这些自由基对细胞膜、细胞中的各种酶类产生破坏作用，导致菌藻死亡。

缓蚀防腐：在电场的作用下，生物腐蚀不存在。释放出的活性氧具强氧化性，能使金属表面生成保护膜而钝化，达到缓蚀防腐目的。

冷却水温差4℃的原因：降低水力失调敏感度，当机组水量减少时，不容易跳机；冷凝温度低，机组能效比高；降低机组结垢的可能性，低温不易结垢。

侧送风设计原则：侧送是目前几种送风方式中，比较简单经济的一种。侧送时宜使气流贴附以增加送风的射程，改善室内气流分布。工程实践中发现风机盘管送风如果不贴附则室内温度分布不均匀。

贴附射流的贴附长度主要取决于侧送气流的阿基米德数。为了使射流在整个射程中都贴附在顶棚上而不致中途下落，就需要控制阿基米德数小于一定的数值。

侧送风口安装位置距顶棚逾近，逾容易贴附。如果送风口上缘离顶棚距离较大时，为了达到贴附目的，规定送风口处应设置向上倾斜10°～20°的导流片。

单位换算：

力单位换算表

牛[顿]

N(/s2)

千克力(kgf)

达因

dyn(/s2)

磅力

(lbf)

牛[顿]

N(/s2)

千克力

(kgf)

达因

dyn(/s2)

磅力

(lbf)

1

9.81

0.102

1

105

9.81×105

0.2248

2.2046

10-5

4.448

1.02×10-6

0.4536

1

4.448×105

2.248×10-6

1

压力单位换算表

帕[斯卡]

Pa(N/m2)

千克力/厘米2

(kgf/cm2)

磅力/英寸2

(lbf/in2)

巴

(bar)

毫米汞柱

()

(0℃时)

毫米水柱()

(4℃时)

米水柱

()

(4℃时)

英寸水柱

()

(4℃时)

标准

大气压

(atm)

1

98.0665×103

6894.8

105

133.322

9．80665

9．81×103

249．089

1．01325×105

0.102×10-4

1

0.0703

1.0917

1.36×10-3

10-4

0.1

0.00251

1.0333

0.145×10-3

14.223

1

14.5038

0.0193

1.4223×10-3

1.4223

0.0361

14.696

10-5

0.9807

0.06895

1

1.333×10-3

9.81×10-5

0.0981

2.49×10-3

1.0133

7.5×10-3

735.56

51.715

750.1

1

73.556×10-3

73.556

1.87

760.00

0.102

104

703

1.02×104

13.6

1

1000

25.4

10.333

0.102×10-3

10.0

0.703

10.2

0.0136

10-3

1

0.0254

10.333

4.0106×10-3

393.7

27.68

402

0.535

3.937×10-2

39.37

1

406.8

0.987×10-5

0.9678

0.068

0.987

1.31×10-3

9.68×10-5

0.0968

0.00246

1

冷冻吨

千卡/时

kcal/h

英热单位/时

Btu/h

千瓦kW

日本冷冻吨

美国冷冻吨

英国冷冻吨

1

0.9108

1.016

1.098

1

1.112

0.9841

0.9864

1

3320

3024

3373

13174

12000

13384

3.861

3.517

3.923

冷冻吨换算表

比热容单位换算表

kJ/()

Btu/(lb.ºF)

Kcal/(kg.℃)

