电动汽车热泵空调系统的实验研究

第一篇：电动汽车热泵空调系统的实验研究

电动汽车用热泵空调系统的实验研究

轩小波

1.2.1,2陈斐

1,2

上海新能源汽车空调工程技术研究中心

上海加冷松芝汽车空调股份有限公司制冷研究院

摘要：基于一款电动汽车空调设计了热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。结果表明，环境温度越高双换热器系统和三换热器系统的换热性能越高，且三换热器系统的性能优势越明显；压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃工况下，三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，系统COP分别提高15.0%、16.5%和18.2%，提高了电动汽车乘员舱的舒适性和能效比。

关键词：电动汽车

热泵空调

实验研究

三换热器系统

系统COP Experimental Research of Heat Pump Air-conditioning System

for Electric Vehicle

Songz automobile air conditioning co.,ltd Shanghai 201108

Abstract: Designed a test bench of heat pump air conditioning system based on an electric car air-conditioning.The impact of heat pump air conditioning system transfer performance, average temperature of the outlet assembly and the system coefficient of performance were studied base on two exchangers system and three exchangers system, under different compressor speeds and different ambient temperatures.The test results indicate that, higher the ambient temperature, higher the heat transfer performance of the two exchangers system and three exchangers system, transfer performance advantages more obvious of the three exchangers system.Under compressor speed is 5500rpm, ambient temperature is 7℃,1℃,-5℃conditions, average temperature of outlet assembly of the three exchangers system higher 8.0℃, 7.2℃ and 6.1℃ than the two exchangers system, the coefficient of performance increased 15.0%, 16.5% and 18.2% respectively, and the electric vehicle passenger compartment comfort and energy efficiency is also improved.Key words: electric vehicle

heat pump air-conditioning

experimental research three heat exchangers system

system coefficient of performance

1前言 由于新能源电动和混动汽车工业的快速发展，空调系统能耗对电动汽车续行里程的影响日益凸显，这对电动汽车空调系统的节能降耗提出了更高要求。目前市场上的电动汽车冬季大多都采用PTC加热方式采暖，不仅能耗高而且制热效率低，电动汽车空调必须从自身解决低效供暖的问题，热泵型空调技术正好解决了电动汽车采暖能耗高及对发动机余热的依赖问题。

［］

热泵是利用少量高品位能源使热量由低温热源流向高温热源的节能装置1，在电动汽车中使用热泵空调系统取暖，可利用电能将环境中的热量泵送到车室内，得到的热量为消耗

［］的电能与吸收的低位热能之和，因此其能效比大于1[2]；魏名山等人3针对电动汽车在冬天取暖时能耗较高的问题，设计了一套用于取暖的热泵空调系统；热泵COP 是制热模式下热

［］［］泵空调系统的实际制热量与实际输入功率的比值4；Hosoz 等人5将传统燃油汽车空调改装为热泵空调，研究了不同压缩机转速与系统换热量、COP 等参数之间的关系。

本文设计了用于电动汽车室内采暖的热泵空调系统试验台架，研究了不同压缩机转速和环境温度条件下双换热器和三换热器系统对热泵空调换热性能、总成出风口平均温度及系统COP的影响。

2电动汽车热泵空调系统

电动汽车热泵空调系统原理如图1所示，主要由电动压缩机、单向阀、四通换向阀、节流装置、室内外换热器、气液分离器等组成。

图1 电动汽车热泵空调系统图

制冷模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室外换热器，在室外换热器内与外界空气进行热交换冷凝为低温高压的制冷剂液体，流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室内换热器，与室内空气进行交换实现蒸发吸热以达到降低乘员舱内温度的目的，最后从室内换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制冷循环。

制热模式下，从压缩机出口排出的高温高压制冷剂气体经单向阀、四通换向阀进入室内换热器，与车内空气进行热交换以达到提升乘员舱内温度的目的，冷凝为低温高压的制冷剂液体流经节流装置进行节流降压，节流后的气液两相制冷剂进入室外换热器与室外空气进行热交换，最后从室外换热器排出的低温过热制冷剂经四通换向阀、气液分离器被压缩机吸入进入下一个制热循环。

3实验装置与方法 3.1 实验装置

本热泵系统室内空调箱采用一款车用HVAC总成改装而成；实验台架如图2所示。

室外换热系统

室内换热系统

图2 热泵系统实验台架

压缩机作为系统的主要部件对系统的换热性能起着重要作用，该系统选用一款排气量为24cc的车用电动涡旋压缩机，具体参数如表1所示。

表1 涡旋式电动压缩机参数

项目 压缩机型号(代号)压缩机型式 排气容积

压缩机周围环境温度

转速范围

制冷剂

冷冻油种类

冷冻油注入量

单位--cc/rev ℃ rpm − − ml

规格

EVS24HLBBAA-5AA 汽车空调用电动涡旋压缩机-40～80 1500-6000 R134a HAF68、POE

120±20(补充油量根据具体情况协商)室外换热器采用专为汽车热泵空调系统设计的串片式换热器，是将多孔扁管和翅片采用穿插式结构利用全铝钎焊技术将两种部件焊接而成，加之翅片的百叶窗结构或错窗结构，使得系统在制热模式下此换热器作为蒸发器使用时具有良好的防结霜功能，此种换热器在低温环境下工作同时具有良好的换热性能及分液均匀性。为了解决室内换热器在制热模式下做为冷凝器使用时换热性能不足的问题，本热泵空调系统使用两个内部换热器串联的方式代替传统的一个换热器进行热交换；两个换热器分别为平行流微通道换热器及小管径翅片管式换热器，平行流换热器的位置在HVAC总成中位置保持不变，翅片管式换热器安装在总成中暖风芯体的位置，即充分利用了总成中有限的空间，又提升了室内换热器在系统制热状态下的换热性能；制冷模式下通过两位三通阀自动关闭翅片管式换热器，由平行流换热器单独工作。室内、外换热器主要参数如表2所示。

