樊小愛

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院 山西太原 030024）

加大綜合環(huán)境治理力度，發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)是在十三五規(guī)劃中的國家重要經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。為了綜合治理環(huán)境，還老百姓一個碧水藍(lán)天，國家推行煤改電，熱泵系列成為近幾年來的發(fā)展新趨勢，超低溫空氣源熱泵更是成為北方城市炙手可熱的產(chǎn)品。

1 超低溫空氣源熱泵的優(yōu)越性

空氣源熱泵具有很高的能效比，其最大的優(yōu)勢就是經(jīng)濟(jì)節(jié)能，僅消耗一小部分電能，便能轉(zhuǎn)換3～4倍的熱能，但空氣源熱泵對室外環(huán)境參數(shù)有一定的要求，當(dāng)室外空氣溫度低于5℃時，機(jī)組能效開始減弱，普通的空氣源熱泵在-5℃時便不能正常運轉(zhuǎn)，由此便產(chǎn)生了超低溫空氣源熱泵，它比普通熱泵增加了一條連通壓縮機(jī)的噴射增焓支路，當(dāng)壓縮機(jī)的回氣不夠，噴射的增焓支路會為壓縮機(jī)補(bǔ)氣，冷凝器放熱量便提高了，因此超低溫空氣源熱泵可以在-25℃的超低溫下環(huán)境正常制熱。

2 熱泵的簡介

熱泵，顧名思義就是可以像泵一樣把不能直接利用的空氣里的熱量轉(zhuǎn)換為可以利用的高品質(zhì)熱能，從而可以節(jié)約電能?？諝庠礋岜檬且钥諝庾鳛榈推焚|(zhì)熱源來供熱的熱源設(shè)備，并且可以兼夏季制冷。

3 熱泵的工作原理

蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥四大組件是構(gòu)成空氣源熱泵機(jī)組的重要部件，其工作原理遵照逆卡諾循環(huán)，它利用逆卡諾循環(huán)原理，以制冷劑R22為媒介，通過壓縮機(jī)的做功，實現(xiàn)低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿陌徇\。壓縮機(jī)排出的高溫高壓的制冷劑氣體在冷凝器冷凝成液體，同時放出大量的冷凝熱，冷凝熱被熱泵中的低溫空氣吸收，使得熱泵中的空氣的溫度得以升高，制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流元件以后壓力大幅降低，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)，蒸發(fā)所需熱量全部來自于空氣，全部蒸發(fā)完畢的低壓制冷劑氣體被壓縮機(jī)吸入，通過壓縮機(jī)做功后，變成了高溫高壓的制冷劑氣體，重新由壓縮機(jī)排氣口排出，如此往復(fù)循環(huán)。轉(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗械臒崃堪ㄏ牡母咂焚|(zhì)熱量和從低溫源中吸收的熱量。通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到暖房中的空氣（如圖1所示）。

圖1 工作原理圖

4 空氣源熱泵在水利工程中的應(yīng)用。

水利工程的特點，一般地處偏遠(yuǎn)地帶，無集中供暖的熱源，無燃?xì)夤┡瘲l件，所以超低溫空氣源熱泵是最佳供暖熱源。下面例舉一個水利工程中的設(shè)計案例。

4.1 設(shè)計基本信息

本項目為山西省松塔水電站工程管理站辦公樓，該項目位于山西省壽陽縣，地上5層，建筑面積2 844.41 m2，正南北朝向,熱工性能符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

在本次設(shè)計中僅包括空氣源熱泵的采暖設(shè)計，采暖形式為地板輻射采暖，冬季室外計算溫度為-14℃，室內(nèi)要求溫度20℃。

4.2 房間負(fù)荷的確定及空氣源熱泵選型的確定

1）經(jīng)天正暖通計算后，該建筑總熱負(fù)荷103.5 kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為44 W/m2，符合節(jié)能要求，根據(jù)節(jié)能規(guī)范要求，熱源選型的富余量不得大于10%，故要求熱泵機(jī)組提供的熱量在114 kW，根據(jù)參考樣本選擇超低溫空氣源熱泵采暖機(jī)組型號為MTD-40DH。

