地源熱泵中央空調(diào)和地源熱泵熱水器都是一種高效、環(huán)保、安全的節(jié)能技術(shù)，如果將兩者結(jié)合起來，做成集制冷、制熱和制生活熱水于一體的全熱回收熱泵機(jī)組，夏季時(shí)，利用空調(diào)的冷凝熱免費(fèi)制取生活用水，換季時(shí)則作為熱泵熱水器單獨(dú)提供生活熱水，冬季時(shí)，機(jī)組在非空調(diào)使用時(shí)段制取生活熱水，既將二者的節(jié)能優(yōu)勢(shì)統(tǒng)一，也可以降低投資成本，有能充分利用機(jī)組，提高機(jī)組的使用率。

現(xiàn)狀：

地源熱泵與空氣源熱泵相比，有著無可比擬的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，已完為世界上發(fā)展最快的可再生能源應(yīng)用之一。黨的十七大報(bào)告指出：“建設(shè)生態(tài)方明，基本形成節(jié)約能源資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、境長方式、消費(fèi)模式。”十一五期間，加快建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)成訓(xùn)頭等要?jiǎng)?wù)，節(jié)約資源成為基本國策，推進(jìn)建筑節(jié)能工作迫在眉睫，地源熱泵技術(shù)正是要實(shí)現(xiàn)這一時(shí)代目標(biāo)的最佳選擇。與傳統(tǒng)中央空調(diào)相比，地源熱泵實(shí)現(xiàn)了環(huán)保與節(jié)能的統(tǒng)一，在建筑供熱空調(diào)中采用該技術(shù)可有效提主一次能源利用率，此項(xiàng)技術(shù)代表著節(jié)能型中央空調(diào)的發(fā)展趨勢(shì)，推廣其使用將對(duì)建筑節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、合理利用資源、改善環(huán)境產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。

熱泵熱水器與傳統(tǒng)電熱水器、燃?xì)鉄崴畾庀啾?，有更大的?jié)能優(yōu)勢(shì)。熱泵熱水器由于水電分離，且不產(chǎn)生廢氣，因此更完全、更環(huán)保。與太陽能熱水器相比，其使用不受天氣影響，且其安裝比太陽能熱水器更方便，不受樓層限制。而地源熱泵熱水器由于其熱源溫度高且穩(wěn)定，因此比空氣源熱泵熱水器更節(jié)能。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

要想實(shí)現(xiàn)全熱回收功能，最簡(jiǎn)單的辦法是在熱泵機(jī)組四通閥與壓縮機(jī)排氣口串入一個(gè)熱回收換熱器。如下圖：

1-壓縮機(jī) 2-熱回收換熱器 3-四通閥

4-源側(cè)換熱器 5-節(jié)流裝置 6-使用側(cè)換熱器

圖1 四通閥換向熱泵+全熱回收系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全熱回收方式系統(tǒng)簡(jiǎn)單，控制方便，并且國內(nèi)已有部分廠家開始使用類似系統(tǒng)。但該系統(tǒng)中四通閥沒有工作在一個(gè)安全的使用環(huán)境內(nèi)，因?yàn)樵谶M(jìn)行全熱回收工作時(shí)，從全熱回收換熱器流出的制冷劑為氣液混合狀態(tài)或過冷液體，之后再進(jìn)入四通閥，四通閥進(jìn)液態(tài)制冷劑后，其滑閥可能會(huì)因?yàn)橐簱粼谒榱眩魉耐ㄩy廠家均不推薦此類做法。

為了解決四通閥液擊問題，可采用電磁閥橋式換向系統(tǒng)來替代四通閥，如下圖：

當(dāng)機(jī)組需要制冷運(yùn)行時(shí)，電磁閥M1、M4開啟，電磁閥M2、M3關(guān)閉;制熱時(shí)，電磁閥M2、M3開啟，電磁閥M1、M4關(guān)閉。

工程設(shè)計(jì)：

機(jī)組空調(diào)的工程應(yīng)用可控通常的地源熱泵工程來設(shè)計(jì)，其生活熱水部分可設(shè)計(jì)為直熱式和循環(huán)式，也可設(shè)計(jì)為直熱循環(huán)式。

直熱式制取生活熱水是通過機(jī)組對(duì)初始冷水進(jìn)行一次加熱，直接制取所需溫度的生活熱水，該方法對(duì)冷水加熱時(shí)，加熱前后溫差大，其優(yōu)點(diǎn)是工作工況較穩(wěn)定，但是當(dāng)生活熱水儲(chǔ)水箱由于散熱降溫低于所需溫度時(shí)，無法對(duì)水箱儲(chǔ)水進(jìn)行二次加熱。

循環(huán)式制取生活熱水則是通過機(jī)組對(duì)水箱內(nèi)儲(chǔ)水進(jìn)行循環(huán)加熱，逐漸加熱至所需溫度的生活熱水。其優(yōu)點(diǎn)是生活熱水工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，水箱溫度可控，但由于其在制取熱水過程中隨著熱水溫度不斷上升，機(jī)組工作工況逐漸惡劣，且機(jī)組能效也逐漸下降。當(dāng)水溫達(dá)到45℃以上時(shí)，壓縮機(jī)排氣溫度及壓力很高，將影響壓縮機(jī)的使用壽命。

而直熱循環(huán)式則綜合利用了兩者優(yōu)點(diǎn)，雖然機(jī)組也會(huì)循環(huán)式運(yùn)行，但其循環(huán)式運(yùn)行時(shí)間短，對(duì)壓縮機(jī)使用壽命影響不大。