表2 室内、外换热器参数

名称 串片式换热器平行流式换热器 管片式换热器 外形尺寸/mm 迎风面积/m2 656×357×38 281×249×38 271×157×35

0.214 0.056 0.038

管径/mm 16×1.8 16×1.8 Ø5

最大承受冷媒压力/MPa

4.5 4.5 6 系统采用具有双向节流功能的热力膨胀阀，压缩机吸气口前安装有带干燥过滤功能的气液分离器，在系统中既能起到干燥过滤的作用，又能避免系统低温制热模式下压缩机发生液击的风险，且减少空调系统庞大的连接回路，简化了控制系统、降低了因接口过多造成冷媒泄漏的机率、提高了系统的密封性，更为节能环保。压缩机排气口处增加油分离器，保证热泵系统在低温环境下工作时润滑油能够在压缩机内流动顺畅，避免排气温度过高而造成压缩机损坏。其他主要仪器参数如表3所示。

表3 主要仪器参数

仪器名称 质量流量计 压力传感器 温度传感器

3.2 实验方法

室内换热系统及室外换热系统分别布置在两个不同的温度环境中，即模拟系统低温制热工况下车内、外的环境条件。在不同的环境温度、压缩机转速下测试双换热器及三换热器热泵系统对换热性能、HVAC总成出风口温度及系统COP的影响。

测量范围 0～400 kg/h 0～5 MPa-40℃～120℃

精度/% 0.5 0.2 0.15 4 实验结果与分析

压缩机转速5500rpm时，室外环境温度分别为7℃、1℃、-5℃时双换热器系统、三换热器系统换热性能如图3所示。环境温度为7℃时三换热器系统换热性能较双换热器系统性能大28%，环境温度为1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统换热性能分别大25%和19%；即随着环境温度的升高，两种系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势较双换热器系统越明显。

图3 两换热器系统换热性能

图4 两换热器系统总成出风口平均温度 实验过程中此HVAC总成的送风模式选定为全热/除霜/外循环，为了监控总成出风口温度，在除霜风口均匀布置8个热电偶。不同环境温度下两种系统的总成出风口平均温度如图4所示。室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃。由此可知，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性。

不同环境温度下两种换热器系统的COP如图5所示。压缩机转速5500rpm，环境温度为-5℃时，三换热器系统与双换热器系统COP分别为2.73和2.31，室外环境温度为7℃、1℃、-5℃时三换热器系统较双换热器系统COP分别高出15.0%、16.5%和18.2%；对同一种换热器系统，不同的环境温度下系统COP变化并不明显，如三换热器系统：7℃环境温度下系统COP只比-5℃环境温度下系统COP大0.19，这说明随着环境温度的上升，系统换热性能提高的同时压缩机的功耗也随之升高。

图5 双换热器、三换热器系统COP对比

图6 系统COP随压缩机转速变化曲线

环境温度为-5℃时，双换热器系统与三换热器系统COP随压缩机转速变化情况如图6所示。随着压缩机转速的不断升高系统COP逐渐降低，即压缩机转速越低系统COP越高反之系统COP越低，这说明随着压缩机转速的升高，系统换热性能的提升比小于压缩机功耗的提升比。

5结论与展望

通过实验研究电动车热泵空调双换热器和三换热器系统的换热性能、总成出风口平均温度及系统COP，得出结论：

（1）随着环境温度的升高，双换热器系统及三换热器系统的换热性能均有不同程度的提高，且环境温度越高，三换热器系统的性能优势越明显。

（2）压缩机转速为5500rpm、室外环境温度为7℃、1℃、-5℃条件下：三换热器系统较双换热器系统总成出风口平均温度分别高8.0℃、7.2℃和6.1℃，三换热器系统在不同的环境温度下大大提高了乘员舱的舒适性，三换热器系统较双换热器系统COP分别高出15.0%、16.5%和18.2%;对于同一种换热器系统不同的环境温度条件下系统COP变化并不明显。（3）压缩机转速越高系统COP越低，压缩机转速越低系统COP越高。（4）为了实现电动汽车热泵空调在更低的环境温度下同样具有较高的换热性能及系统COP, 可选择喷气增焓式电动压缩机与chiller或同轴管配合使用做更深一步的研究和探索，为电动汽车热泵空调尽早实现工业化奠定基础。

参考文献：

[1] 姚杨，马最良．浅议热泵定义［J］．暖通空调，2002，32(3): 33 [2] 彭发展,魏名山.环境温度对电动汽车热泵空调系统性能的影响[J].北京航空航天大学学报,2014 [3] 魏名山，彭发展，李丽，等．一种变频电机驱动的电动汽车热泵空调系统: 中国，201220659508．9［P］．2013-05-15 [4] 陈万仁，王保东．热泵与中央空调节能技术［M］．北京: 化学工业出版社，2010: 16 [5] Hosoz M，Direk M．Performance evaluation of an integrated automotive air conditioning and heat pump system［J］．Energy Conversion and Management，2006，47(5): 545－559

第二篇：水源热泵空调系统水资源利用研究论文

［摘要］地下水水源热泵空调系统是以地下水作为热泵空调的热源，具有中央空调合理利用能源、运行成本低和安全、环保、节能、灵活等优点。本文以昌邑市东隅小区水源热泵空调工程水资源论证为例，通过对区域取用水、退水合理性和供水水源的可行性、可靠性及取水、回灌对周围水资源生态环境影响等方面进行了分析，提出切合实际的结论和建议，为水行政主管部门审批取水许可提供技术支撑。

