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        空氣源熱泵機組的設(shè)計選型與工程案例分析

        2021-11-10 20:03:17王宏新汪若童
        科學(xué)與生活 2021年4期

        王宏新 汪若童

        摘要:本文介紹了空氣源熱泵機組的使用功能和發(fā)展。對冬季和夏季的能耗問題進行了談?wù)摗8鱾€地區(qū)的環(huán)境溫度對空氣源選型及使用的影響。分析了空氣源熱泵系統(tǒng)的特點;對空氣源熱泵機組的應(yīng)用與展望進行了探討。

        關(guān)鍵詞:空氣源熱泵,設(shè)計選型,工程案例分析

        一、空氣源熱泵的工作原理

        空氣源熱泵,作為熱泵技術(shù)的一種,是大自然能量的“搬運工”。基于逆卡諾循環(huán)原理,通過少量電能驅(qū)動壓縮機運轉(zhuǎn),吸收空氣中大量的低溫?zé)崮?,通過壓縮機的壓縮變?yōu)楦邷責(zé)崮埽訜峒铀?,用于供暖或制取生活熱水,所以它有能耗低、效率高、安全性好、環(huán)保性強,源源不斷的提取空氣中的能量用于制冷和供暖。

        空氣源熱泵運行原理,空氣源熱泵是一個能量搬運裝置:

        1、介質(zhì)(冷媒)在蒸發(fā)器吸收大量空氣中的熱能Q1;2、通過壓縮機做功Q2,將介質(zhì)(冷媒)壓縮成高溫高壓氣體;3、介質(zhì)(冷媒)經(jīng)過熱交換器交換熱能Q3,以提供熱水供末端使用。根據(jù)能量守恒定律:熱能Q3=電能Q2+ 空氣熱泵Q1 能效比COP=熱能Q3/電能Q2

        二、空氣源熱泵的優(yōu)勢

        1采暖過程“零”排放,空氣源熱泵系統(tǒng)采暖過程不釋放固體顆粒物及SO2等大氣污染物,能有效緩解城市冬季霧霾指數(shù)。燃煤鍋爐供暖產(chǎn)生大量的固體廢渣,占用大面積場地,空氣源熱泵可完全解決固體廢渣的存儲與運轉(zhuǎn)等問題。2運行管理便利,空氣源熱泵無需專人值守、全自動化運行、自行決定供暖時間。3一機多用,一套熱泵系統(tǒng)既能滿足冬季取暖需求,又能滿足夏季的空調(diào)制冷需求,真正做到冷、暖一體,對于三位一體的設(shè)備還可以提供生活熱水,與鍋爐或者集中熱網(wǎng)相比,綜合造價能低。4采暖費用低,傳統(tǒng)的采暖設(shè)備。如鍋爐、燃?xì)獗趻鞝t、電采暖設(shè)備,其能效均小于1??諝庠礋岜脵C組從空氣中獲取低品位熱泵轉(zhuǎn)為高位熱能,利用壓縮機的逆卡諾循環(huán)設(shè)備能效大于3.0,相比其他的采暖方式,空氣源熱泵機組運行費用更低。5采暖舒適性,空氣源熱泵不受市政統(tǒng)一供熱時間的限制,可根據(jù)氣候變化情況靈活調(diào)整供暖時間,提高用戶的采暖舒適性。并能根據(jù)室外環(huán)境溫度及調(diào)整供暖熱水溫度,既能提高采暖舒適度又降低供暖能耗。6安裝靈活,主機可安裝在屋頂或地面,可省去冷凍機房土建投資及冷卻系統(tǒng)投資;COP值較高,自動化程度高。

        三、空氣源熱泵機組的設(shè)計選型

        空氣源熱泵選型根據(jù)地域及室外壞境溫度的不同,而直接影響設(shè)備的數(shù)量。

        比如室內(nèi)采暖溫度同樣取18℃,北京的室外采暖計算溫度是-7.6℃,室內(nèi)外溫差是25.6℃;合肥的室外采暖計算溫度是-1.7℃,室內(nèi)外溫差是18.7℃。兩地溫差相差6.9℃,同樣的建筑,北京地區(qū)的能耗會大概比合肥多30%。

        一)機組選型步驟,1項目信息整理:包括項目的地理位置、采暖面積、功能、圍護結(jié)構(gòu)情況、層高等;2確定單位熱負(fù)荷指標(biāo):按功能確定單位熱負(fù)荷;3計算制熱量:總熱負(fù)荷(W)=采暖面積(m2)×單位熱負(fù)荷(W/m2);4確定主機數(shù)量:根據(jù)計算得出的制熱量選配主機臺數(shù)。

        二)影響熱負(fù)荷的因素,1維護結(jié)構(gòu)的耗熱量2由外門、窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣耗熱量3由外門開啟時經(jīng)外門進入室內(nèi)的冷空氣耗熱量4通風(fēng)耗熱量5通過其他途徑散失或獲得的熱量

        三)末端形式,1風(fēng)機盤管:水溫要求45~50℃,按技術(shù)手冊給定制熱量選型。2地?zé)岜P管:水溫要求40~45℃,供回水溫差5~10℃。地暖盤管間距200左右,散熱均能滿足要求。3暖氣片:水溫要求50~60℃。熱泵采暖建議按50℃設(shè)計,供回水溫差設(shè)計為5℃。一般每平方配1.5片暖氣片,或根據(jù)暖氣片樣板選型。

