包森霖　張希平　張琪　楊錦斌

【摘 要】隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，資源短缺、供應(yīng)能力不足等問題逐漸暴露，國家對清潔能源應(yīng)用的大力推廣以及消費者購買力的不斷提升，空氣能熱泵技術(shù)已成功在我公司供采暖系統(tǒng)（4200m高海拔地區(qū)）實踐應(yīng)用，使用效果良好，為企業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】熱泵技術(shù);采暖供熱

中圖分類號： TU832 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）15-0020-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.009

Design and Application of Air Energy Heating System Based on Heat Pump Technology

BAO Sen-lin ZHANG Xi-ping ZHANG Qi YANG Jin-bin

（Tibet Yulong Copper Co.， Ltd.， Changdu Tibet 854100， China）

【Abstract】With the rapid development of China's economy， problems such as shortage of resources and insufficient supply capacity are gradually exposed. With the vigorous promotion of clean energy application by the state and the continuous improvement of consumer purchasing power， air-energy heat pump technology has been successfully applied in heating system of our company （4200m high altitude area）. The application effect is good， bringing abundant economic and social benefits to enterprises.

【Key words】Heat pump technology; Heating and heating

1 熱泵技術(shù)及空氣能熱泵

1.1 熱泵技術(shù)

熱泵技術(shù)原理與制冷系統(tǒng)的工作原理是一致的。熱泵系統(tǒng)也一般由蒸發(fā)器、壓縮機、膨脹閥、熱交換器四部分組成，見圖1所示，其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器里從高溫?zé)嵩矗ㄈ缱匀唤绲目諝狻⑺蛲寥赖龋┪鼰岵饣傻蛪赫魵?，然后制冷劑氣體在壓縮機內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在熱交換器內(nèi)被低溫?zé)嵩蠢鋮s凝結(jié)成高壓液體，再經(jīng)節(jié)流元件（毛細管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑，如此就完成了一個制冷循環(huán)。

1.2 空氣能熱泵

1.2.1 空氣能熱泵技術(shù)

空氣能熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)，是按照“逆卡諾”原理工作的，逆卡諾循環(huán)原理為通過壓縮機系統(tǒng)運轉(zhuǎn)工作、吸收空氣中熱量制造熱水，作為熱泵技術(shù)的一種，有“大自然能量的搬運工”的美譽，有著使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干凈等多重優(yōu)勢。具體工作過程：壓縮機將冷媒壓縮，壓縮后溫度升高地冷媒經(jīng)過水箱中的冷凝器制造熱水，熱交換后的冷媒回到壓縮機進行下一輪循環(huán)，在這一過程中，空氣熱量通過蒸發(fā)器被吸收導(dǎo)入冷媒中，冷媒再導(dǎo)入水中，產(chǎn)生熱水。

1.2.2 空氣能熱泵工作原理

蒸汽壓縮制冷循環(huán)工作原理，以環(huán)境空氣為冷（熱）源制取冷（熱）風(fēng)或者冷（熱）水的設(shè)備，主要零部件包括熱側(cè)換設(shè)備、熱源側(cè)換熱設(shè)備及壓縮機等?？諝饽埽ㄔ矗岜美每諝庵械臒崃孔鳛榈蜏?zé)嵩?，?jīng)過傳統(tǒng)空調(diào)器中的冷凝器或蒸發(fā)器進行熱交換，然后通過循環(huán)系統(tǒng)，提取或釋放熱能，利用機組循環(huán)系統(tǒng)將能量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，滿足用戶對生活熱水、地暖或空調(diào)等需求，具體原理見圖2所示。

2 采暖供熱項目概況及負荷計算

2.1 項目概況

我公司在建的昌都市生活、辦公基地，建筑氣候?qū)儆诤涞貐^(qū)，采暖宿舍樓建筑面積6778.52平方米，賓館建筑面積7002.41平方米，商業(yè)樓建筑面積1786.86平方米，地下車庫建筑面積4999.57平方米，是集多功能為一體的采暖項目，總建筑面積約20560平方米，供熱總負荷約2302KW。

項目中央空調(diào)系統(tǒng)及供暖系統(tǒng)設(shè)置形式：宿舍樓、賓館及商業(yè)樓采用中央空調(diào)加新風(fēng)和部分地暖系統(tǒng)結(jié)合的采暖方式，地下室采用暖氣片供暖的方式;項目根據(jù)實際情況，供暖主機采用低溫型風(fēng)冷熱泵模塊化機組提供熱源，主機及系統(tǒng)動力裝置防置在屋頂。

2.2 熱負荷計算

項目設(shè)計標準，采暖負荷計算參照《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》（陸耀慶）中的“民用建筑供暖設(shè)計熱負荷計算”部分有關(guān)規(guī)定，采用估算法進行采暖負荷進行計算，供暖的采暖單元熱負荷初步估算，并根據(jù)海拔、高原、工程特點等因素經(jīng)過參數(shù)修正后，估算值結(jié)果如表1所示。

2.3 儲能水箱有效容積核算

水暖系統(tǒng)需要考慮系統(tǒng)水容量對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，對于空氣源熱泵地暖系統(tǒng)，最大的影響因素是冬季機組除霜。空氣源熱泵機組化霜時間為3～8min，一般取化霜時間4min來計算緩沖水箱容積。系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求：冬季運行時，主機除霜時間4min，供水溫度允許降低不超過3℃。

