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空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南
發(fā)布日期:2019-11-13

空氣源熱泵就是利用室外空氣的能量,通過(guò)機(jī)械做功,使得能量從低位熱源向高位熱源轉(zhuǎn)移的制冷(制熱)裝置。它以冷凝器放出的熱量來(lái)供熱,以蒸發(fā)器吸收熱量來(lái)制冷。

就熱力循環(huán)的過(guò)程而言,制冷機(jī)和熱泵都是基于逆卡諾循環(huán)而實(shí)現(xiàn)其功能的,由于這種裝置在運(yùn)行過(guò)程中,總是一側(cè)吸熱,另一側(cè)排熱,所以,一臺(tái)裝置伴生并兼具制冷和制熱兩種功能。

空氣源熱泵的技術(shù)措施:

1、具有可靠的融霜控制,融霜時(shí)間總和不應(yīng)超過(guò)運(yùn)行周期時(shí)間的20%。

2、冬季設(shè)計(jì)工況時(shí)機(jī)組性能系數(shù)(COP),冷熱風(fēng)機(jī)組不小于1.8,冷熱水機(jī)組不應(yīng)小于2.0。

3、寒冷地區(qū)采用空氣源熱泵機(jī)組應(yīng)注意以下事項(xiàng):

1)室外計(jì)算干球溫度低于-10℃的地區(qū),應(yīng)采用低溫空氣源熱泵機(jī)組;

2)室外溫度低于空氣源熱泵平衡點(diǎn)溫度(即空氣源熱泵供熱量等于建筑物耗熱量)時(shí),應(yīng)設(shè)置輔助熱源。

4、機(jī)組進(jìn)風(fēng)口的氣流速度宜控制在1.5-2.0m/s,排氣口的排氣速度不宜小于7m/s。

5、熱泵機(jī)組的基礎(chǔ)高度一般應(yīng)大于300mm,布置在可能有積雪的地方時(shí),基礎(chǔ)高度需加高。

重點(diǎn)公式和基本數(shù)據(jù):

一、基本耗熱量公式:Q=K×F×ΔT

其中:

Q—圍護(hù)結(jié)構(gòu)基本耗熱量,W;

K—圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù),W/(㎡.℃);

F—圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱面積,㎡;

ΔT—室內(nèi)外計(jì)算溫差,℃;

用于計(jì)算門(mén)、窗、墻、地面、屋面各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量

常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K(W/(㎡.℃))

二、流量計(jì)算公式:GL=0.86X∑Q/(tg-th)

其中:

GL—流量,Kg/h;

∑Q—熱負(fù)荷,W;

tg—供水溫度,℃;

th—回水溫度,℃;

三、不同供暖末端形式的供水溫度及溫差

空氣源熱泵出水溫度一般可達(dá)到45℃,溫差5℃,所以,適合空氣源熱泵的供暖末端形式是地暖。

低溫?zé)崴孛孑椛涔┡O(shè)計(jì)要點(diǎn):

1、低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)的供、回水溫度應(yīng)由計(jì)算確定,供水溫度不應(yīng)大于60℃。民用建筑供水溫度宜采用35~50℃,供回水溫差不宜大于10℃。

2、地表面平均溫度(℃)

3、聚苯乙烯泡沫塑料板絕熱層厚度(mm)

4、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷,應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

5、計(jì)算全面地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷時(shí),室內(nèi)計(jì)算溫度的取值應(yīng)比對(duì)流采暖系統(tǒng)的室內(nèi)計(jì)算溫度低2℃,或取對(duì)流采暖系統(tǒng)計(jì)算總熱負(fù)荷的90%~99%。

6、局部地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷,可按整個(gè)房間全面輻射供暖所算得的熱負(fù)荷乘以該區(qū)域面積與所在房間面積的比值和下表中所規(guī)定附加系數(shù)確定。

