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能源是现代社会的基础。随着我国国民经济的高速发展，电力负荷不断刷新纪录,其中空调耗电量的增加是造成用电量大幅度飙升的一大原因。因此，大力推广包括水环热泵空调系统在内的各种空调节能技术具有积极和深远的意义。水环热泵空调系统是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/空气热泵机组并联在一起，构成一套以回收建筑物内部余热为主要特点的热泵供暖、供冷的空调系统。21世纪开始，我国各类建筑中相继采用了水环热泵空调系统。由于这些工程具有下列特点：回收建筑物内余热的特有功能；不像传统采暖系统会对环境产生严重的污染；省掉或减少常规空调系统的冷热源设备和机房，便于分户计量和计费，便于安装、管理等优点。因此，采用水环热泵空调系统技术是解决暖通空调系统能源与环境问题的有效措施之一。水环热泵空调系统作为一种具有节能和环保意义的空调系统，在我国将更会有广阔的应用前景。
本书作为一本有关水环热泵空调系统的工程技术专著，比较系统地介绍了水环热泵空调系统的运行特征、能耗分析、设计要点、外部能源、工程实例和应用评价等问题，具有较强的实践性和可操作性。本书可供广大从事暖通空调设计和热泵专业的技术人员阅读，也可供供热、燃气、通风及空调专业的研究生与本科生参考。
《水环热泵空调系统设计》第一版于2005年出版，这是一部较全面阐述水环热泵空调系统应用理论基础与实践的专著。本书的出版对我国水环热泵空调系统的普及、推广起到了积极的推动作用：使设计人员和业主对水环热泵空调系统在现代空调中的节能性、环保性认识更加深刻；对传统水环热泵空调系统存在辅助加热用能不合理的问题，在设计中也开始应用低位再生能源和热泵辅助加热。第一版虽然归纳总结出可再生能源水环热泵空调系统和混合系统，解决了传统水环热泵空调系统辅助加热用能不合理的问题，以及内区设置小型水/空气热泵的全年制冷工况下的能耗比大型冷水机组为冷源空调系统大的问题，但是水环热泵空调系统仍然存在如下问题。
（1）由于水环热泵空调系统采用单元式水/空气热泵机组，小型制冷机设置在室内，其噪声会高于风机盘管系统。
(2)对于具有较大建筑内区的既有建筑节能减排的改造工程，如何将原风机盘管加新风系统改造为水环热泵空调系统，以回收和利用建筑物内区的余热。
为解决上述问题和基于在未来低碳时代的绿色建筑中，水环热泵空调系统具有潜在的应用空间和应用价值的理念，编著者对原书第一版进行增删、调整，增加了水环热泵空调系统形式的集成创新和施工要点等新的章节，同时在相应章节增加有关节能技术的新内容，使其更加充实、完整，出版了这本《水环热泵空调系统设计》第二版。全书共分10章，主要内容包括热泵的基本知识、水环热泵空调系统及其评价、水环热泵空调系统中的设备、水环热泵空调系统的设计、水环热泵空调系统的控制、可再生能源水环热泵空调系统、水环热泵空调系统形式的集成创新、典型的工程实例、国外水环热泵空调系统运行经验总结以及水环热泵空调系统施工要点。
本书由姚杨、姜益强、马最良共同编著，姚杨统稿，本书作者所在单位的研究生们为本书成稿做了很多辅助性工作，对此谨致谢意。由于作者时间有限，书中难免存在不妥之处，敬请广大专家和读者批评指正。
编著者
201１年1月

第一版前言
水环热泵空调系统在20世纪60年代出现在美国的加利福尼亚州，故也称为加利福尼亚系统。1955年该技术申请专利，从而很快传遍美国并早已商品化。进入70年代后，在日本这项技术的推广应用也很快:东芝、三菱电机、PMAC公司均有水环热泵产品出售;在东京、名古屋、横滨等城市，70年代初就有很多采用水环热泵空调系统的工程实例。