1

4.1868

4.1868

0.23885

1

1

0.23885

1

1

比焓单位换算表

S单位J/kg

Btu/lb

Kcal/kg

1

2326

4186．8

4．30×10-4

1

1．80

2．3885×10-4

0．5556

1

温度换算表

换算公式

换算为摄抵（℃）

换算为华氏（ºF）

换算为开尔文（K）

C

C+273.15

F

K

功、能和热量单位换算表

焦耳

（J）

千克力.米

（）

千瓦.小时

（）

米制

马力.小时

（）

英制

马力.小时

（）

千卡

（kcal）

英热单位

（Btu）

英尺.磅

（）

1

9.81

3.6×106

2.648×106

2.685×106

4186.8

1055.06

1.3558

0.102

1

3.671×105

2.702×105

2.738×105

426.935

107.6

0.1383

2.778×10-7

2.724×10-8

1

0.7355

0.7457

1.163×10-3

2.93×10-4

3.768×10-7

3.777×10-7

3.704×10-6

1.36

1

1.014

1.581×10-3

3.985×10-4

5.12×10-7

3.723×10-7

3.653×10-6

1.341

0.9863

1

1.559×10-3

3.93×10-4

5.05×10-7

2.389×10-4

2.341×10-3

859.9

632.5

641.2

1

0.252

3.24×10-4

9.48×10-4

9.295×10-3

3412

2510

2544.4

3.958

1

1.285×10-3

0.7376

7.233

2.655×106

1.953×106

1.98×106

3.087

778.2

1

功率单位换算表

瓦W

千瓦(kW)

米制马力(PS)

英制马力(HP)

千克力.米/秒

（/s）

英尺.磅力/秒(/s)

千卡/秒(kcal/s)

英热单位/秒(Btu/s)

1

1000

735.5

745.7

9.807

1.356

418.7

1055

0.001

1

0.7355

0.7457

9.81×10-3

0.00136

4.2

1.055

0.00136

1.36

1

1.014

0.0133

0.00184

5.7

1.434

0.00134

1.341

0.9863

1

0.01315

0.00182

5.61

1.415

0.102

102

75

76.04

1

0.138

427

107.6

0.7376

737.6

542.5

550

7.233

1

3087

778.2

2.39×10-4

0.239

0.1757

0.1781

0.00234

3.24×10-4

1

0.252

9.478×10-4

0.9478

0.6972

0.707

0.0093

1.29×10-3

3.968

1

暖通空调规范及标准：

通用设计类：

GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》

（1）舒适性空气调节室内计算参数：

2人员短期逗留区域空调供冷工况室内设计参数宜比长期逗留区域提1-2℃，供热工况宜降低1-2℃.短期逗留区域供冷工况风速不宜大于0.5m/s,供热工况风速不宜大于0.3m/s。

3.0.3工艺性空调室内设计温度、相对湿度及其允许波动范围，应根据工艺需要及健康要求确定。人员活动区的风速，供热工况时，不宜大于0.3m/s;供冷工况时，宜采用//s。

3.0.4供暖与空调的室内热舒适性应按现行国家标准《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》GB/T18049的有关规定执行，采用预计平均热感觉指数（PMV）和预计不满意者的百分数（PPD）评价，热舒适度等级划分应按表3.采用。

3.辐射供暖室内设计温度宜降低2℃;辐射供冷室内设计温度宜提高05.-1.5℃。

3.设计最小新风量应符合下列规定：

1公共建筑主要房间每人所需最小新凤量应符合表3.规定。

表3.公共建筑主要房间每人所需最小新凤量[m3/(h·人)]

