1、概述
水环和地源热泵机组是目前发展最为迅速的空调类型，尤其是小型地源热泵机组在别墅及高档公寓使用越来越广泛，由于机组能效高，制冷及制热效果非常好且机组运行工况稳定，在国家提倡的节能减排项目中，地源热泵已经成为替代传统空调的主力军，但是目前已经安装的户式别墅地源热泵案例中，用户普遍反映运行费用比VRV空调还要耗能，针对用户出现的这种实际运行中能耗偏高的问题，我们可以通过创新设计的方法来解决这些问题。
2、地源热泵的能耗分析
地源热泵空调系统的能耗主要来自于地源热泵主机、地源侧和用户侧水泵以及用户末端设备的能耗，首先，地源热泵主机的能效是由设备生产厂家保证的，它符合相应的国家标准，我们这里不做探讨，用户末端设备（风机盘管）的能耗非常低，我们可以忽略，我们所能解决的是降低水泵的能耗以及空调水系统的设计优化，降低水泵的能耗需要从流量和扬程两个方面考虑，降低水泵的扬程当然要减少水系统管路的压降。
2.1、水系统管路流量开关的压降
地源热泵水系统必须安装流量开关以保证主机正常工作，目前常用的水流开关有压差式、传统靶式以及低压降挡板式流量开关，其中压差式比较适合在工厂地源热泵机组内安装，因为压差式流量开关是一种精确的流量控制方式，它具有准确的流量控制值。它直接安装在机组内，避免用户安装不正确的情况出现，而用户现场不需要安装和接线，也就避免了靶式水流开关的安装不准确导致机组故障的隐患。
另外，压差式流量开关具有流量控制准确、对系统不再额外增加阻力、又对水管管径没有要求以及无水流扰动干扰等特性，可取代任何形式的靶式流量开关作为HVAC水系统的流量控制，相对于靶式流量开关它可以避免水泵气蚀引起的假流量（实际流速很大，但水中混有空气而实际流量并不大），因而可广泛应用在使用钎焊板式换热器、套管式换热器水环/地源热泵机组水流量控制并兼有部分防冻保护的功能。
传统靶式流量开关，由于户式地源热泵机组的水管管径比较小，给靶式流量开关的安装带来一定的难度。通常靶流片安装有三种状况：一是不动作，二是卡在管子上部不能回复，三是正常。安装非常好的情况与水管的管径和安装人员的经验非常有关，管径越大靶式水流开关的一次安装准确率越高，即使安装成功，由于靶片面积大对水系统增加了3-5米水柱的水阻，因为水流开关的压降消耗了水泵的扬程，而用户得到的扬程就减少了很多，空调主机得到的水流量大大减少，因此空调主机容易出现压缩机故障和换热器结冰的问题。
低压降节能挡板式流量开关是专门针对水环地源/热泵空调机组和热泵热水器的水流量监控而开发的，它针对不同的管径配有不同的挡片，每种挡片的水阻不超过0.3米水柱，相比传统靶式流量开关水阻已大大降低，节约水泵能耗5-15%，是名副其实的节能流量开关。由于每个挡板式流量开关都配有与水环热泵机组水管相同的管件，现场只需连接上水管即可，不需对挡片做任何改变，另外挡板式水流开关的承压大于25bar，是水环热泵系统理想的水流开关。
2.2、水系统管路末端电动阀的压降
我们实际在末端风机盘管的电动阀选型安装过程中，根本不太注意电动阀本身的压降，结果选择流通截面非常小的电动阀，一些电动阀连接口径是DN20，但是内部通径只有Φ11，通过电动阀的压降在有时就可以达到2米水柱，这无疑增加水泵的扬程。
2.3、水系统管道的压降
我们实际在设计地源热泵管道管径时，按照理论流量计算出所需的管径，殊不知在施工过程中，由于施工的原因无法保证设计需要的内部管径，比如热熔管道（PPR，PE）只能比设计内径小，实际在施工过程中无法观测到管道内部的热熔情况，结果造成管道阻力很大，系统水流量下降，不仅运行能耗增加，严重时影响到主机的正常运行，最好的解决方法是选择热熔管道要比理论管道放大一号。
3、地源热泵空调系统优化设计
3.1选择制冷量合适的地源热泵主机是最重要的
通常我们在设计空调系统时都是按照全负荷的情况下选择主机，结果用户开少量末端时主机频繁启动，造成主机工作效率和寿命都下降，水泵能效并没有因为使用房间小而能耗下降，这是一种极为不节能的普遍使用的问题。主要原因是许多设计和安装单位担心选择主机过小，会遭到用户的投诉，选择大一点的主机制冷效果好一些，反正运行费用与自己无关。从技术层面，小型水系统没有像VRV那样进行能量转移，为了保证主机的正常运行，末端风机盘管经常是电动二通阀和三通阀混装，能量转移的效果非常有限。
如果我们把眼光聚焦在用户的实际使用情况下，站在用户的立场上考虑舒适性、初投资及运行费用等用户关心的问题上，我们的设计才会更有针对性，例如，我们一套m2的别墅同时使用系数最多只有50%，那我们完全可以按照50%选择我们的主机，然后采用VWV（变流量）系统，这样即减少了初投资、机组运行也更加节能，机组工作寿命也得到保证。
3.2选择压差旁通阀实现低成本的VWV（变水量）
小型冷水机组通常考虑主机的运行稳定，不采用大型冷水机组的变流量系统，如果想在小型冷水系统做到既保证主机流量的稳定，又要保证末端的能量随时根据需要转移，在末端风机盘管安装电动二通阀，如果某个电动二通阀关闭将会将流量转移到另外一个开着的末端中，即能量可以互相转移，能实现风机盘管关的多开着的效果就会更好。这个VWV（变水量）系统类似于冷媒的VRV，且不受主机与末端配比限制（VRV有这方面的要求），这就是我们需要的VWV系统。
这套VWV系统的核心就是垂直刻度压力调节指示的压差旁通阀，它可以让用户非常方便的根据工程的实际情况设定旁通压差，彻底解决了小型系统压差旁通控制产品的昂贵，为压差旁通控制在小型系统的普及提供了可能，创新的产品设计为现场安装和调试提供了方便。
压差旁通阀有2种安装位置，一是在主机端所有末端的进出水总管上，但这种方法的问题是当旁通流量大时，主机的循环水量减少，容易导致主机频繁启停，这样的系统必须安装蓄能水箱。第二种方法是安装在末端的最后一个盘管的主回路上，这样的好处是即使旁通流量大时也可以使整个系统的循环水量不变，优点是可以不用蓄能水箱，但压差设定值会小一些。
4、结束语
对于地源热泵水系统的设计，只有站在用户的立场上选择合适的主机，采用变水量系统，选择合适的压差式水流开关或低压降水流开关都可以减少水泵的扬程，从而降低水泵的能耗，就是在不增加管道投资的情况下，仅仅是通过合理的选择水系统的管路部件来降低空调系统的水阻，就可以减少水泵的能耗5-15%如果优化整个系统的设计可以大幅减少运行费用，通过我们对类似项目的对比测试，整个空调系统运行节能可达30-50%，这是一个投入和产出非常明显的应用，值得在全国范围内推广。
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