［关键词］地下水源;热泵系统;水资源研究

随着昌邑市经济社会的快速发展，人民生活水平的改善和城市化进程的加快，人们对保障供暖提出了更高的要求，对高品质、低能耗、环保型的供暖需求越来越高［1］。地下水源热泵是一种采用水中的热源，制取热水的高效节能空调设备。具有中央空调合理利用能源、运行成本低、安全、灵活、方便、便于管理等优点，更重要的是地下水源热泵技术有环保、节能、节资的特点，在我国许多地区得到了广泛应用，取得了良好的经济效益和社会效益。本文以昌邑市东隅小区水源热泵空调工程水资源论证为例，在地下水源热泵取用水、退水合理性和供水水源的可行性、可靠性及取水、回灌对周围水资源生态环境影响等方面进行了分析，提出了切合实际的结论和建议，为水行政主管部门审批取水许可提供技术支撑。

1工程概况

昌邑市东隅小区位于奎聚路以东，新昌路以西，新兴街以北，利民街以南，总建筑面积为145527m2。本项目拟采用地下水源热泵技术，通过抽取地下水利用水源热泵空调系统实现冬季供热。选用水源热泵SM－200LI型1台、SM－400LI型2台作为项目主机，机组设计满负荷运转时其最大循环水量为350m3/h，设计总热负荷为4500kw，年取用水量为50．4万m3，用水采用“抽灌分离”的方式，用潜水泵抽取第四系孔隙地下水作为系统供水水源见图1。取水井工程打6眼取水井、18眼回灌井并配备潜水泵及输水管道等，设计井深60m左右;单井涌水量在1500m3/d左右，部分地段大于1500m3/d。年地下水温在15℃～18℃之间，供水水源为第四系孔隙水。

2水文地质特征

昌邑市在大地构造上属华北台地，处在鲁西隆起、沂沭断裂带、鲁东隆起三个次级构造的交汇处。本项目位于潍河冲积平原区的富水地段，根据区内地质勘探资料，地层结构自上而下主要为粘土、亚粘土、细砂、中细砂、中粗砂、粗砂砾石层等。地形较平坦，地下水补给条件较好，含水层厚度较大，调蓄能力较强，单井涌水量在1500m3/d左右，部分地段大于1500m3/d。年地下水温在15℃～18℃之间，水温变化较小。地下水各项指标达到国家地下水质量标准Ⅲ类水标准，水质良好，且该地段地下水位埋藏较深，地下水回灌条件较好，是水源热泵空调系统供水理想的水源地区域。

3取用水合理性分析

3．1取水合理性

此项目地下水源热泵空调系统用水采用“抽灌分离”的方式，系统通过抽水井抽取地下水，提取完水中的热能后，再利用附近的回灌井等量回灌到地下含水层中，系统在用水过程中全封闭、全回灌，基本不消耗水量，也不会增加用水量指标。建成运行后不会增加昌邑市的实际用水量指标，全市用水总量和地下水开采量仍在区域用水总量控制指标和地下水分类控制指标范围内;不产生污水，对区域水环境和水功能区影响较小。取水符合《山东省用水总量控制管理办法》和昌邑市城市发展总体规划要求。该项目建设弥补了昌邑城区热力管网供热能力的不足，解决了小区集中供热的问题。根据供热负荷和系统主机的性能确定需水量，并结合区域水文地质条件确定抽水井数量，取水方案是合理的。

3．2用水合理性

潍坊地区冬季供暖期为11月15日至翌年3月15日，期间最冷时段(1～2月)为冬季空调使用的高峰负荷日，大约30d，其余90d较为暖和，项目每天用水量为机组运行循环水量。根据《昌邑市东隅小区水源热泵空调系统工程项目设计方案》，东隅小区水源热泵空调系统冬季供热，设计总热负荷为4500kw，设计最大循环水量为350m3/h，设计机组平均每天运行时间为12h。按照潍坊地区气候变化状况，供暖时间为每年的11月15日至翌年的3月15日，共计120天，其中30d为冬季空调使用的高峰负荷日，90d较为暖和，每天平均运行12h，全年需水量4200m3×120d=50．4万m3，设计年总需水量基本合理。

4取水水源分析

4．1地下水储存量计算

根据抽水试验资料分析，并参照《潍坊市水资源综合调查与评价》成果，本区地下水总补给量小于总排泄量，地下水处于超采状态，此情况下含水层的调蓄能力就成为水源地能否正常连续开采的关键，而含水层的调蓄能力则取决于地下水储存量的大小［2］。地下水储存量的计算公式为:V=100μFM(1)式中:V为地下水储存量(万m3);μ为潜水含水层给水度;F为含水层分布面积(km2);M为含水层砂层平均厚度(m)含水层给水度μ:采用《潍坊市水资源综合调查与评价》成果，确定为0．17［3］。计算区面积F为22．1km2。根据地质勘探资料和已有的研究成果综合分析，确定论证区内含水层平均厚度为17．4m。经计算，地下水储存量为6537．2万m3，可满足空调系统用水。

4．2水源水温分析

根据历年地下水温监测资料，地下水年内最高水温为18℃，最低水温为15℃，平均水温为16．5℃，水温相对稳定，符合该项目空调系统要求。

4．3水源水质分析

根据项目热源井地下水质监测资料和《地下水质量标准》(GB/T14848—93)［4］，本区地下水的水化学类型主要为HCO3－Ca—Mg—Na型水。总硬度598mg/L(以CaCO3计)，pH值7．54。地下水无色无味，物理性状良好，总硬度、氯化物、锰及硝酸盐氮超标，经单项组分评价为Ⅴ类水，F值为7.13，综合评价为水质较差，不适合做饮用水源，但水质符合水源热泵空调系统的要求见表1。