2设置新风系统的居住建筑和医院建筑，所需最小新风量宜按换气次数法确定。居住建筑换气次数宜符合表3.0.6-2规定，医院建筑换气次数宜符合表3.规定。

表3.0.6-2居住建筑设计量小换气次数

3高密人群建筑每人所需最小新风量应按人员密度确定，且应符合表3.0.6-4规定。

暖通空调相关标准规范：

《民用建筑热工设计规范》GB50176-93

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标淮》JGJ26-2010

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2010

《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2012

《建筑设计防火规范》GB50016-2014

《锅炉房设计规范》GB50041-2083

《城市热力网设计规范》CJJ34-2010

《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102-2014

（1）水处理设计及标准

《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013

《民用建筑隔声设计规范》GB50118-2010

（1）室内噪声标准

《工业企业噪声控制设计规范》GB/T50087-2013

《工业企业厂界噪声标准》GB12348-2008

《建筑隔声测量规范》GBJ75-84

《城市区域环境噪声标准》GB3096-2008

（1）室外噪声标准

《泵站设计规范》GB/T50265-2010

《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2013

《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB50325-2010

《室内空气质量标准》GB/18883-2002

GB51039-2014《综合医院建筑设计规范》

《洁净厂房设计规范》GB50073-2013

《医药工业洁净厂房设计规范》

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008

（1）空调配电及控制设计参考

《供配电系统设计规范》GB50052-2009

《低压配电设计规范》GB50054-2011

《通用用电设备配电设计规范》GB50055-2011

《电热设备电力装置设计规范》GB50056-93

施工及验收类：

《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-2002

（1）通风空调管道及部件的制作与安装

（2）通风空调设备的安装

（3）通风空调管道防腐与保温

（4）冷却塔安装

（5）系统调试

《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002

（1）水系统管道安装

（2）水系统管道防腐与保温

《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231-2009

《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-2011

《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010

《制冷设备空气分离设备安装工程施工及验收规范》GB50274-2010

《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》GB50275-2010

（1）水泵安装

（2）空气源热泵、水-水热泵安装

《工业设备及管道绝热工程施工及验收规范》GB50126-2008

《通风管道技术规程》JGJ141-2012

《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2012

《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2016

（1）土壤源热泵室外水管安装

《洁净室施工及验收规范》GB50591-2010

《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002

（1）导线、电器设备安装

《电气装置安装工程低压电器施工及验收规范》GB50254-2014

《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-2006

《暖通空调国家标准图籍》（代号为K）

（1）设计图样及施工做法参考—风机及风道系统、水泵及管道系统、暖通空调系统末端设备

《动力国家标准图籍》（代号为R）

（1）设计图样及施工做法参考--供热设备及动力管道的安装

常用各种标准代号的意义：

（1）国家标准（强制性）GB、GBZ、GB/T

（2）国家工程建设标准GBJ（TJ）

（3）住建部建筑工程标准JGJ、JGJ/T

（4）住建部城镇建设标准（强制性）CJJ、CJJ/T

工程技术知识：

设计计算参数：

室内空气参数标准

房间类型

夏季

冬季

新风量qv

空气中含尘量mg/m3

空气温度t

℃

相对湿度φ%

风速v

m/s

空气温度t

℃

相对湿度φ%

风速vm/s

客房

一级

24

55

0.25

24

50

0.15

100m3/

0.15

二级

25

60

23

40

80m3/

0.30

三级

26

65

22

30

60m3/

0.50

四级

27

70

21

——

—

餐厅宴会厅

一级

23

65

0.25

23

40

0.15

40m3/

0.30

二级

24

22

25m3/

0.30

三级

25

21

10m3/

0.50

四级

26

20

9m3/

0.50

会议室、办公室、接待室、大会场、影剧院

一级

25

55

0.25

24

50

0.15

50m3/

0.30

二级

26

60

23

40

30m3/

0.30

三级

27

65

22

30

15m3/

0.50

四级

28

70

21

30

9m3/

0.50

商场、服务机构展览会会场

一级

24

65

0.25

23

40

0.15

18m3/

—

二级

25

21

18m3/

三级

26

20

9m3/

四级

27

20

9m3/

门厅、走廊（包括四季厅、中厅）

一级

25

65

0.30

22

30

0.30

9m3/(门厅不要求)

0.50(门厅不要求)

