水源热泵培训教材

目 录

公司简介 2 水源热泵机组 4 水源热泵系统原理 6 水源热泵系统优点 10 水源热泵系统应用 水源热泵系统与其它形式系统的比较 水源热泵系统设计步骤 水源热泵系统设计要点 中央控制箱 美意(Mammoth)水源热泵产品 美意(Mammoth)水源热泵安装注意事项 常见问题解答 实例

公司简介

美国美意有限公司是一个专业生产水源热泵机组、地源热泵机组、屋顶空气处理机组、空气净化设备等先进节能空调采暖机组的跨国公司，已有60多年的历史，产品销往全世界，为各种不同建筑工程提供先进节能的设备。美意(Mammoth)所属的北狄集团（Nortek inc），是一个销售额超过20亿美元，专门生产销售建筑材料与空调设备的专业集团公司。

美国美意工厂

经过几十年的孜孜追求，不懈努力，美意(Mammoth)凭借其产品的性能和质量，成为节能空调的领导者。在水环热泵和地源热泵空调领域更是独树一帜，卓尔不群。自九十年代进入中国以来，美意(Mammoth)已在深圳、上海、南京、苏州等地承接了许多工程，取得了良好的赞誉。如今，美意(Mammoth)以独资身份投资千万美金，以美意（中国）有限公司为载体，精选集团优势产品，整合于品牌旗下，全面进军中国中央空调市场，并在上海和浙江建立生产基地。专为中国用户量身定制各类先进节能中央空调产品。

美意上海工厂

水源热泵机组

水源热泵机组是一种以水作为冷热源侧载热介质的供冷供热机组，机组带有一套可逆式的制冷循环系统，是一种可全年运转的空调设备。机组内部包含了制冷循环的四大件：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器以及换向阀。

水源热泵机组外观图

机组形式多样，有卧式、立式、整体式、分体式、水—水式等，其工作原理为： （一） 制冷工况

压缩机把低压冷媒蒸汽压缩后成为高压冷媒气体进入冷凝器，在冷

凝器中通过与水的热交换器而使冷媒冷凝为高压液体，经毛细管的节流膨胀后进入蒸发器，从而对负荷侧载热介质进行冷却。

（二） 制热工况

通过四通阀的切换，使制冷工况时的冷凝器在这时变为蒸发器，而制冷工况时的蒸发器这时变为冷凝器，通过蒸发器吸收水的热量，在热泵循环过程中，从冷凝器向负荷侧热量载体放热。

水源热泵机组根据负荷需要分散布置于建筑内各区域，它以电作为动力，只要具备温度处于-4--43℃之间，一定水量的水源就可以正常运转，满足建筑内的空调采暖要求。

水源热泵系统原理

水源热泵系统是一种采用水源热泵机组作为系统运行主机的高效节能的空调系统，系统主要包括三个部分：水源热泵机组、负荷侧室内系统以及水源侧水环路系统。根据负荷侧的载热介质来分，可分为水-空气式水源热泵机组和水-水式水源热泵机组两大类。

采用水-空气式水源热泵机组时室内采用风系统，冷（热）风通过独立的风管送到室内各区域，回风经门下缝隙，辅助房间及走道返回机组，也可以由回风管道返回机组，由安装在室内的恒温器控制机组的启停以调节室温。采用水-水式水源热泵机组时室内通常采用风机盘管系统，由风机盘管温控器调节室内温度。

水源侧水环路系统为水源热泵机组提供冷热源，根据水源侧环路的形式的不同，水源热泵系统可以划分为以下几种类型：地下水（地表水）水源热泵系统、地热源（地耦合）水源热泵系统、封闭式环路水源热泵系统。如果建筑附近地区有诸如湖水、河水、地下水、矿井水这样的自然水源可作为冷热源时，采用地下水（地表水）水源热泵系统水源热泵机组可以将水资源中的低品位热能转化为用于供热的高品位热能以及用作制冷时的冷却水，所耗用的能量仅为占总供热（或制冷）量的1/4的用电量，从而能够节约大量的运行费用。如果建筑周围有较大的绿化带时，可以采用地热源（地耦合）水源热泵系统在地下埋管的形式利用土壤的蓄能能力，夏季水源热泵机组运行时向土壤散出建筑内的热量，冬季水源热泵机组运行时从土壤中吸收热量，从而节省运行费用。在没有自然的冷热源可利用的情况下，可以采用闭合环路水源热泵系统，夏季采用冷却塔散出系统多余热量，冬季通过辅助热源(如外围热网、辅助锅炉等)补充系统热量，此时系统水环路的水温宜保持在10-32℃之间。