20世纪80年代初，我国在一些外商投资的建筑中采用水环热泵空调系统，原因在于这些工程具有下列特点：水环热泵空调系统具有回收建筑物内余热的特有功能；不像传统锅炉会对环境产生污染；省掉或减小常规空调系统的冷热源设备和机房；便于分户计量和计费；系统的灵活性好；便于安装、管理等。因此，20世纪90年代水环热泵空调系统便在我国得到较广泛应用。据统计，1997年国内采用水环热泵空调系统的工程共有52项，到1999年全国约有100个项目，约2万台水/空气热泵机组在运行。目前不仅在上海、北京、天津、广州、深圳等大城市的一些工程采用，而且佛山、绍兴、惠州、泉州等中小城市也开始采用水环热泵空调系统。水环热泵空调系统作为一种典型的节能型空调系统，将会在空调节能领域获得广泛的应用和发展。它将是合理用能的典范，其节能效益和环保效益日益显著，在我国将会有广阔的应用前景。
尽管水环热泵空调系统在我国的应用日益广泛，但我国的发展和应用情况与国外相比，仍存在一定差距。例如，实际工程设计中往往忽略该系统运行工况的复杂性，忽略系统运行能耗的影响，这将会使系统运行的节能效果得不到可靠保证。国内现行水环热泵空调系统的形式虽然很多，但各种形式在工程中的推广还很有限，不如国外普遍。另外，有的工程实例中仍存在一些不合理之处。总之，除了设计经验不足之外，更重要的是因为缺乏对该系统的深入了解。因此，为了在我国更好的推广和应用水环热泵空调系统，本书将系统地介绍水环热泵空调系统的运行特性、能耗分析、设计要点、外部能源、应用实例和应用评价等问题。
本书共分8章，主要内容和特点如下：介绍热泵的基本知识和在我国暖通空调中的应用与发展；系统地总结水环热泵空调系统运行能耗评价方法及在我国的应用评价；介绍水/空气热泵机组运行特性和水环热泵空调系统中的主要设备；系统地总结出水环热泵空调系统设计要点与方法；介绍水环热泵空调系统及水/空气热泵机组的控制问题；针对传统水环热泵空调系统的问题，总结出可再生能源水环热泵空调系统与混合系统并指明设计应注意的一些问题；介绍一些典型的工程实例；介绍国外水环热泵空调系统的运行经验和一些实测结果。
在编写过程中，本书强调理论与实际并重，可供从事暖通空调和热泵工作的专业技术人员、节能工作者、制冷专业的技术人员阅读，同时也可供供热、燃气、通风及空调工程专业的研究生与本科生阅读。全书第2、6、7章由马最良编著；第1、4、5章由姚杨编著；第3章由杨自强编著；第8章由姜益强编著。全书由姚杨负责统稿。另外，作者指导过的研究生曹源、杨辉、喻银平也参与了部分研究工作。研究生倪龙、封家平、董菲为本书成稿做了一些辅助性工作，对此谨致谢意。由于编者的水平所限，难免存在缺点和错误，望读者给予批评指正。
编者
2004年6月
第１章热泵的基本知识1
１?１热泵的定义1
１?２热泵空调的典型图示2
１?３热泵的低位热源3
1?3?1空气4
1?3?2水5
1?3?3土壤7
1?3?4太阳能9
１?４热泵的驱动能源及驱动装置10
1?4?1电动机10
1?4?2燃料发动机11
１?５热泵的热用户（热汇）11
１?６热泵的分类12
1?6?1根据热泵在建筑物中的用途分类12
1?6?2按低位热源的种类分类13
1?6?3按驱动能源的种类分类13
1?6?4按热泵系统低温端与高温端所使用的载热介质分类13
１?７热泵空调系统的分类15
１?８热泵的评价方法16
1?8?1热泵经济性的评价方法16
1?8?2热泵空调模糊分析评价法20
１?９热泵空调的节能效益21
１?１０热泵空调的地球环保效益24
１?１１热泵在我国暖通空调中的应用与发展25
参考文献30
第２章水环热泵空调系统及其评价32
２?１概述32
２?２水环热泵空调系统的组成与运行特点33
2?2?1水环热泵空调系统的组成33
2?2?2水环热泵空调系统的运行特点34
２?３水环热泵空调系统的特点35
２?４几种空调系统的技术经济评价37
2?4?1几种空调系统的综合评价37
2?4?2几种空调系统技术经济指标值的比较38
2?4?3几种空调系统的能耗模拟分析39
２?５水环热泵空调系统运行能耗的静态分析法40
2?5?1常规空调系统能耗 40
2?5?2闭式环路水环热泵空调系统运行能耗41
2?5?3系统运行能耗分析42