4.3 熱泵機(jī)組的擺放位置規(guī)劃問題

1）熱泵機(jī)組應(yīng)該盡量擺放在無遮擋，無障礙物處，安裝位置必須通風(fēng)良好，出風(fēng)口一般躲開迎風(fēng)方向，所以考慮安裝在空曠的地面上、陽臺或者屋頂上。

2）安裝位置應(yīng)能承受室外機(jī)自重的2～3倍重量。

3）盡量安裝在人員不密集及對噪音影響不大的場所。

4）綜合考慮各種因素，本項目將熱泵置于5層屋頂上。

4.4 空氣源熱泵采暖形式的確定

空氣源熱泵的采暖形式一般有兩種。

1）帶緩沖水箱的采暖系統(tǒng)。其優(yōu)點很多，比如，增加緩沖水箱后可以避免熱泵機(jī)組頻繁啟動，可以保護(hù)主機(jī)，并且可以蓄熱儲能，在晚間用電低谷，進(jìn)行加熱；白天運行，達(dá)到省電。增加緩沖水箱還可以有排氣、除霜的作用，能使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定。如圖2。

2）不帶緩沖水箱的采暖系統(tǒng)。其優(yōu)點是系統(tǒng)相對簡單，少了兩臺循環(huán)泵，運行費用相對降低。如圖3。

因此，300 m2以下的小型系統(tǒng)建議加設(shè)緩沖水箱，對于大一些的系統(tǒng)可以加膨脹水箱或定壓補(bǔ)水箱來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本項目中未設(shè)緩沖水箱，而是加設(shè)膨脹水箱增加穩(wěn)定性。

4.5 循環(huán)水泵的選型計算

確定循環(huán)水泵的流量G和揚程H。

1）水泵的流量 G（t/h）[1]

圖2 帶緩沖水箱的采暖系統(tǒng)

圖3 不帶緩沖水箱的采暖系統(tǒng)

式中:G——循環(huán)水泵的總流量，t/h；

Gh——系統(tǒng)的循環(huán)水量，t/h；

Qh——系統(tǒng)總熱負(fù)荷，kW；

c——水的比熱熔，kJ/（kg·℃），取4.186kJ/（kg·℃）；

ΔT——進(jìn)回水溫度℃，一般取10℃；

k—富裕系數(shù)，一般取k=1.10～1.20。

2）水泵的揚程H[2]

式中:H——循環(huán)水泵的揚程，m；

H1——熱泵機(jī)組內(nèi)部壓力損失，一般取5～8 m；

H2——采暖循環(huán)管路中的最不利環(huán)路的用戶內(nèi)部循環(huán)壓力損失，m；

H3——供、回水管道系統(tǒng)的壓力損失，m；

k——富裕系數(shù)，一般取k=1.05～1.10；

在本項目中G=11.78 t/h；H=16.8 m，根據(jù)《圖集12系列建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集暖通專業(yè)》，選用熱水立式循環(huán)泵，型號為TP32-250。

4.6 末端地暖盤管的設(shè)計

1）熱負(fù)荷的計算。全面輻射供暖室內(nèi)設(shè)計溫度可降低2℃。在住宅設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)考慮家具的遮擋因素，需要乘以適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，當(dāng)采用分戶計量及分戶熱源的采暖系統(tǒng)，應(yīng)考慮間歇運行和戶間傳熱的因素。

2）水系統(tǒng)的設(shè)計。連接同一分、集水器的各個環(huán)路的長度宜接近，各個環(huán)路的長度最大不宜大于120m，當(dāng)各環(huán)路長度相差較大時，宜在每個分支環(huán)路上面加設(shè)平衡閥。每組分、集水器所帶的分支環(huán)路不宜多于8趟回路。

3）地暖盤管材料的選擇。用于熱水的管材有PB、PE-R、PE-X、XPAP，其中 PB和 PEX的力學(xué)性能較好，可以彎曲，而且耐高溫，所以在地板輻射采暖中，一般選用PB和PEX的比較多。在本項目中選用了PEX做為地暖盤管。