地下水（地表水）水源热泵系统利用湖水、河水、地下水、矿井水这样的自然水源可作为冷热源，可以利用地表水（如湖水、河水等），从上游取水，向下游回水。也可以从地下抽取地下水，在适当的抽取深度上利用水质较好地下水（地表水）作为直接能源，抽水井必须有足够的水量以满足运行高峰期的最小水量需要,在没有回灌要求的地区，沟渠、水池及小河是最常用的排放系统，对于有回灌要求的地区常采用一抽一回的形式，地下水（地表水）水源热泵系统应用是非常经济的一种系统形式。

我们知道在地表面几米以下的地温全年是相对恒定的，地热源（地耦合）水源热泵系统是一种以土壤作为低温热源的热泵系统，它以水或防冻液作为中间介质，水源侧环路采用地耦合环路与大地进行热交换。利用土壤这样的稳定热源，地热源热泵可以全年提供可靠有效的舒适性。

工作原理

在冬季，地源热泵系统通过埋在地下或沉浸在池塘、湖泊中的封闭管道（称为环路）从大地收集自然界的热量，而后由环路中的循环水把热量带到室内。再由装

在室内的地源热泵系统通过电驱动的压缩机和热交换器把大地的能量集中，并以较高的温度释放到室内。

在夏季，此过程则相反，地源热泵系统将从室内抽出的多余热量排入环路而为大地所吸收，使房屋得到供冷。犹如电冰箱那样，从冰箱内部抽出热量并将它排出箱外使箱内保持低温。

地热源（地耦合）水源热泵系统包括一个地下密封的高强度的聚乙烯塑料管热交换网，一个流量调节控制器，当系统处于制冷工况时，管内液体温度将会上升，热量被散到较冷的大地中，相对的，当系统处于供热工况时，管内液体温度下降，热量从大地吸入。流量调节控制器利用一个低压泵运行系统中的循环水或防冻液体。塑料热交换管路是闭式的，所有的管接头都和天然气运输管路一样采用热熔焊接，闭合环路不需要地表水供应或排水，而且它也不会影响地矿质。

地耦合环路可以采用垂直或水平安装，或是浸没在池塘中或湖中。设计适当时，这三种形式都以相似的效率运行，高密度聚乙烯塑料(PE)管用于闭合环路安装，管接头用热熔形成接头，因此接头比管道本身还要结实。高密度聚乙烯塑料(PE)管环路的预期使用寿命达五十年。地耦合环路管长的设计与土壤的性质、埋管方式等多方面的因素有关。

地热源（地耦合）水源热泵系统除了其节能特性外另一个突出的优势是其环保优势，由于其采用闭合环路与大地进行热交换，不会给环境带来的温室效应、热岛效应、以及臭氧层破坏等不利影响。因而得到环保部门、能源部门等政府机构的关注。

闭合环路水源热泵系统（水环热泵系统）

闭合环路水源热泵系统采用一个双管封闭的水系统并联连接建筑中各区域的水源热泵机组，通过闭合环路中水温保持在10-32℃之间的水的循环保证机组的运行，为保证系统水温维持在10-32℃之间常常需要辅助热源和散热设备，当系统水温低于10℃时，借助于加热装置加热，当循环水温高于32℃时，采用冷却塔进行冷却。（见系统原理图）

在炎热的气候条件下，系统中大部分机组处于制冷工况，从建筑物中排到水环路中的热量多于其他区域需要的热量，这就需要利用散热设备（通常用冷却塔）从系统中散去多余的热量。

在寒冷的气候条件下，大部分机组处于供热工况，系统需要的热量多于其他机组放到环路中的热量，因而需要通过热源（通常是高效锅炉）给环路加热。

如果建筑核心区全年需要空调（即向环路水系统中排放热量），而周边区在过渡季及冬季时需要采暖（即从环路水系统中吸收热量），此时水环路中的水温能够自行保持在10-32℃之间，因而就不需要开启冷却塔与辅助热源，在这种情况下，闭合环路水源热泵系统是一种运行合理，十分高效的系统。

与传统的空调系统不同的是，闭合环路水源热泵系统中的冷却塔与辅助锅炉是不需要同时运行的，因而，它要比传统的空调系统更高效。

闭式环路水源热泵系统的一个重要特点是其能够简单有效地实现单个区域或房间的热量计量，任何大小的空间组合都可以高效独立地进行供热与供冷控制，实现分户计量，特别有利于写字楼、公寓、商场、娱乐中心这类多用户建筑。