7、進(jìn)深大于6m的房間,宜以距外墻6m為界分區(qū),分別計(jì)算熱負(fù)荷和進(jìn)行管線(xiàn)布置。

8、敷設(shè)加熱管的建筑地面,不應(yīng)計(jì)算地面的傳熱損失。

9、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算,可不考慮高度附加。

10、分戶(hù)熱計(jì)量的地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計(jì)算,應(yīng)考慮間歇供暖和戶(hù)間傳熱等因素。

查表法確定地暖管間距:

PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs(W/㎡)

管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃(水泥或陶瓷地面,熱阻R=0.02(㎡.k/w))

PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs(W/㎡)

管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃(木地板地面,熱阻R=0.1(㎡.k/w))

采暖方案設(shè)計(jì)估算指標(biāo):

1、在方案設(shè)計(jì)階段,缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況下,采暖負(fù)荷可以按照熱指標(biāo)進(jìn)行估算,有條件時(shí),應(yīng)進(jìn)行逐個(gè)房間、逐項(xiàng)的負(fù)荷計(jì)算。

2、熱指標(biāo)用于單個(gè)房間,誤差可能很大。

3、該表格按連續(xù)供暖考慮,間歇供暖熱指標(biāo)=連續(xù)熱指標(biāo)×24/每日供暖小時(shí)數(shù)。

空氣源熱泵機(jī)組的容量修正:

1、空氣源熱泵機(jī)組的容量,應(yīng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱負(fù)荷綜合考慮后決定,一般取決于冷、熱負(fù)荷中的較大者。暖通南社整理。

2、機(jī)組的制熱量,除了與環(huán)境溫度有密切關(guān)系外,還與除霜情況有關(guān)。確定機(jī)組冬季實(shí)際制熱量Q(KW)時(shí),應(yīng)根據(jù)室外空調(diào)計(jì)算溫度和融霜頻率按下式進(jìn)行修正:

Q=q×K1×K2

其中:

Q—機(jī)組實(shí)際工況下的制熱量(kW);

q—產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)工況下的制熱量(標(biāo)準(zhǔn)工況:室外干球溫度7℃,濕球溫度6℃)(kW);

K1—使用地區(qū)室外空調(diào)計(jì)算干球溫度修正系數(shù),按產(chǎn)品樣本選??;

K2—機(jī)組融霜修正系數(shù),應(yīng)根據(jù)廠(chǎng)家提供的數(shù)據(jù)修正;當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí),可按每小時(shí)融霜一次取0.9,兩次取0.8。

匹數(shù)與國(guó)際單位的換算:

空調(diào)匹數(shù)(HorsePower-HP 馬力)原指輸入功率,即1匹(馬力)=735W(瓦),包括壓縮機(jī)、風(fēng)扇、電機(jī)以及電控部分。因不同品牌其具體的系統(tǒng)及電控設(shè)計(jì)的差異,其輸出制冷量也各不相同,故其制冷量以輸出功率計(jì)算。一般來(lái)講,1匹的制冷量大致為2000大卡,以國(guó)際單位換算應(yīng)乘以1.163,故1匹制冷量大約為2000×1.163=2326W。這里的W(瓦)即表示制冷量,是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)單位。

選擇空氣源熱泵需要的是實(shí)際溫度下的供熱或制冷能力,根據(jù)供熱量或制冷量來(lái)選擇機(jī)組,“匹”是一種功率單位,用起來(lái)是不科學(xué)的,現(xiàn)在制冷量和制熱量應(yīng)該以W或者KW作為計(jì)量單位。

但現(xiàn)在很多人都還在用匹作為單位,這里就介紹一下其換算關(guān)系。

匹數(shù)=Q/(能效比×735)

如,計(jì)算得到所需制熱量為20KW,能效系數(shù)假設(shè)為3(與室外溫度有關(guān)),則20000/(3×735)=9匹

戶(hù)式空氣源熱泵緩沖水箱

為避免壓縮機(jī)頻繁啟動(dòng)、增加系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性,應(yīng)校核系統(tǒng)水容量是否能滿(mǎn)足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的要求。即當(dāng)系統(tǒng)中(水)所存儲(chǔ)的能量不足以維持短暫停機(jī)(比如化霜)時(shí)水溫波動(dòng)要求(夏季不大于5℃,冬季不大于3℃),應(yīng)設(shè)置緩沖水箱。