２?６水环热泵空调系统运行能耗的计算机动态模拟分析法43
2?6?1模拟模型43
2?6?2模拟算例43
２?７水环热泵空调系统运行能耗的参数评价法45
2?7?1建筑物特征参数46
2?7?2水环热泵空调系统的能耗评价参数46
2?7?3建筑负荷特性参数与水环热泵空调系统能耗评价参数之间的关系48
2?7?4参数评价法的评价步骤50
2?7?5算例51
２?８水环热泵空调系统在我国应用的评价53
2?8?1用?K值关系评价水环热泵空调系统在我国某些城市的应用53
2?8?2用动态模拟分析法评价水环热泵空调系统在我国的应用54
参考文献57
第３章水环热泵空调系统中的设备５８
３?１小型水/空气热泵机组的形式与分类58
３?２小型水/空气热泵机组的运行特性59
3?2?1水源热泵机组的几个概念59
3?2?2水源热泵机组的特性曲线61
３?３常见的小型水/空气热泵机组65
３?４小型水/空气热泵机组的设计计算要点67
３?５排热设备71
３?６加热设备73
３?７水处理设备73
３?８送回风附件75
3?8?1送风口75
3?8?2回风口75
3?8?3风量调节阀76
参考文献76
第４章水环热泵空调系统的设计77
４?１概述77
４?２建筑物供暖和供冷负荷77
４?３机组的选择和布置80
4?3?1机组形式的选择80
4?3?2机组容量的确定80
4?3?3机组风道的设计81
4?3?4消声减振措施82
４?４水循环管路83
4?4?1水循环管路的布置83
4?4?2管径的确定85
4?4?3水系统的定压88
4?4?4系统的补水、排水和放气88
4?4?5水系统的水处理89
４?５凝结水管的设计90
４?６排热设备的选用91
４?７加热设备的选用92
4?7?1水的加热设备93
4?7?2空气电加热器93
４?８循环水泵的选择94
４?９蓄热水箱的确定94
4?9?1低温蓄热水箱94
4?9?2高温蓄热水箱96
４?１０新风与排风系统的设计97
4?10?1新风量97
4?10?2水环热泵空调系统中的新风系统形式与设备100
4?10?3低温送风独立新风系统101
4?10?4新风机组102
4?10?5排风系统104
4?10?6排风热回收系统105
４?１１水循环管路与机组风管系统的节能要点108
4?11?1水循环管路系统的节能要点108
4?11?2机组风管系统的节能要点110
参考文献111
第５章水环热泵空调系统的控制112
５?１环路水温的控制112
5?1?1循环水泵的控制要求112
5?1?2排热控制112
5?1?3补充热量控制114
5?1?4蓄热水箱的控制要求114
5?1?5系统的安全控制和报警114
5?1?6其他的控制设备114
５?２室内水源热泵机组的控制115
５?３室内水源热泵机组的电气控制116
５?４新风系统的控制与调节117
5?4?1直接数字控制（DDC）系统简介117
5?4?2新风机组的直接数字控制（DDC）系统117
５?５水环热泵空调系统控制实例119
参考文献120
第６章可再生能源水环热泵空调系统121
６?１概述121
６?２太阳能水环热泵空调系统121
6?2?1闭式太阳能水环热泵空调系统122
6?2?2开式太阳能水环热泵空调系统122
６?３井水源水环热泵空调系统124
6?3?1井水源水环热泵空调系统图示124
6?3?2地下水回路运行中易出现的问题及预防措施126
６?４土壤源水环热泵空调系统128
6?4?1土壤源水环热泵空调系统图示128
6?4?2地下埋管换热器常见的形式129
6?4?3地下埋管换热器设计中应注意的问题130
６?５双级耦合水环热泵空调系统130
6?5?1双级耦合水环热泵空调系统原理及特点130
6?5?2双级耦合水环热泵空调系统形式132
6?5?3空气／水热泵机组在寒冷地区应用的分析133
6?5?4空气／水+水／空气双级耦合热泵系统在我国“三北”地区应用的预测分析135
参考文献136
第７章水环热泵空调系统形式的集成创新137