5退水对水资源的影响及保护措施

5．1退水对水资源的影响

本项目水源热泵空调系统用水采用“抽灌”封闭循环用水系统，系统封闭式循环，自成体系，通过抽水井抽取地下水，系统提取完水中的热能后，退水通过回灌井再回灌到地下含水层中，用水工艺为抽灌平衡，基本不消耗水资源量，不会对区域地下水资源产生影响［5］。水源热泵空调系统在运行过程中水是在封闭的循环系统中进行能量交换，不与外界接触，水不易受到污染，只是水温有一定变化，退水对区域生态环境基本没有影响。

5．2水资源保护措施

水源热泵空调系统用水采用“抽灌分离”循环用水，整个系统不消耗地下水资源，因此，水资源保护重点应该为保证项目退水100%完全回灌和水质保护。针对项目用水过程，为保护地下水资源，提出如下工程保护措施和非工程保护措施。5．2．1工程措施1)在抽水井中安装变频装置，严格控制抽水井的出水量。2)制定详细的水井运行管理程序，包括运行时数，单井开采量和回灌量统计、水井运行维护方法和计划等。3)安装水表，严格记录抽、灌水量，确保回灌水量达到100%回灌。4)根据以往的水质监测资料，回灌井周围的温度场变化对水质没有明显的变化。但由于水质变化是慢长过程，因此，建议系统建成后仍需要建立长期的水质、水温监测。5．2．2非工程措施1)成井深度要严格控制在60m以内，遇60m左右粘土隔水层即可停止，防止穿透咸水层污染浅层淡水，以保护昌邑市自来水公司水源地安全。2)洗井应采用拉活塞、空压机等物理方法，严禁用含有污染元素的化学洗井。3)严格控制抽水井和回灌井的成井工艺，尤其控制止水层的位置和厚度，严格控制滤水管和滤料的使用，确保成井质量。4)水源井井口要封闭，井周围禁止有污水管道和明渠通过以防地下水体污染。5)严格控制回灌水的温度，冬季大于7℃，避免大温差回灌对地下水水质造成影响。6)以水源井为中心设置保护区，井口周围设置围档，严禁闲杂人员随意进入。

6结语

(1)根据供热负荷和空调系统主机性能确定用水量，并结合区域水文地质条件确定打水井24眼，有6眼抽水井和18眼回灌井，采用竖井式自然回灌，采用1抽3回灌的布井方案，大于试验1抽2回灌的试验结果，依据试验结果和实际运行结果，退水方案可行。设计最大循环水量为350m3/h，年取用水量为50．4万m3。(2)加强回灌水水质监测，监测项目运行期间，区内地下水水质变化情况。每个供暖期结束后，对抽水井进行捞砂洗井，对回灌井进行回扬、拉活塞和捞砂等洗井。为了防止单向堵塞，建议抽水井和回灌井定期交换使用，并对抽水井中的含砂量进行沉砂过滤处理后再回灌。

参考文献

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［2］江剑，董殿伟．水源热泵项目取用地下水水资源论证技术要点分析［J］．水资源论证专刊．2013(3)．50－52．

［3］潍坊市水资源综合调查与评价［M］．潍坊市水利局．2004．

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［5］曹永凯，曹世掀．等．山东地下水资源开发与保护综合研究［J］．中国地质灾害与防治学报．2002(4):39－43．08第40卷第5期地下水2018年9月

第三篇：218 供水厂采用水源热泵空调系统的应用研究

水源热泵系统在供水厂的应用研究

同济大学暖通空调及燃气研究所蔡龙俊刘松

摘要：城镇供水厂水资源丰富、水质优良，若将水源热泵系统应用于供水厂，供给厂区

日常办公和生活所需要的冷量和热量，将具有良好的节能效果。本文根据供水厂净化处理工

艺和水源热泵系统特点，对水源热泵系统在供水厂的应用进行了研究，并结合某具体工程实

例，提出合理的解决方案，论证了水源热泵系统应用于供水厂的可行性。

关键字：供水厂；水源热泵；水质；可行性引言

水源热泵是一种高效环保的节能技术，其理论研究和工程应用引起业内人士普遍关注。目前海水源热泵与湖水源热泵的应用已有成功示范案例，随着上海2010年世博工程开工，利用黄浦江水作为冷热源的热泵项目也开始了应用。然而，目前为止国

内对水源热泵技术在供水厂中的应用研究以及工

程实践几乎处于空白。本文论述了水源热泵系统

在供水厂应用的可行性，并通过具体工程案例，给出了解决方案，为水源热泵系统在供水厂中的应用研究提供参考。

水源热泵系统由水源热泵中央空调主机系

[1]统，水源水系统和末端三部分组成。供热时，由电驱动的水源热泵机组把从水源中提取的低品

位能送至高温热源，满足用户供热需求；供冷时，机组将用户室内的余热转移到水源中，满足用户

制冷需求，其工作原理如图1所示。

一般水源热泵性能系数COP≥3.0，即消耗

[2]1kWh的电能，可以得到3kWh以上的供热量。

水源热泵利用的是浅层地热能，冬季温度高于大

气温度，夏季低于大气温度，所以其COP值明显

高于空气源热泵。图1 水源热泵系统工作原理示意图 2 供水厂采用水源热泵系统可行性分析

水源热泵系统在我国工程应用方面的经验表明：充足的水量、合适的水温以及合格的水质是水源热

[2]泵系统正常运行的重要因素；供水厂基本满足了上述要求。

2.1供水厂水处理工艺

供水厂净水处理目的是去除原水中的悬浮物质、胶体、细菌及其他有害成分，使净化后的水质满足

[3]生活饮用水或工业生产的需要。这里仅以地表水源为例，简单描述其典型净化处理工艺，如图2所示。

图2 地表水典型净化处理工艺

上图所示工艺，先在水中投加混凝剂，混凝剂在水泵叶轮搅拌下，迅速而充分的混合，然后在池中形成絮状沉淀物（矾花），矾花经沉淀和过滤后去除，然后经消毒进入清水池，由二级泵房供应用户。如用澄清池代替沉淀池，则含有混凝剂的原水直接进入澄清池，在池中同时完成絮凝和澄清过程。