以下的直熱循環(huán)式的工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖;

工程采用開式保溫水箱，水箱設(shè)高低限水位開關(guān)，低位開關(guān)為水箱啟動(dòng)補(bǔ)水開關(guān)，高位開關(guān)是水箱停止補(bǔ)水開關(guān)。由于生活熱水使用量會(huì)隨季節(jié)改變，因此水箱水位開關(guān)可設(shè)計(jì)成多段位式，以便在不同的季節(jié)，保持不同的水位。

當(dāng)水箱補(bǔ)水時(shí)，機(jī)組開啟，機(jī)組對(duì)冷水進(jìn)行快熱加熱，當(dāng)補(bǔ)水管壓力不足時(shí)，開啟水箱供水水泵P1，對(duì)補(bǔ)水壓力作出補(bǔ)償。

當(dāng)溫度傳感器T檢測(cè)到水箱溫度低于設(shè)定值時(shí)，則啟動(dòng)水箱循環(huán)泵，并啟動(dòng)機(jī)組，對(duì)水箱儲(chǔ)水進(jìn)行循環(huán)加熱。

系統(tǒng)控制：

機(jī)組可采用制冷、制熱、制冷+熱水、制熱+熱水和制熱水五種模式;

制冷、制熱控制方法同常規(guī)機(jī)組;

制冷+熱水模式：

該模式下，為簡(jiǎn)化其控制程序，推薦采用循環(huán)式制取生活熱水。在機(jī)組運(yùn)行初期，由于生活熱水側(cè)進(jìn)水溫度較低，此時(shí)可不開源側(cè)水泵，僅以生活熱水側(cè)提供空調(diào)用冷源，當(dāng)熱水溫度高于一定值(例如35℃)再可啟源側(cè)水泵，以生活熱水側(cè)和源側(cè)同時(shí)提供空調(diào)用冷源。

制熱+生活熱水

該模式下，為防止空調(diào)負(fù)荷側(cè)和生活熱水側(cè)搶熱量，造成兩側(cè)同時(shí)效果差的現(xiàn)象，機(jī)組在該模式下的控制，應(yīng)設(shè)置一個(gè)優(yōu)先級(jí)，一般以生活熱水為優(yōu)先。當(dāng)生活滿足使用要求時(shí)，再開啟空調(diào)負(fù)荷側(cè)。

機(jī)組噴液冷卻

當(dāng)水箱儲(chǔ)水循環(huán)加熱時(shí)，溫度達(dá)到50℃時(shí)，由于機(jī)組工作工況較為惡劣，壓縮機(jī)最高工作溫度可能達(dá)到115℃以上，最高排氣壓力可能達(dá)到2.7MPa以上，為提高壓縮機(jī)的工作安全性，需要在機(jī)組冷凝器出口和壓縮機(jī)進(jìn)氣口處增加噴液冷卻裝置。該裝置可由電磁閥與毛細(xì)管串聯(lián)組成(如圖3)，通過檢測(cè)壓縮機(jī)排氣管的溫度來控制電磁閥的開關(guān)，當(dāng)壓縮機(jī)排氣管溫度達(dá)到設(shè)定值后(一般為105～110℃)，開啟電磁閥進(jìn)行噴液冷卻;當(dāng)壓縮機(jī)排氣管溫度低于設(shè)定值后(一般為90℃)，關(guān)閉電磁閥停止噴液冷卻。

運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比 ：

以下對(duì)制取生活熱水時(shí)，全熱回收熱泵機(jī)組、電熱水器、燃?xì)鉄崴鞯热N熱水器的運(yùn)行費(fèi)用熱水使用：

注;

單日熱水負(fù)荷Q=cmΔt，其中c為水比熱4.2kJ/(kg·℃)，m為單日用水量，Δt為水加熱前后溫差;

季節(jié)熱水負(fù)荷=季節(jié)時(shí)長×當(dāng)季的單日熱水負(fù)荷;

全熱回收熱泵機(jī)組、電熱水器、燃?xì)鉄崴髂赀\(yùn)行成本計(jì)算

注：用電按1RMB/(kW·h)商業(yè)用電價(jià)格計(jì)算，天然氣價(jià)格按2.6RMB/m3計(jì)算，天燃?xì)鉄嶂蛋?.6×104kJ/m3。全熱回收熱泵機(jī)組夏季制熱水全免費(fèi)，因此夏季熱水負(fù)荷不計(jì)入機(jī)組制熱水負(fù)荷之內(nèi)。電熱水器和燃?xì)鉄崴髦茻嵝示?00%計(jì)算，全熱回收熱泵機(jī)組的熱水能效按《熱泵熱水器》水源式能效標(biāo)準(zhǔn)4.5。

從以上運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比，全熱回收熱泵機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用是三種熱水器中最低的。

發(fā)展方向：

將熱泵空調(diào)和熱泵熱水器結(jié)合起來，可使機(jī)組在夏季免費(fèi)制取生活熱水，也可使機(jī)組在換熱季節(jié)單獨(dú)制取生活熱水，既提高了機(jī)組的使用率，也提高了機(jī)組對(duì)低位能源的利用率，綜合提高了機(jī)組效率。因此全熱回收熱泵機(jī)組必將成為今后熱泵機(jī)組的重要發(fā)展方向。

如果設(shè)計(jì)出能容液擊的四通換向閥，將會(huì)大大的推動(dòng)全熱回收熱泵機(jī)組的發(fā)展。