        四、空氣源熱泵機組實際工程案例

        一)工程概況1.工程名稱:興城市新橋醫(yī)院。2.工程地址:遼寧省興城市。3.建筑功能:醫(yī)院,主要為病房、辦公室、食堂等。4.工程范圍:主樓共五層,輔樓共二層,建筑面積約 4000 m2,末端為暖氣片+風(fēng)機盤管,此項目為改造項目,非節(jié)能建筑。

        二)實際使用效果,冬季采暖,室內(nèi)溫度:冬季23℃±2℃。夏季制冷,室內(nèi)溫度:夏季26℃±2℃。末端形式:全空氣系統(tǒng)風(fēng)機盤管暖氣片地?zé)?/p>

        三)設(shè)備選型

        考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度,空氣源熱泵選用奧利凱品牌,可在環(huán)境溫度為-30℃時正常運行。確定符合使用實際情況的氣溫和進水水溫。針對本項目考慮采暖兼制冷,設(shè)計末端為暖氣片+風(fēng)盤,供/回水溫度分別為55/50℃(供暖)。

        根據(jù)采暖負(fù)荷計算及設(shè)計經(jīng)驗,空氣源熱泵主機型號為:50P,對應(yīng)機組臺數(shù)為:2臺:①實際空調(diào)使用約為建筑面積的70%,即空調(diào)面積約為2800平;②奧利凱50P低環(huán)境溫度空氣源熱泵最高出水溫度為55℃。

        五、空氣源熱泵機組能耗分析

        (一)供暖季節(jié)能耗分析1、平衡溫度點對空氣源熱泵機組的制熱季節(jié)性能系數(shù)的影響,對于選定的空氣源熱泵機組,當(dāng)建筑物的熱負(fù)荷較大時,平衡溫度點將增高,使整個供暖季的輔助加熱量增加,從而導(dǎo)致制熱季節(jié)性能系數(shù)降低,當(dāng)建筑物的熱負(fù)荷較小時,平衡溫度點將降低,導(dǎo)致整個供暖季的輔助加熱量的減小。同時,由于負(fù)荷的減小,機組有更多的時間處于部分負(fù)荷下運行。因此,制熱季節(jié)性能系數(shù)先是增大,然后會有所降低。且在相同平衡點溫度下,各地區(qū)使用熱泵機組具有不同的制熱季節(jié)性能系數(shù)值。2、運行方式對空氣源熱泵機組制熱季節(jié)性能系數(shù)的影響一班制時,熱泵機組都在白天運行,而白天時的室外氣溫要高于夜間,這使得在整個供暖季,一班制運行熱泵機組的制熱季節(jié)性能系數(shù)要高于三班制運行機組。作為一種節(jié)能技術(shù),要評價空氣源熱泵機組的節(jié)能效應(yīng),就必須用到一次能利用率E的概念,一次能利用率在這里指的是熱泵機組的制熱量與一次能耗的比值??諝庠礋岜脵C組的一次能利用率提高,一方面有待于進一步改進技術(shù),提高空氣源熱泵的制熱季節(jié)性能系數(shù);另一方面則取決于我國平均發(fā)電配電效率的提高。

        二)供冷季節(jié)能耗分析,空氣源熱泵的供冷季節(jié)能耗分析采用負(fù)荷頻率表法。負(fù)荷頻率表法是建立在空調(diào)負(fù)荷與室內(nèi)外溫差大致成比例這一假設(shè)基礎(chǔ)上的。該方法根據(jù)是室外空氣干球溫度出現(xiàn)的年頻率數(shù)(用于全年運行的空調(diào)系統(tǒng))或季節(jié)頻率數(shù)(用于季節(jié)性空調(diào)系統(tǒng))和空調(diào)系統(tǒng)的全年或季節(jié)運行工況計算出不同室外空氣狀態(tài)下的加熱量和冷卻量。在計算出冷(熱)負(fù)荷后,再根據(jù)冷(熱)源機組的變工況性能表查出相應(yīng)工況下的供冷(熱)季節(jié)小時頻率值相乘,然后累加,計算出冷(熱)源設(shè)備的耗能量。經(jīng)過分析,發(fā)現(xiàn)供冷季節(jié)性能系數(shù)與本地區(qū)的氣候條件是相一致的,因為供冷季節(jié)的氣候越炎熱,室外空氣溫度越高,空氣源泵的供冷季性能系數(shù)將越低。

        六、結(jié)論

        綜上所述,盡管許多人對當(dāng)?shù)囟緹岜霉┡目煽啃院秃侠硇猿忠欢ǖ膽岩蓱B(tài)度,但由于空氣源熱泵的上述某些優(yōu)點,空氣源熱泵冷熱水機組的發(fā)展也相當(dāng)?shù)目?。同時我們也不難看出在空調(diào)冷熱源的選擇方面,空氣源熱泵冷熱水機組作為中央空調(diào)的冷熱源有著很多優(yōu)勢,如設(shè)備利用率高,在氣候適宜地區(qū)可冬夏共用,省去了鍋爐房和冷卻水系統(tǒng),符合我國缺水國情。另外,機組可安裝在室外,節(jié)省了機房的建筑面積??諝庠礋岜弥皇菑目諝庵形崃炕蛳蚩諝庵嗅尫艧崃?,并不構(gòu)成對空氣的污染,對環(huán)境幾乎不造成什么影響。因此該機組在中小型建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn)

        [1]《民用建筑供暖通風(fēng)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50736-2012

        [2]陸耀慶《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》(第二版)中國建筑工業(yè)出版社

        [3]《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》2003年版

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