2.2供水厂水源水量

随着我国城镇化速度的加快，我国城镇供水飞速发展。据统计，截至2003年，我国城镇公共供水

33能力达16744万m/d；水厂数目达3479座，年供水总量达340亿万m，城市人均日综合用水量达318L。

对于单个供水厂而言，按其供水能力可以分为三类：日供水能力30万吨以上的供水厂属于大型供水厂；日供水能力在10万吨以下的属于小型供水厂；介于两者之间的属中型供水厂。目前，我国大多

[4]数供水厂都属于中小水厂范畴。以日供水能力10万吨，5℃换热温差计算，理论上每小时可供给的热

7量为8.75×10kJ。从以上数据可以看出，即使中小型水厂，蕴含在水体中的热量都是巨大的，足以满

足厂区一般日常生活的冷热量需求。而且水厂日常所需要的冷量和热量与供水厂规模即日供水能力正相关。负荷越大，水厂日供水能力也越大，水源资源也相对充足。这为水源热泵系统在供水厂的应用提供了水源水量的保证。

2.3供水厂水源水质

应用水源热泵技术时，除考虑水源水量外，水温、水体化学成分、浑浊度、硬度、矿化度以及腐蚀性等因素都应该在考虑的范围之内。目前，国内还没有明确的机组产品标准和相关规范限制水源热泵机

[5]组水质，但若水源中含有泥砂，浊度太高会对机组和阀门等部件造成磨损，甚至造成管道堵塞等问题；水源中含有的不同离子、分子、化合物和气体，使得水具有酸碱度、硬度、矿化度和腐蚀性等，对机组材质有一定的影响。

根据国家相关规范规定，供水厂选择水源所必须遵循的原则是：水质良好，便于防护，水量充沛可靠，且水质要符合《生活饮用水水源水质标准》CJ3020-93中关于水源水质的规定，同时供给城镇居民的生活饮用水水质必须符合《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中生活饮用水的水质标准，两者的主

[6][7]要指标参数如表

1、表2所示。

表1生活饮用水水质部分常规指标及限值（单位mg/L,浊度和PH值除外）

表2生活饮用水水源水质部分常规指标及限值（单位mg/L, 浊度和PH值除外）

一级和二级水源水质良好，经过常规净化处理后水质即可达到GB5749-2006的相关规

定，可供居民生活饮用。水质浓度超过二级标准限制的水源水是不宜作为生活饮用水水源的，实际情况是现有的城镇供水厂最终供给饮用水水质各项浓度指标都低于甚至远远低于国家

标准的限值。

综上所述，城镇供水厂由于其特定工艺特点以及实际需要，对于水源水以及最终供水的水量和水质都有严格要求，这一得天独厚的优势，完全满足水源热泵系统对于水量和水质的要求。将水源热泵系统应用于供水厂，结合了水处理与热泵两者的共同优势，充分利用资源，具有良好的节能效果，是可行的。水源热泵系统取排水点的选择

饮用水从水源引出，最终变成可以饮用的自来水，中间需要经过各种不同的净化处理工艺，不同工艺处理后的水质也有一定的差异，所以针对水处理的不同阶段以及水源热泵开系统对于水量水质的不同需求，可以从多个位置选择经济合理的取水排水点。

3.1 原水处取水

城镇供水厂原水一般取自江河湖海以及水库，而生活饮用水国家标准对水源水质各项指标已有明确规定，所以原水理论上是能达到水源热泵系统对水量和水质的要求。且原水没有经过工艺处理，经济性好，但当天气发生变化，降雨频繁时，原水水体浑浊度急剧变大，如果不经过水质处理，将会严重削弱水源热泵机组换热器换热效果，尤其开式系统，长期运行甚至会造成换热器管道堵塞。如若在系统中设置专门水处理设备，设备初投资以及运行维护方面的经济性掩盖了供水厂自身水处理优势，使得供水厂自身资源没有得到充分利用，造成重复投资。

3.2 过滤池取水

沉淀后的水体，通过一层或基层滤料使水中残余的细菌和悬浮物杂质进一步去除的处理方法叫过滤。原水经过混凝沉淀后还不能引用，必须经过过滤消毒后才能达到生活饮用水国家标准。

水源热泵机组源水侧选择过滤后水体取水，能够有效避免由于雨水天气等不确定因素对水体水质造成的负面影响。过滤工艺一般能去除原水中80%~90%的杂质，过滤后水体浑浊度以及杂质浓度如硫酸根离子、矿化物等都控制在生活饮用水规定的限制范围内。经过过滤后的水源不论从水量还是水质都能达到水源热泵机组水源的要求，是理想的取水点之一。

鉴于开式系统能够省去中间换热环节，换热温差小，换热效率高，且滤后水源水质优良，不会出现堵塞换热器的现象，系统投资以及运行维护方面的经济性能够得到充分体现。

3.3 清水池取水

由于原水中含有对人体健康有害的病原细菌与致病性微生物，“生活饮用水卫生标准”明确规定，集中式供水均应有消毒设施。故过滤后的水需再经过消毒杀菌后才能供给用户。清水池可以调节水流变化，并贮存消防用水，清水池的有效容积包括调节容积、消防用水量和水厂自用水的调节量。调节容积按经验一般为日最高设计水量的10%~20%。