二级

26

18

三级

27

17

四级

28

16

美容理发室

健身房

保龄球房

弹子房

26

60

0.15

23

50

0.15

30m3/

0.15

24

0.25

19

40

0.25

30m3/

0.15

25

0.25

21

40

0.25

40m3/

0.30

27

0.25

22

40

0.25

30m3/

0.15

舞厅、酒吧

非跳舞期间、跳舞期间

26

60

0.15

23

40

0.15

18m3/

0.50

23

65

18

50

40m3/

—

舞厅、宴会厅（非用餐时间）

26

60

0.15

20

40

0.15

18m3/

0.30

客房

晚间睡觉时、无人居住时

26

60

0.15

22

50

分别减少20m3/

27

65

20

40

0.15

0.30

公寓卧室

高级

25

60

0.25

23

40

0.15

30m3/

0.30

一级

26

70

22

—

20m3/

0.50

公寓起居室

高级

25

60

0.25

23

40

0.15

30m3/

0.30

一级

26

70

22

—

20m3/

—

噪声标准：

室内允许的最高噪声级(A声级,dB)

序号

建筑性质

房间

特级

一级

二级

三级

1

住宅

卧室、书房、卧室兼起居

起居室

—

—

40

45

45

50

50

50

2

旅馆

客房

会议室

多用途大厅

办公室

餐厅、宴会厅

35

40

40

45

50

40

45

45

50

55

45

50

50

55

60

55

50

—

55

—

3

医院

病房、医务人员休息室

门诊室

手术室

听力测听室

—

—

—

—

40

55

45

25

45

55

45

25

50

60

50

30

4

学校

一般教室

有特殊安静要求的房间

无特殊安静要求的房间

—

—

—

40

—

—

—

50

—

—

—

55

5

图书馆

研究室、专业阅览室、缩微、善本阅览室、视听室、报告厅、普通阅览室

40

6

电影院

甲等

乙等

有立体声时

40

45

40

7

剧院

甲等

乙、丙等

35（NR-30）

40（NR-35）

8

办公楼

一般办公室

高级办公室

会议室、接待室

电话总机室

≤55

≤40

≤50

≤60

9

广播电台

语言录音、广播剧录音

音乐、文艺录音、混响室

语言或音乐录音控制室、复制室、试听室、标准审听室

20（NR-15）

25（NR-20）

30（NR-25）

10

电视演播

语言录音间

音乐、文艺录音室、小于250m2的演播室

文艺录音、音乐录音控制室、音响导演室、电子编辑室、大于等于250m2的演播室

中心机房、图像导演室

中心机房（无人值班）、磁带库

20（NR-15）

25（NR-20）

30（NR-25）

35（NR-30）

40（NR-35）

注：1、表列值系根据我国有关的规范、标准等汇编而成。

2、特级——指有特殊要求的建筑；

一级——指有较高要求的建筑；

二级——指有一般要求的建筑；

三级——指最低要求的建筑。

工业企业厂区内各类地点噪声标准

序号

地点类别

噪声限制值（dBA）

1

生产车间及作业场所（工人每天连续接触噪声8h）

90

2

高噪声车间设置的值班室、观察室、休息室（室内背景噪声级）

无电话通讯要求时

75

有电话通讯要求时

70

3

精密装配线、精密加工车间的工作点、计算机房（正常工作状态）

70

4

车间所属办公室、实验室、设计室（室内背景噪声级）

70

5

主控制室，集中控制室、通讯室、电话总机室、消防值班室（室内背景噪声级）

60

6

厂部所属办公室、会议室、设计室、中心实验室（包括试验、化验、计量室）（室内背景噪声级）

60

7

医务室、教室、哺乳室、托儿所、工人值班宿舍（室内背景噪声级）

55

注：室内背景噪声级指一般工作状态，但不包括偶然产生的噪声影响。

城市区域环境噪声标准

适用区域

日间

（6：00～22：00）

夜间

（22：00～6：00）

特殊住宅区（特别需要安静的住宅区）

45

35

居民、文教区（居民及文教机关区）

50

40

一类混合区（一般商业与居民混合区）

55

45

二类混合区（工业、商业、少量交通与居民混合区）商业中心区（商业集中的繁华地区）

60

50

工业集中区（城市区域规划明确的工业区）

65

55

交通干线道路两侧（车流量100辆/h的道路）

70

55

注：表中所列值为等效A声级（dB）。

空调设备选型：

气候分区：

。。。。