系統(tǒng)最小水容量M1=Q·T/（C·3），式中：M1為系統(tǒng)最小水容量，kg;Q為主機制熱量，kw;T為化霜時間，S;C為水的比熱，取值4.2，kJ/kg℃。

系統(tǒng)水容量M2=0.15·L，式中：M2為系統(tǒng)水容量，kg;L為系統(tǒng)管路總長，m。

儲能水箱有效容積M=M1-M2（kg）

計算修正后可得：M賓館≈20000kg=20T，M宿舍≈15000kg=15T。

3 空氣能熱泵選型配置及供采暖系統(tǒng)設(shè)計

3.1 空氣能熱泵選型配置

依據(jù)各供暖單元的采暖熱指標、采暖熱負荷、冷指標、冷負荷以及主機電負荷的估算結(jié)果，根據(jù)采供暖項目地點氣候、制冷制熱及實際使用情況，選用美國“麥克維爾”低溫型風(fēng)冷熱泵機組MAC450DR5LH主機，單臺制冷量為130kW，低溫工況下單臺制熱量為141kW，具體配置選型：

（1）賓館采暖空氣源熱泵機組，制熱量141KW，單機電功率43.6KW，9臺。

（2）宿舍樓采暖超低溫空氣源熱泵機組，制熱量141KW，單機電功率43.6KW，8臺。

（3）商鋪（含地下室）采暖空氣源熱泵機組，制熱量141KW，單機電功率43.6KW，6臺。

（4）賓館熱水超低溫空氣源熱泵機組，制熱量32KW，單機電功率7.2KW，2臺。

（5）宿舍熱水暖超低溫空氣源熱泵機組，制熱量32KW，單機電功率7.2KW，2臺。

3.2 供采暖系統(tǒng)設(shè)計

空氣能熱泵供采暖系統(tǒng)設(shè)計具有多專業(yè)、技術(shù)新、范圍廣等特點，涉及模塊化設(shè)計、獨立電控設(shè)計、噴氣增焓壓縮機技術(shù)、智能除霜技術(shù)、輪換/互備運轉(zhuǎn)技術(shù)等最新、先進技術(shù)。

3.2.1 模塊化、獨立電控設(shè)計

空氣能熱泵系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由一個或多個模塊組合而成，每個模塊都有自己獨立的電控單元，各模塊的電控單元之間以通訊網(wǎng)絡(luò)連接進行信息交換，空氣能熱泵系統(tǒng)采用全中文微電腦控制系統(tǒng)，能自動地根據(jù)負荷大小進行能量控制，達到最佳匹配，真正實現(xiàn)最佳的節(jié)能運行。

3.2.2 兩級節(jié)流中間噴氣技術(shù)

項目選用噴氣增焓壓縮機，采用兩級節(jié)流中間噴氣技術(shù)，利用經(jīng)濟器進行換熱，實現(xiàn)增焓效果，通過中低壓時壓縮機邊壓縮邊噴氣混合冷卻，高壓時正常壓縮，從而提高壓縮機排氣量，達到低溫環(huán)境下提升制熱能力的目的

3.2.3 智能除霜技術(shù)

空氣源熱泵系統(tǒng)在環(huán)境溫度低、濕度大的情況下容易結(jié)霜。MAC450DR5LH型模塊機組能夠根據(jù)制熱運行的主要參數(shù)和負荷變化，精準判斷除霜時機，做到有霜除霜，無霜正常制熱，并且能夠根據(jù)實際情況，進行強制手動除霜。

3.2.4 模塊化輪換、互備運轉(zhuǎn)技術(shù)

空氣源熱泵系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)使用負荷情況，輪換設(shè)置優(yōu)先開啟的模塊機組，平衡分配每臺模塊機組的運行時間，系統(tǒng)內(nèi)模塊分級啟動，減少機組啟動電流對電網(wǎng)的沖擊空氣源熱泵系統(tǒng)特有;模塊化互備運轉(zhuǎn)技術(shù)，采用單模塊多系統(tǒng)設(shè)計，使同一系統(tǒng)中不同模塊之間互為備用。大大提高了機組的可靠性和使用壽命。

4 結(jié)束語

隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，資源短缺、供應(yīng)能力不足等問題逐漸暴露，環(huán)境壓力正倒逼著能源戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型與能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，國家節(jié)能減排工作逐步深入和清潔能源應(yīng)用的大力推廣，北方地區(qū)“煤改電”工程的相繼啟動，成為空氣能熱泵行業(yè)發(fā)展的助推劑，而空氣能作為清潔能源應(yīng)用的代表，理應(yīng)受到了各行各業(yè)的大力推廣。與煤、電供采暖系統(tǒng)相比具有天壤之別、得天獨厚之優(yōu)勢，值得全面普及、廣泛應(yīng)用?？諝饽軣岜眉夹g(shù)已成功在我公司供采暖系統(tǒng)（4200m高海拔地區(qū)）實踐應(yīng)用，使用效果良好，為企業(yè)帶來了豐厚的經(jīng)濟效益和社會效益。