清水池中存储的水即生活饮用水，水体中各种微生物以及杂质含量必须达到生活饮用水卫生标准相关指标规定，且一般远远优于标准规定水质，可以直接供给用户。经过消毒之后的水体（清水池储水以及二级供水管中流动水体）是水源热泵机组最佳取水点之一。同样根据前面的分析，开式水源热泵系统所要求的水质标准，经过过滤消毒后的清水是完全可以满足的，同时也可以充分发挥开式系统和清水两者的优势，降低系统投资及运行能耗。

3.4 排水

不论是从滤池取水还是从清水池取水，经过热交换之后的回水是需要选择合适的位置排放的，且排水最好能够循环利用，以免造成水资源浪费，增加系统运行费用。水源热泵系统与供水厂水体仅仅是进行热量交换，并没有质的交换，热泵系统本身并不会对水体水质造成污染；至于水温的影响，因为供水厂水体一直处于流动状态，每天净化处理后的水都是直接供给城镇居民使用而不会储存或者直接回收，故排水水温对于水体水温的影响是很小的。

热泵系统换热后的排水可以排放至同一级水处理工艺中直接利用或者回到上一级工艺重新过滤消毒后再利用，以保持水处理工艺水量总量平衡，节约水源资源，降低系统运行费用，同时也不会对供水厂水处理工艺产生不良影响。否则，在设计过程中，需要根据水源热泵系统取排水流量的大小，重新核算各水处理流程水处理能力及水池容量大小，有针对性的进行滤池以及清水池扩容以满足工艺需要和日供水量的需求，不对城镇居民生活饮用水的供给造成影响。工程应用案例

4.1 工程概况

本工程位于山东省某县城，设计日供水量10万吨，主要供给该县城居民生活饮用水。

2供冷供暖区域位于供水厂北面的办公综合楼。办公综合楼共三层，总建筑面积1624m，该办

公楼24小时办公。

2经过计算，该办公综合楼总建筑冷负荷（含新风）162.1kW，冷负荷指标100W/m；总建

2筑热负荷146.1kW，热负荷指标为90W/m。

4.2 水源热泵系统设计方案

4.2.1冷热源方案

该供水厂日供水规模为10万吨，而该厂区办公楼总建筑冷热负荷分别为162.1kW和146.1kW。选用2台型号为PRO25M-GR的水源热泵模块机组，单台机组名义制冷量为79.7kW，供热量78.1kW，源水侧水流量17.9m3/h，工作压力1.0MPa。机组置于办公综合楼1楼热泵机房内。系统形式选择开式，将源水直接引至水源热泵机组内进行热交换，以提高换热效率。

4.2.2取排水方案

水源热泵机组源水侧所需总流量为36m3/h，水量相对较小，而在办公综合楼南侧70m处有一高30m供水塔，为提高水源热泵机组运行效率，降低系统初投资及运行能耗，充分利用供水厂固有资源，将水源热泵系统取水点设于居民生活饮用水供水总管水塔底端，利用水塔30m高度扬程为动力为水源热泵机组供水。经过计算，水塔水压足以补偿源水侧循环水系统沿程阻力损失，局部阻力损失以及位置水头损失，同时还能省去水源侧循环水泵初投资以及日常运行维护费用。为保证回水不影响饮用水水质，回水回至上一级工艺过滤池中。

冷冻循环水侧补水问题也由高位水塔解决。在水源热泵机组源水侧进水口处取一分支接至冷冻水循环泵吸入端，代替常规系统膨胀水箱，解决系统定压、补水问题。

4.2.3辅助热源

根据业主和建设方提供资料，该供水厂清水池位于地下2.5m深处，水温接近地下水水温，夏季低于室外大气温度，冬季高于室外大气温度，且极端低温不低于5℃，完全能够满足水源热泵机组正常工作所要求的温度条件。本方案在设计过程中，综合考虑各种不稳定因素，为确保机组正常安全运行，在机组源水侧前段并联一额定功率为30kW的电加热辅助热源，平时关闭，冬季当室外气象条件极端恶劣，使得供水水温低于5℃时，系统自动开启电加热器预热，提高供水水温，以保证水源热泵机组稳定高效运行。本方案原理图如图3所示。

图3 水源热泵系统原理图初步结论与展望

5.1 初步结论

通过对水源热泵系统在供水厂的应用进行研究，相关要点小结如下：

1)城镇供水厂水资源丰富，水质优良，已经具备水源热泵系统应用的有利条件，只要设计

合理，水源热泵系统在城镇供水厂的应用是完全可行的；

2)开式系统应用于供水厂可以省去中间换热环节，提高系统运行效率，节约运行能耗；

3)水源热泵系统取排水点的选择是多样的，具体工程项目应采用何种取水方式以及从何处

取水需要根据项目情况具体分析，因地制宜，设计出经济合理的方案，而不能千篇一律；

4)保证供水厂出厂水质要求是应用水源热泵的前提条件。水源热泵系统在运行过程中与水

体只进行热交换，没有质交换，且水体处于流动状态，正常情况不会影响水体水质。

5.2 展望

1)对已建好的供水厂，供冷供热系统改造时，应优先采用水源热泵技术；

2)我国夏热冬冷地区的供水厂，适宜采用水源热泵系统；

3)如供水厂靠近城市街区的商业中心等地时，可考虑利用水厂的水资源，进行集中供热；

4)开式系统的排水点应设在过滤池或过滤池前的水处理工艺；如果万一发生工质泄漏能保

证及时排放。

参考文献

[1]GB50366-2005.地源热泵系统工程技术规范[S]

[2]赵军，戴传山.地源热泵技术与建筑节能应用[M]，北京：中国建筑工业出版社，2007

[3]田家山.水厂与净水工艺[M]，北京：水利电力出版社，1995

[4]洪觉民.中小自来水厂管理维护手册[M]，中国建筑工业出版社，1990

[5]GB50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范[S]