1、系統(tǒng)水容量計(jì)算

M1=Mg+Ms

Mg—管道水容積,kg;

Ms—設(shè)備水容積之和,kg;

2、系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求

1)夏季運(yùn)行時(shí),主機(jī)停機(jī)10min,供水溫度允許升高不大于5℃;

2)冬季運(yùn)行時(shí),主機(jī)除霜時(shí)間為3min時(shí),供水溫度允許降低不大于3℃;

3、系統(tǒng)要求的小水容積

M2=(Q×t0)/(c×Δt)

Q—末端設(shè)備的供冷或供熱量,kw;

C—水的定壓比熱容,4.2kj/(kg.K);

Δt—水溫的波動(dòng)要求值(夏季5℃,冬季3℃)

冬、夏季水容積計(jì)算結(jié)果中,數(shù)值較大者為空調(diào)系統(tǒng)對(duì)水容積的要求值,如M1<M2,應(yīng)放大管徑重新計(jì)算直至滿(mǎn)足要求,或設(shè)置緩沖水箱。

設(shè)置緩沖水箱的優(yōu)點(diǎn):

一、如果不設(shè)置緩沖水箱,將導(dǎo)致主機(jī)頻繁啟停。特別是當(dāng)末端系統(tǒng)為暖氣片或風(fēng)機(jī)盤(pán)管時(shí),環(huán)路中的循環(huán)水量有限,就會(huì)引起主機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)溫度,主機(jī)就會(huì)停止工作,然后又會(huì)在很短暫的時(shí)間內(nèi),水溫達(dá)到主機(jī)啟動(dòng)的條件,這樣頻繁啟停會(huì)大大減少主機(jī)的使用壽命和浪費(fèi)電能。加上緩沖水箱就相當(dāng)于系統(tǒng)能量增加了,系統(tǒng)的溫度變化平穩(wěn)了,主機(jī)啟動(dòng)次數(shù)也自然減少了,使用壽命也就大大延長(zhǎng)了。

二、設(shè)置緩沖水箱可以高效除霜,除霜時(shí)間縮短。機(jī)組在除霜反向制冷時(shí)需要消耗管道內(nèi)的熱量,如果水系統(tǒng)的水量少,除霜時(shí)間就會(huì)加長(zhǎng),而且會(huì)造成管道內(nèi)水溫較低,除霜效果不好。如果加裝了緩沖水箱,那么在除霜的過(guò)程中,因?yàn)樗鋬?nèi)有一定的溫度,可以在短時(shí)間內(nèi)完成化霜,并且消耗熱量也比較小,避免了因?yàn)橹鳈C(jī)除霜而造成的室內(nèi)溫度波動(dòng)變化。

三、緩沖水箱的第三個(gè)好處是能夠保證系統(tǒng)的水流暢通,能夠完成自動(dòng)排氣,避免機(jī)組循環(huán)不暢報(bào)故障停機(jī)。

四、設(shè)置緩沖水箱可以讓系統(tǒng)排污更徹底,防止系統(tǒng)阻塞。系統(tǒng)中的雜質(zhì)會(huì)通過(guò)循環(huán)慢慢沉積到緩沖水箱的底部,經(jīng)過(guò)過(guò)濾器的時(shí)候,水泵的水質(zhì)會(huì)變好,從而減少過(guò)濾器的清洗。

低溫空氣源熱泵和風(fēng)冷熱泵的區(qū)別:

區(qū)別一、產(chǎn)品依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同

低溫?zé)岜玫臅盒袠?biāo)準(zhǔn)為:《GB/T25127.1-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組第1部分:工業(yè)或商業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵(冷水)機(jī)組》、《GB/T25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機(jī)組第2部分:戶(hù)用及類(lèi)似用途的熱泵(冷水)機(jī)組》。商用與家用的區(qū)別是能量大小,大約50KW為商用。

風(fēng)冷熱泵的標(biāo)準(zhǔn)為:《GB/T18430.1-2007蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組第1部分:工商業(yè)用和類(lèi)似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》、《GB/T18430.2-2008蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組第2部分:戶(hù)用和類(lèi)似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》。同樣是以制冷量大小區(qū)分,制冷量小于50KW為家用,大于50KW為商用。

區(qū)別二、產(chǎn)品設(shè)計(jì)條件不同

兩者的設(shè)計(jì)條件不同,即設(shè)計(jì)工況不同,我們以名義工況為例來(lái)說(shuō)明。名義工況是產(chǎn)品銘牌上標(biāo)示的額度制熱量(制冷量)測(cè)定時(shí)的工況,一般就是機(jī)組普遍、常用的工作狀態(tài)。

低溫?zé)岜玫闹茻崦x工況,空氣側(cè)溫度為“-12℃”;風(fēng)冷熱泵的制熱名義工況,空氣側(cè)溫度為“7℃”。低溫?zé)岜弥茻釙r(shí)主要設(shè)計(jì)工況都是在0℃以下,而風(fēng)冷熱泵制熱時(shí)的所有設(shè)計(jì)工況都是在0℃以上。

區(qū)別三、產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景與運(yùn)行方式不同

低溫?zé)岜脩?yīng)用于低環(huán)境溫度的場(chǎng)景,風(fēng)冷熱泵應(yīng)用于常溫的場(chǎng)景。

低溫?zé)岜弥饕δ芫褪遣膳⑶医^大部分也是這么應(yīng)用的;風(fēng)冷熱泵側(cè)重于制冷,兼顧制熱。

低溫?zé)岜玫哪┒酥饕堑嘏?、暖氣片、還有風(fēng)機(jī)盤(pán)管等;風(fēng)冷熱泵的末端基本上都是風(fēng)機(jī)盤(pán)管,沒(méi)有地暖、暖氣片。

地暖、散熱器的運(yùn)行特征是小流速大溫差,風(fēng)機(jī)盤(pán)管的運(yùn)行特征是小溫差大流量。所以低溫?zé)岜门c風(fēng)冷熱泵的設(shè)計(jì)理念不同,風(fēng)冷熱泵是以末端為風(fēng)機(jī)盤(pán)管為前提,兩器配的太小,水泵配的太大,沒(méi)有考慮地暖的運(yùn)行特征,所以傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢(shì)不明顯。

區(qū)別四、所用的核心零部件不同

低溫?zé)岜盟玫膲嚎s機(jī)為熱泵專(zhuān)用低溫噴氣增焓壓縮機(jī),風(fēng)冷熱泵采用的是普通壓縮機(jī)。低溫?zé)岜贸藗鹘y(tǒng)的空調(diào)四大件(壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器)外,一般還會(huì)增加中間經(jīng)濟(jì)器或閃蒸器來(lái)給“噴氣增焓”壓縮機(jī)提供低溫低壓的冷媒“噴氣”。

一般的熱泵機(jī)組在環(huán)境溫度很低時(shí),蒸發(fā)溫度很低,導(dǎo)致蒸發(fā)壓力很低,所以壓縮機(jī)壓力低、冷媒循環(huán)量小,制熱量也就很小。

低溫?zé)岜迷黾恿私?jīng)濟(jì)器或閃蒸器,將一部分冷媒蒸汽導(dǎo)入壓縮機(jī),提高吸氣壓力,增大冷媒循環(huán)量,制熱量也就增大了;同時(shí),經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)器或閃蒸器的主冷媒受到了過(guò)冷,增大了換熱焓差,也使得制熱量增大了。故稱(chēng)作“噴氣增焓”。

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