水源热泵系统优点

1、不需要集中的主机房

水源热泵系统化整为零，无需集中制冷机房、锅炉房，减少了设备间的面积。目前许多大型建筑，如采用传统的中央空调方式，都需要在地下室拿出几百上千平米来做冷冻站，或单独修建锅炉房，这对许多开发商是最心疼的事情。另外对于改建工程，采用水源热泵系统则更为方便，它可以省去用户新建制冷机房的麻烦。 2、计费方便

水源热泵系统中没有了集中用电的大户“冷水机组”，主要的用电已经转移到了各个末端上去了，空调开启的主动权已掌握在用户手中。通过单独的电表计量（而非通过冷量统计来间接分摊主机用电量），由用户自己负担空调的电费（另仅分摊极少量的循环水系统的电费），减少了物业管理的负担和用户间因使用不均而产生的计费纠纷。 3、方便投资商

水源热泵系统适用于各式新建或改建的建筑。新建大楼可先安装水源热泵的冷却水水主管及支管，开发商可在用户入住装修前根据实际使用需要再来配置、购买和安装热泵机组，可减少初期投资。并根据大楼的出售和租用情况，做到分期投资。在安装时布置较为简单，所需要的风管也少，无保温的水管系统客观上也能做到提高吊顶高度，或降低楼层高度。 4、使用灵活，节省能源

水源热泵机组因为是水冷方式，具有比风冷热泵机组更高的效率，比集中水冷冷水机组调节灵活，每台机组开启时均在较高效率下运行，故可降低电耗。 另外当整幢建筑中只有部分房间使用时，只需开启个别分区的热泵机组及循环水系统。另外在分有内外区的建筑里，特别是在过渡季节时，它可以根据不同用户的使用要求，同时供冷和供热（这在两管制风机盘管系统中是难以实现的），实现系统内部能量平衡，减少了冷却塔和加热设备的运行时间，达到节能目的。而且系统热效率不会受室外温度变化的影响。根据计算，在一个水源热泵系统中，如果有60%的机组在供热，40%的机组供冷的话，这时，供冷排除的热量正好等于供热所需的热量。整个系统处于热平衡状态，能量利用率达100%。还有，如果水源热泵系统用于写字楼，因夜间或周末可能有极少量用户因加班而需使用空调，此时由于循环水系统管路内的水本身所具有的热（冷）容量，往往不需运行加热或冷却系统（即

只要能维持水温在10－32℃范围内），而不受大楼中央空调系统关闭的限制，或因一两户的使用而要启动整个中央空调系统，浪费能源 。 5、控制方便

热泵机组在工厂预先组装，温度自控装置亦组合于热泵机组中，无需另设控制中心或控制室。各个房间独立布置一台或多台水源热泵机组，用户可根据自己的需要自行控制室内空调的温度和机组的启停。 6、运行维修简便

由于系统设备简单，安装方便，启动调整容易，分区设计灵活，故障非常少，不需配备熟练的工程师。即使一台或多台热泵出故障也不会影响大楼其它多数用户的使用。

美意（Mammoth）水源热泵产品介绍

美意（Mammoth）水源热泵产品分为冷热风型和冷热水型，

产品类型 整体式冷(热)风型 2.2-124.7kW 22 一拖一 一拖二 一拖三 冷(热)水型 5.4-90.6kW 16

规格 种 种 种 种

种 (新风机组除外) 2.2-17.7kW 9 5.6-29.4kW 5 12.9-17.7kW 2

水源热泵系统应用

传统空调采暖面临挑战

在我国发达城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。传统的采暖空调模式因其产生的环境污染的正面临着严峻的挑战。

传统的供暖空调方式是两套系统分别解决冬季供暖（如果采用锅炉或集中热网）和夏季供冷（如分体空调机或中央制冷机），系统投资大，占地多。 水源热泵的应用前景

由于水源热泵系统具有经济、节能、环保等多方面的优势，弥补了我国传统的供暖方式存在的问题，符合我国环境保护与能源节约的政策，所以水源热泵系统在我国具有良好的市场前景。 影响水源热泵全面使用的因素

