王玉謙

摘? ? 要：近年來隨著“煤改電”政策的不斷發(fā)展，空氣源熱泵因其自身的一些優(yōu)勢(shì)應(yīng)用原來越多，隨之而來也同樣產(chǎn)生許多問題。本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例，探討空氣源熱泵設(shè)計(jì)過程中容易出現(xiàn)的問題及解決措施。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;性能系數(shù);修正;耗電輸冷（熱）比

1? 前言

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節(jié)能裝置。它是熱泵的一種形式。相比地源熱泵，空氣源熱泵沒有地域限制，不會(huì)破壞土壤的全年熱平衡，不占用大面積空地，節(jié)約建筑空間。具體應(yīng)用于實(shí)際工程有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）放置于屋面即可，不需要專門設(shè)置機(jī)房，鍋爐房，極大的節(jié)省了建筑空間，對(duì)于寸土寸金的建筑來說，無(wú)疑為甲方節(jié)省了許多建筑空間，從而產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。（2）每個(gè)機(jī)組的模塊單元都采用全封閉制冷壓縮機(jī)，電腦控制可以自動(dòng)使各制冷回路按順序運(yùn)行，啟動(dòng)后備制冷系統(tǒng)并進(jìn)行局部維修，銀耳提高了整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的可靠性。（3）舒適方便、自動(dòng)化、智能化程度高，調(diào)控方便，可連續(xù)加熱且運(yùn)行成本低。

與此同時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組也存在一些缺點(diǎn)：（1）室外溫度越低，空氣源熱泵冬季制熱效果越差。（2）當(dāng)機(jī)組工作時(shí)，當(dāng)蒸發(fā)器盤管溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，其表面產(chǎn)生冷凝水，冷凝水低于0℃時(shí)結(jié)霜，會(huì)使蒸發(fā)器散熱肋片間的通風(fēng)間隙局部或者全部結(jié)霜阻塞，從而增大熱阻和風(fēng)阻，影響換熱和制熱效果。（3）系統(tǒng)為定流量系統(tǒng)，末端根據(jù)需求調(diào)整水量的靈活度差。

正因如此，在空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要從源頭設(shè)計(jì)注意以下一些問題。

2? 主機(jī)選型

根據(jù)GB50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)規(guī)范》空氣源熱泵機(jī)組的有效制熱量應(yīng)根據(jù)室外空調(diào)計(jì)算溫度分別采用溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)進(jìn)行修正。筆者結(jié)合實(shí)際工程做主機(jī)選型的分析計(jì)算，先將工程概況做如下介紹。

工程概況：工程為石家莊某綜合服務(wù)樓。建筑面積6192m2。建筑層數(shù)：4層。工程要求采用空氣源熱泵同時(shí)滿足冬夏供暖和空調(diào)的要求。夏季空調(diào)供回水溫度為7/12℃，冬季空調(diào)供水溫度為50℃。末端采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)形式。

該建筑物夏季冷負(fù)荷：650.75kW，冷負(fù)荷指標(biāo)為105.10W/m2;冬季熱負(fù)荷為509.95kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為82.30W/m2。

根據(jù)樣本實(shí)際情況，同時(shí)考慮溫度及融霜影響修正后，環(huán)境溫度與制熱能力的百分比曲線如圖1。

當(dāng)室外溫度為-10℃時(shí)（石家莊冬季室外計(jì)算干球溫度為-8.8℃），制熱能力衰減百分比為70%，RHAE125HA型號(hào)機(jī)組有效制熱量為465×0.7=325.5kW（冬季機(jī)組額定制熱量為465kW），選兩臺(tái)相同型號(hào)即可滿足使用要求。

實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)容易根據(jù)冷負(fù)荷直接選擇機(jī)組而忽略熱負(fù)荷修正的問題。若根據(jù)冷負(fù)荷選機(jī)組，。RHAE95HA機(jī)組額定制冷量為330kW， 則根據(jù)樣本實(shí)際選擇兩臺(tái)型號(hào)為RHAE95HA即可。冬季機(jī)組額定制熱量為350kW，根據(jù)圖1考慮到溫度及融霜影響修正后單臺(tái)機(jī)組有效制熱量為350×0.7=245kW，若同樣兩臺(tái)機(jī)組有效制熱量為245×2=490kW<509.95kW （建筑物冬季計(jì)算熱負(fù)荷）。不滿足實(shí)際使用要求。

3? 循環(huán)水泵選型

空氣源熱泵之所以越來越廣泛被應(yīng)用于實(shí)際工程中除了其自身能效比較高，環(huán)保性外，其使用范圍廣也是優(yōu)點(diǎn)之一。出水溫度為5℃～50℃之間，可以滿足冬夏不同季節(jié)空調(diào)的需求。對(duì)于同一套冷熱源系統(tǒng)來講，冬夏負(fù)荷差別不大的情況下，冷熱水溫差差別不大，阻力特性相似的情況下，從減少投資和占用面積角度出發(fā)，可共用循環(huán)水泵。