[6]GB5749-2006，生活饮用水卫生标准[S]

[7]CJ3020-93，生活饮用水水源水质标准[S]

第四篇：热泵空调工程师的工作职责

工作职责：严格按照现行国家政策、规范及行业规定，制定地源热泵空调工程具体施工工程方案，现场指导施工过程，并提供技术支持。

工作范围：协助销售工程师进行技术支持活动，为经销商提供与热泵空调工程相关的全方位的技术支持；

工作内容：

1、协助销售工程师和经销商完成标书制作、技术答辩等竞标工作；

2、完成工程项目的技术方案、图纸以及预算报价；

3、指导工程安装和系统调试；

4、对销售工程师和经销商进行技术培训；

5、与施工单位、监理单位协调沟通，验收暖通施工工程；

6、完成领导交办的临时性工作。

工作特点：

综合性强、协调性强

第五篇：电动汽车研究现状

电动汽车的发展优势以及面临的问题

【摘要】 随着节能环保问题的日益突出，电动汽车已经成为汽车行业的热门话题。本文主要阐述了目前国内外电动汽车的发展现状及发展趋势，分析了电动汽车的发展优势以及亟待解决的几大问题。

【关键词】资源短缺、环境污染、发展状况、电动汽车、技术、电池

一、电动汽车的发展现状及趋势

1.国外电动汽车发展现状

面临能源和环境的压力，国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车，世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发，并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。美国前总统克林顿曾亲自督促和协调通用、福特、克莱斯勒三大汽车公司发展电动汽车的计划。电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，到现阶段纯电动汽车技术开发已经相对完善，但由于推广应用面临充电等基础设施建设资金的巨大社会成本和发达的传统汽车工业发展惯性，推广应用方面仍处于示范运行阶段。美日欧现阶段都将纯电动汽车的应用研究转向了以公交车为主的定点、定线运行车辆和社区用车及特定用途的微型车。并进行车辆运行机制，基础设施建设等方面的研究工作。

世界著名的汽车制造商如通用、戴姆勒克莱斯勒、福特、丰田等，在不断推出新的传统汽车品牌的同时，还都投入大量的人力物力，发展电动汽车，以抢占市场先机。以美国蓝鸟客车公司、英国的F R Z A E R-NASH 公司为代表的电动客车和轿车已经上市，英国已有4 万多辆电动汽车在使用；法国是世界上推广应用纯电动汽车最成功的国家之一，成立了电动汽车推广应用国家部际协调委员会，巴黎和拉罗谢尔已经建立了比较完善的纯电动汽车充电站网基础设施，制定了优惠的支持和激励使用电动汽车的政策，且已经初步形成了纯电动汽车运行体系。

2.国内电动汽车发展现状

自“八五”以来，我国在电动轿车、电动公交客车、电动车辆系统设计与开 1

发、子系统与零部件研制、能量存储装置、示范运行和标准制定及政策研究等多方面都取得了诸多成果。对今后电动汽车技术和产业的发展，奠定了良好的基础。

十五期间，科技部设立电动汽车重大专项支持电动汽车的研究。作为国内汽车科技项目的一个探索，专项提出“三纵三横”研究开发布局。以纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池电动汽车三种整车研究为核心，开展相关研究工作。贯穿3 个车型的多能源动力总成、电机驱动系统和电池及其管理系统作为电动汽车研究的共性技术开展研究工作。强调建立符合整车开发规律的严密的整车开发程序，提出以整车开发为主导，关键零部件和相关材料紧密结合、基础设施协调发展，政策法规、技术标准与评估技术同步展开的基本方针，保证电动汽车重大专项产品化和产业化目标的实现。通过近五年的努力，实现了纯电动汽车的小批量生产，开发的产品通过了国家汽车产品型式认证，纯电动汽车在特定区域的商业化运作广泛开展。混合电动汽车完成了产业化生产的技术准备工作。燃料电池电动汽车建立了产品技术开发平台和演示验证试验平台。同时建设了电动汽车整车及关键零部件检测基地。

在纯电动汽车方面，目前纯电动轿车和纯电动客车均已进行了国家质检中心的型式认证试验，各项指标均满足有关国家标准和企业标准的规定。纯电动轿车的动力性、经济性、续驶里程、噪声等指标已超过法国雪铁龙公司等国外大型汽车生产企业研制的纯电动轿车和箱式货车，初步形成了关键技术的研发能力。

二、电动汽车具有很多传统汽车无法比拟的优点，主要有以下几方面：

1.废弃污染少

这是电动汽车最突出的优点。电动汽车使用过程中不会产生废气，与传统汽车相比根本不存在大气污染的问题。有人说电动汽车使用的二次能源——电能在火力发电厂产生时污染了大气，它只是把污染从城市转移到了郊区。事实上，电动汽车并不是简单地将空气污染改变了地方，相对传统汽车，它确实做到了减小了污染。因为电力来源是多样化的，许多能源像水能、风能、太阳能、潮汐能、核能都可以高效地转化为电能，即使电动汽车的电能全部来自于火力发电厂，其整体的能量利用效率也高于城市常规燃油汽车，也就是说使用电动汽车还是减小了绝大部分空气污染。此外，如果避开用电高峰夜间充电，那还可以进一步减少能源的浪费。

2.噪声污染少

这是电动汽车最直观的特点。现在大城市中汽车噪声已经成为一种比较严重的污染，减少噪声污染也是对今后汽车工业的考验。汽车发动机噪音是行驶过程中主要噪声来源，与燃油车相比，电动汽车在这方面有绝对的优势。它在行驶运行中基本是宁静的，特别适合在需要降低噪声污染的城市道路行驶。