从目前全国的空调总使用量来看，水源热泵系统所占的比例还非常之小。据分析，以前制约它大量使用的主要原因有： 1.价格偏高

因水源热泵产品在国内的生产商极少，而且产量不高，质量不稳定，主要还是靠进口，所以系统总价较常规空调系统高。 2.噪声问题

由于机组本身的特点，机组内自带有压缩机、风机等运转设备，而且又直接安放于空调使用房间内，大家担心其噪音的影响。

3.由于国内生产厂家较少，而且产品品种、系列不全，在空调系统设计和机组布局上受其制约较多，再加上有许多的空调设计人员对其产品特点不了解，不熟悉，

对其系统设计特点和规律认识不足，不愿使用。另外也有不少开发商都认为这是一种新技术、新产品，但心其实用性和可靠性，不愿让自己的项目来作为设计人员和生产商的使用场地，再加上市场使用量不大，担心售后服务跟不上，影响其正常使用。

水源热泵系统与其它系统的比较

水环热泵系统与常规空调系统的比较 水源热泵系统与VRV空调系统的比较 水环热泵系统与集中式空调系统的比较 水环热泵系统与户式风冷热泵系统的比较 美意(Mammoth)水环热泵与其他水环热泵的比较 地源热泵与风冷中央空调的比较

水环热泵系统与常规空调系统的比较

水源热泵系统与VRV空调系统的比较

水源热泵系统与集中控制空调系统的比较

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水源热泵中央空调系统 不需复杂设计，设计周期短。 系统水管不需保温，安装简易经 济。 免机房，只需提供冷却水塔，水 泵放置场所，节省了宝贵的主机 占地面积。 部分空调使用时节能，尤其是在 过渡季节根据不同需要，不同空 间可同时分别供应冷暖，能源可 互相交替，节省过渡季节的能 耗。 水流储能，冷暖采用同一能源， 可满足用户不同要求，同一系统 (楼宇)内，用户可根据需要随 意选择制冷或供暖，大大节省使 用成本。 可独立装表计量，用户根据使用 空调时间的长短来交纳运行费 用。 冷却水系统简单，只需一般技术 人员即可应付自如。 少数备用机组即可保证空调正常 供给，维修简易，费用低廉，维 修时不必整座楼宇停机。 可分期投资购买设备，只须先安 装水流循环系统，个别机组可视 需要量递增。 旧楼翻新安装空调，即可避免损 坏楼宇原有结构，又可分层安装 及使用空调。 每台机组均有智能接口，易于进 行智能化控制(如时控、遥控 等)。

集中式中央空调系统 系统设计复杂，设计周期较长。 系统水管需绝热材料保温，增加额外 投资。 主机房占地面积较大，机房土建投资 和机房设备安装投资较大。 部分空调使用时，最低能量亦要达到 总能量的 25%,在达不到满负荷 时，浪费大量能源。

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同一系统(楼宇)内，不能同时满足 供暖和制冷的不同要求，季节交替时 须一次性转换制冷或供热。当只有部 分空调使用时，浪费大量能源。 费用不易计量，无论用户用否或用多 少，费用一样支付。 需专门技术人员维护和保养，更多时 需委托供应商来维护和保养，费用较 高。 需配昂贵的备用制冷机组和专业化操 作人员，且主机损坏时，整个空调系 统将会部分或全部停顿，维修、维护 成本高。 须先投资制冷主机和供热锅炉，一次 性投资费

用较大。 无法避免损坏原有结构，且难找到适 用机房，一般需全楼停业以进行安装 工程，经济损失较大。 也能进行智能化控制，但主机和末端 控制点多，系统复杂，工程量大。

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水环热泵系统与户式风冷热泵系统的比较

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比较内容 中央空调系统 档次 第一次造价 寿命 回收能源 COP 值 冬季采暖 室外机 室外机噪音

水环热泵系统 是 五星级 ￥250 - 280 / m2 20-25 年 可将建筑内外区能源平衡或回收 3.7-4.9 冬季采暖不受室外温度影响 没有 没有 节省能源，运行费用低，能充分利 用废热以及各种低热位热源(如太 阳能，中水热回收等),尤其在过 渡季节尤其明显。

户式风冷热泵系统 不是，户式小中央系统 中档次 ￥200 - 250 / m2 10-15 年 不能将废能回收 2.3-3.1 冬季制热困难，4℃以下难以启 动, 需辅加热 有，影响建筑物外观 环境噪音大

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系统节能性

节能比较少

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美意（Mammoth）与其它水环热泵比较表

地源热泵与风冷中央空调的比较

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