水環熱泵空調系統

水環熱泵空調系統是用水環路將小型的水/空氣熱泵機組並聯在一起，構成一個以回收建築物內部餘熱為主要特點的熱泵供暖、供冷的空調系統。它在20世紀60年代出現在美國的加利福利亞州，故也稱加利福利亞系統。20世紀70年代後進入日本，20世紀80年代初，在我國一些建築物中開始應用。由於其節能效益和環保效益顯著，因此20世紀90年代，水環源熱泵空調系統在我國得到廣泛應用，並將會在我國空調節能領域中發揮越來越大的作用。 ^[1] 

水環熱泵空調系統由三部分組成：（1）水/空氣熱泵機組；（2）水循環環路；（3）輔助設備（冷卻塔、加熱設備、蓄熱裝置等）。下圖1所示給出了典型的水環熱泵空調系統原理圖。其中，1-水/空氣熱泵機組；2-閉式冷卻塔；3-加熱設備（如燃油、燃氣、電鍋爐）；4-蓄熱容器；5-水環路的循環水泵；6-水處理裝置；7-補給水水箱；8-補給水泵；9-定壓裝置。 ^[1] 

圖1所示 水環熱泵空調系統原理圖

水環熱泵空調系統主要具有如下特點 ^[1]  ：

（1）調節方便。用户根據室外氣候的變化和各自的要求，在一年內的任何時候都可隨意進行房間的供暖和供冷的調節。

（2）雖然水環路是雙管系統，但與四管制風機盤管系統一樣可達到同時供冷供暖的效果。

（3）建築物熱回收效果好。因此，這種系統適合於有內區與外區的大中型建築物，即適用於大部分時間內有同時供冷供暖要求的場合。

（4）系統佈置緊湊、簡潔靈活。由於沒有體積龐大的風管、冷水機組等，故可不設空調機房（或機房面積小），從而增大了使用面積及有效空間；環路水管可不設保温，減少了材料費用。

（5）便於分户計量和計費。

（6）便於安裝與管理。水源熱泵機組可在工廠裏組裝，減少了工地的安裝工作量。由於系統設備簡單，而使安裝方便，啓動與調整容易。

（7）小型的水源熱泵機組的性能係數不如大型冷水機組。

（8）製冷設備直接放在空調房間內，噪聲大。

（9）設備費用高，維修工作量大。

根據空調場所的需要，水源熱泵可能按供熱工況運行，也可能按供冷工況運行。這樣，水環路供、回水温度可能出現5種運行工況。 ^[2] 

（1）夏季，各熱泵機組都處於製冷工況，向環路中釋放熱量，冷卻塔全部運行，將冷凝熱量釋放到大氣中，使水温下降到35℃以下。

（2）大部分熱泵機組製冷，使循環水温度上升，達到32℃時，部分循環水流經冷卻塔。

（3）在一些大型建築中，建築內區往往有全年性冷負荷。因此，在過渡季，甚至冬季，當週邊區的熱負荷與內區的冷負荷比例適當時，排入水環路中的熱量與從環路中提取的熱量相當，水温維持在13~35℃範圍內，冷卻塔和輔助加熱裝置停止運行。由於從內區向周邊區轉移的熱量不可能每時每刻都平衡，因此，系統中還沒有蓄熱容器，暫存多餘的熱量。

（4）大部分機組制熱，循環水温度下降，達到13℃時，投入部分輔助加熱器。

（5）在冬季，可能所有的水源熱泵機組均處於制熱工況，從環路循環水中吸取熱量，這時，全部輔助加熱器投入運行，使循環水水温不低於13℃。

為了確保水環熱泵空調系統安全、可靠和經濟運行，空調工程師在設計中要對水環熱泵空調系統提出控制要求。主要有：（1）水源熱泵機組的控制與保護；（2）輔助設備（冷卻塔、水加熱設備、蓄熱容器、循環泵等）的控制和保護；（3）系統的控制與保護。具體自控設計可由建築電氣工程師來完成。 ^[1] 

水源熱泵機組可以設計成獨立的空調系統，也可以同其他空調設備共同組合成新的空調系統，常稱此類系統為混合式空調。 ^[1] 

帶冷水機組的水環熱泵混合系統

一般來説，大型冷水機組的製冷性能係數（COP）要比水源熱泵機組的製冷性能係數高，也就是對於固定的或大量的冷負荷場所（如大型辦公室的內區），可以選用大型冷水機組，而只對既有冷負荷又有熱負荷的周邊區，設置水源熱泵系統。這樣，混合系統的運行能耗將會比傳統的水環熱泵系統運行能耗減少，冷水機組的冷凝熱排入水環熱泵的水環路中，用於周邊水源熱泵的供熱。 ^[1] 

帶單元櫃式空調機組的水環熱泵混合系統

為了提高系統運行的經濟性，在建築物內區設置單元櫃式空調機組，向內區供冷。而在周邊區設置水源熱泵空調機組，向周邊區供冷或供熱。另外，單冷式機組的價格也比熱泵機組便宜。 ^[1]