3.能源利用率高

这是电动汽车能源利用方面最显著的特点。在城市中，道路上车辆行驶较多，而且经常遇到红绿灯，车辆必须不断的停车和启动。对于传统燃油汽车而言，这不仅意味着消耗大量能源，而且也意味着更多汽车尾气排出。而使用电动汽车，减速停车时，可以将车辆的动能通过磁电效应，“再生”地转化为电能并贮存在蓄电池或其他储能器中。这样在停车时，就不必让电机空转，可以大大提高能源的使用效率，减少空气污染。

4.结构简单，工作可靠，维修方便

这是电动汽车运行成本方面的最大亮点。与传统燃油汽车相比，电动汽车容易操纵、结构简单，运转传动部件相较对少，无需更换机油、油泵、消声装置等，也无需添加冷却水。维修保养工作量少。如果有好的蓄电池，它的使用寿命也比燃油车长。

5.环境适应性强

这是电动汽车另一优势所在。在特殊场合，比如不通风、冬天低温场所，或者高海拔缺氧的地方，内燃机车要么不能工作，要么效率降低，而电动车则完全不受影响。

三、尽管电动汽车具备以上优点，但是在推广应用过程中受到了以下几大问题的制约：

1.电池问题

动力电池这个关键技术是纯电动汽车发展的瓶颈所在。它是纯电动汽车的主要能量载体和动力来源，也是电动车辆的整车成本的主要组成部分。它直接制约着电动汽车的制造成本、续驶里程和使用寿命等主要问题，间接影响到纯电动汽车的市场化。如果电池问题能够解决，与传统汽车相比，电动汽车将有绝对的优势。

动力电池在经历了铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池等多种类型的发展和探索，目前纯电动汽车最具潜力的电池主要集中在以下电池上：阀控铅酸动力电池、镍氢动力电池和锂离子（锂聚合物）电池。从长远发展来看，由于铅酸蓄电池过于笨重，且衰减快，所以不具有使用前景；镍氢电池虽然在一些领域应用还比较广泛，但其有记忆性、比容量也一般，还有单体电压低，导致其改进起来比较困难 ；而锂离子动力蓄电池具有更高的能量密度，从目前看有较好的前景。

尽管如此，与内燃机相比锂离子电池能量密度还是很低，这使得的续驶里程依然是一个难题。目前市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km～350km，这是在较理想的行驶环境下才能得到实现的，而绝大多数电动汽车一般行驶环境下续驶里程只有50km～100km。为了增加电动汽车的续驶里程，在汽车制动时，通常采用为蓄电池充电的形式，来吸收回收的能量。但是蓄电池充放电循环次数有限，大功率充放电必将使蓄电池循环寿命大大缩短。为解决这个新问题，有人采用了超级电容器。但似乎目前超电容器也存在问题，主要是是能量密度低，它比铅酸蓄电池小一个数量级，所以需要更高能量密度的超级电容，现在正在研发过程中。

当然，还有太阳能电池、核能电池等等，也为电动汽车的电池技术问题的解决提供了新解决方案，就目前来看都不是很成熟，有待于进一步开发。

2.电机以及传动技术

电机以及传动技术是电动汽车关键技术之一。纯电动汽车一般在车辆空间和使用环境上要求较严格，所以对驱动电机驱动系统提出更高的要求：体积/质量密度高，效率高，调速范围宽，制动能量回馈，适应性好，可靠性高。目前电动 汽车电动机主要要一下四类：直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁无刷电动机(PMBLM)和开关磁阻电动机(SRM)。

近几年来，电动汽车用电机逐渐由直流向交流发展，直流电动机基本上已经被交流电动机、永磁电动机或开关磁阻电动机所取代。

3.控制技术方面

整车控制系统由整车控制器、通信系统、部件控制器以及驾驶员操纵系统构成，主要功能是根据驾驶员的操作和当前的工况，在保证安全和动力性要求的前提下选择尽可能优化的工作模式。

目前，较主流的电动汽车整车控制系统都采用CAN 总线通信连接，这样不仅大大提高了控制的效率和稳定性，而且能实现数字控制。电动汽车驱动电机、电池等执行动力部分的状态信号被发送到CAN 总线，最终传输到显示终端提供给 驾驶人员，以便实现整车控制。

新的电子控制系统在传统汽车上应用不多，但它对纯电动汽车的工作有着重要影响。与国外相比，目前来看我国还有一定的差距，但是随着电机驱动系统的发展以及各种新技术新材料的应用，国内外在这方面的差距将越来越小。

4.其他方面

除了以上三个方面的问题外，纯电动汽车还在汽车轻量化、车体外形设计、电动车标准、充电站基础设施建设、以及电动车成本以及销售方面存在其他多多少少的问题。轻量化以及新型车体设计对提高车的动力性能和续驶里程都有重要意义；电动车标准如能尽快完善，能更好的推动行业健康有序发展；充电站等基础设施建设的大力建设还需政策支持，如能像加油站一样普及，那电动汽车的运行成本将大大降低，有利于更多电动汽车驶入寻常百姓家！

四、结束语

由于能源和环保的压力，电动汽车的发展成为了汽车工业发展的必然趋势。我国自“八五”以来，已在电动汽车研究领域取得了重大突破性成果。而电动汽车的产业化已逐步提上日程。完善电动汽车相关技术，创造电动汽车产业化发展环境，制定促进电动汽车发展的配套政策将成为此项事业发展的关键。

参考文献：

孙逢春，电动汽车发展现状及趋势，科学前沿，2011（5）。

刘龙岩、欧阳宁冬，浅谈中国纯电动汽车的发展现状及存在的问题，大众科技，2010，9（133）。