７?１概述137
７?２水环多联机热泵空调系统137
7?2?1多联机系统137
7?2?2水环多联机热泵空调系统138
7?2?3水环多联机热泵空调系统运行的模拟预测分析140
７?３水/水热泵水环热泵空调系统142
7?3?1新系统的提出背景142
7?3?2水/水热泵水环热泵空调系统143
７?４水环热泵混合系统145
7?4?1带离心式冷水机组的水环热泵混合系统145
7?4?2带单元式空调机组的水环热泵混合系统146
7?4?3带热水供应的水环热泵空调系统146
参考文献147
第８章典型工程实例148
８?１上海某公寓式写字楼及部分裙楼水环热泵空调系统工程实例148
8?1?1工程概述148
8?1?2空调系统148
8?1?3新风系统与噪声处理150
8?1?4工程实例分析150
８?２郑州某幢多功能综合建筑水环热泵空调系统工程实例150
8?2?1工程概述150
8?2?2水环热泵空调系统151
8?2?3机组及系统的控制152
8?2?4工程实例分析152
８?３北京裕京花园俱乐部水环热泵空调系统工程实例153
8?3?1工程概述153
8?3?2水环热泵空调系统153
8?3?3水环路水温的控制153
8?3?4工程实例分析153
８?４日本东京镰仓河岸大厦水环热泵空调系统工程实例154
8?4?1水环热泵空调系统154
8?4?2主要设备155
8?4?3系统采用的自动控制方案156
8?4?4工程实例分析156
８?５法兰克福某学院的水环热泵空调系统工程实例156
8?5?1工程概述156
8?5?2空调系统157
8?5?3运行效果158
8?5?4工程实例分析158
８?６北京嘉和丽园公寓水环热泵空调系统工程实例159
8?6?1工程概述159
8?6?2空调系统159
8?6?3公寓部分空调设备费概算161
8?6?4运行情况161
8?6?5工程实例分析161
８?７大连电力大厦水环热泵空调设计实例162
8?7?1工程概述162
8?7?2空调系统162
8?7?3工程设计实例分析164
８?８南京和园饭店水环热泵空调设计实例164
8?8?1工程概述164
8?8?2选择水环热泵空调系统作空调改造方案164
8?8?3改造后空调系统的评价165
8?8?4工程实例分析166
８?９浙江省某宾馆水环热泵空调设计实例166
8?9?1工程概述166
8?9?2空调系统167
8?9?3设计实例分析168
参考文献168
第９章国外水环热泵空调系统运行经验总结169
９?１概述169
９?２国外水源热泵机组的标准169
９?３地下井水源水环热泵空调系统性能监控结果171
9?3?1监测建筑与系统171
9?3?2控制策略172
9?3?3运行现场测试结果172
9?3?4本节结语177
９?４土壤热源水环热泵空调系统性能现场实测结果178
9?4?1监测建筑与系统178
9?4?2系统控制策略要点179
9?4?3测试结果180
9?4?4本节结语182
９?５环路变流量的水环热泵空调系统运行结果183
9?5?1监测建筑与系统183
9?5?2变流量水环热泵空调系统的原理184
9?5?3测试结果184
9?5?4本节结语186
９?６带蓄能装置的某水环热泵空调系统运行结果186
9?6?1监测建筑与系统186
9?6?2系统控制策略186
9?6?3峰谷电价值187
9?6?4系统能耗及经济分析187
9?6?5本节结语189
参考文献189
第１０章水环热泵空调系统施工要点190
1０?１概述190
1０?２水环热泵空调系统的安装工艺流程190
1０?３施工前的准备191
1０?４小型水/空气热泵机组的安装施工要点191
1０?５风管、风口安装施工要点194
1０?６水环路安装施工要点195
1０?７水环热泵空调系统的试运转及调试200
10?7?1系统的充水及清洗200
10?7?2系统的试运行及调试200
1０?８水环热泵空调系统的故障分析及排除201
参考文献204