實(shí)際選型時(shí)候，容易出現(xiàn)以下問題：（1）只按照夏季選擇循環(huán)水泵，冬季沒有校核，此時(shí)，不滿足使用要求。（2）冬季供回水溫差選擇不合理，當(dāng)負(fù)荷相近時(shí)候，若溫差過大，導(dǎo)致水泵流量過?。ū玫牧髁亢蛽P(yáng)程成反比），此時(shí)揚(yáng)程會(huì)變大，泵不能在高效區(qū)運(yùn)行。（3）當(dāng)溫差選擇過大，耗電輸熱比計(jì)算限值偏小，水泵的節(jié)能計(jì)算容易不滿足要求。

此時(shí)，需要調(diào)整冬季供回水溫差，以上所有問題均會(huì)解決。結(jié)合實(shí)際工程將循環(huán)水泵的選擇做如下計(jì)算（取冬季空調(diào)供回水溫差4℃）：

夏季：泵的計(jì)算流量為0.86×650.75/5=111.92m3/h，考慮每個(gè)機(jī)組配一個(gè)循環(huán)水泵（機(jī)組自帶），單個(gè)泵的計(jì)算流量為111.92/2=56m3/h。

冬季：泵的計(jì)算流量為0.86×509.95/4=109.64m3/h，考慮每個(gè)機(jī)組配一個(gè)循環(huán)水泵（機(jī)組自帶），單個(gè)泵的計(jì)算流量為109.64/2=54.9m3/h。

共用一個(gè)循環(huán)水泵，此時(shí)水泵流量按照最不利情況，取56m3/h。

循環(huán)水泵揚(yáng)程包含機(jī)組（6.5m）水頭損失、沿程和局部阻力損失、電動(dòng)兩通閥阻力損失（2.5m）、風(fēng)機(jī)盤管阻力損失（5m）及循環(huán)水泵和相關(guān)管路對(duì)應(yīng)閥門的阻力損失（5m）。系統(tǒng)總供回水管路長(zhǎng)度為160m，平均比摩阻取200Pa/m。

循環(huán)水泵揚(yáng)程= 6.5（機(jī)組）+（160）×1.5×200/9.8/1000+2.5（電動(dòng)兩通閥）+5（風(fēng)盤末端阻力）+5（泵房?jī)?nèi)循環(huán)水泵對(duì)應(yīng)的閥門）=24m

根據(jù)GB50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，為了合理的選擇水泵，降低水泵能耗，對(duì)水泵的耗電輸冷（熱）比滿足要求。

循環(huán)水泵的耗電輸冷比計(jì)算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/650.75=0.0075≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（28+0.02×300）/5=0.0262

循環(huán)水泵的耗電輸熱比計(jì)算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/509.95=0.0096≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（21+0.0024×300）/5=0.0209

經(jīng)計(jì)算，循環(huán)水泵的耗電輸冷（熱）比均滿足節(jié)能要求。水泵的計(jì)算流量和揚(yáng)程為56m3/h，計(jì)算揚(yáng)程為24m。

4? 末端管路閥門設(shè)置

空氣源熱泵機(jī)組采用模塊式機(jī)組，其內(nèi)的模塊單元的水系統(tǒng)即蒸發(fā)器與冷凝器的進(jìn)、出水沒有相應(yīng)的隔斷措施，不適用于變流量運(yùn)行，因此空氣源熱泵系統(tǒng)屬于定流量系統(tǒng)。末端需配置與定流量系統(tǒng)匹配的電動(dòng)三通閥。但由于電動(dòng)三通閥造價(jià)較高，使其實(shí)際使用中受到很大限制。

如何解決造價(jià)與實(shí)際應(yīng)用矛盾的問題？筆者認(rèn)為末端設(shè)置依然可以采用變流量系統(tǒng)中常用的電動(dòng)兩通閥，滿足末端根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整用戶水流量的使用需求。與末端設(shè)置電動(dòng)三通閥不同的是，需要在總供回水干管處設(shè)置自力式壓差控制閥，使末端多余的流量通過壓差控制閥旁通進(jìn)入供水管，從而保證系統(tǒng)總流量恒定。

5? 結(jié)束語(yǔ)

總之，空氣源熱泵作為冷熱源主機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中需要注意一些問題，比如主機(jī)選型考慮溫度和融霜修正;循環(huán)水泵的選擇考慮滿足節(jié)能和實(shí)際使用需求;末端閥門匹配適應(yīng)度問題等。做好暖通設(shè)計(jì)，是我們每個(gè)暖通人應(yīng)盡的責(zé)任。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50736—2012.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50189—2015.公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].