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空气源热泵原理及供暖

2018-10-03 11:06:57 http://www.chinarebeng.com/ 责任编辑: 浏览数:1262 手机访问 中国热泵网

人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备,比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而"热泵"是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能,经过电能做功,提供可被人们所用的高位热能的装置。

人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备,比如水泵主要是将水从低位抽到高位。而"热泵"是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能,经过电能做功,提供可被人们所用的高位热能的装置。

热泵的工作原理其实是与制冷系统的工作原理是一致的。因为两者的主要部件及组成是一样的:压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。

热泵有四大优点,第一是节能,有利于能源的综合利用;第二点是有利于环境保护;第三点是冷热结合,设备应用率高,节省初投资;第四因为它是电驱动,所以它调控比较方便,因此热泵备受大家的关心。

从环境角度来讲,可以减少温室气体的排放,减少对环境的有害的因素,从另外一个方面来说,就是解决电力高空负荷的一项技术。

热泵属于太阳能吗?

从工作原理上讲,不属于传统太阳能。热泵与常规太阳能区别较大,常规太阳能利用水为介质,必须依靠太阳光的直射或辐射才能达到供热效果,而热泵,利用制冷剂吸收空气中的热能和太阳辐射能,并通过压缩机压缩制热后与水交换热量来达到供热效果,因此热泵与空调原理相同。

空气源<a href='http://www.chinarebeng.com' target='_blank'><b>热泵原理</b></a>及供暖

热泵的工作原理是什么?

热泵用制冷剂作为媒介,制冷剂汽化温度低,在-40℃即可汽化,故此,它与外界温度存在着温差,冷媒吸收了外界的温度后汽化,通过压缩机压缩制热,变成高温高压气体,再经热交换器与水交换热量后,经膨胀阀释放压力,回到低温低压的液化状态,通过制冷剂的不断循环并与水交换热量,将水罐中的水加热。

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热泵需要用电吗?

一定要用电,主要用电在压缩机来压缩制冷剂,与风机吸收空气中的热量,不是直接加热产生热量,所以会相对用电少很多,是节能高效的产品。

热泵有哪些特点?

1、不受环境影响,一年四季可用

2、节能效果突出,投资回收期短

3、环保型产品,无任何污染

4、使用寿命长,运行费用低

5、运行安全,无人操作

6、模块化设计,安装方便

热泵与常规太阳能相比的优点有哪些?

1、适用范围广,产品适用温度范围在-10-40℃,并且一年四季全天候使用,不受阴、雨、雪等恶劣天气和冬季夜晚的影响,都可正常使用。

2、可连续加热,与传统太阳能储水式相比,热泵可连续加热,持续不断供热水,满足用户需求。

3、运行成本低:与常规太阳能相比,在春、夏、秋季阳光较好时,运行费用高于太阳能,但在阴雨天和夜晚,热效率远远高于太阳能的电辅助加热。全年平均下来,常规太阳能辅助系统全年耗能比热泵全年总耗能还要高出很多

4、安装方便:空气源热泵占地空间很小,外形与空调室外机相似,可直接接保温水箱或与供暖管网连接,适合于大中城市的高层建筑,对于大型中央供热问题,热泵是最好的选择。

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热泵与锅炉相比优点是什么?

1、热效率高:热泵热效率全年平均在300%以上,而锅炉的热效率不会超过100%。

2、运行费用低:与燃油,燃气锅炉比,全年平均可节70%的能源,加上电价的走低和燃料价格的上涨,运行费用低的优点日益突出。

3、环保:热泵无任何燃烧排放物,制冷剂选用了环保制冷剂R417A,对臭氧层零污染,是较好的环保型产品。

4、运行安全,无需值守:与燃料锅炉相比,运行绝对安全,而且全自动控制,无需人员值守,可节省人员成本。

5、模块式安装,便于增添设备:热泵采用多台机组并联的安装模式,当用户用水量增大时,可随时增添设备。

空气源热泵技术特点分析

空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,经系统高效集热整合后成为高温热源,用来取(供)暖或供应热水,整个系统集热效率甚高。

空气源热泵原理及供暖

一、工程概况

1.1工程简介

本项目为一套五层别墅建筑,6房2厅5卫,建筑面积为362.1㎡,空调面积约为154㎡,位于江西省赣州市大余县南安镇。

该工程自2014年8月开始讨论中央空调及采暖方案,2014年12月份开始设计及工程安装,2015年7月份空调系统竣工调试运行结束。

1.2空调方案选取

在方案确定之初,业主方提出了以下要求:冬夏季兼顾使用;冬季采暖舒适度高,意向采用地暖方式;操作方便可靠,运行费用低。

根据甲方要求并结合本项目的建筑条件,水地源热泵的系统完全不可行,将可用的家用中央空调的各种形式进行了分析比较。目前市场上常用的家用中央空调系统主要有以下三种形式:

A、制冷剂式系统:制冷剂户式中央空调系统是直接蒸发式空调,此系统可以实现分室控制、满足运行费用低的要求。但由于系统冷媒是氟利昂,冬季效率低、舒适性差,且如果安装地暖,则需要另外配置一台供暖热源设备。

B、风管式系统:风管式户式中央空调是由室内机、室外机和风管组成,可以做到冬夏兼顾,但由于该系统属于一开全开的系统、运行费用较高。

C、水管式系统:水管式户式中央空调系统是由空调主机、风机盘管、水管和附件组成,系统冷媒是水,这种系统可以和冬季地板采暖系统完美配合,一机多用,初投资不高、运行费用低。

通过以上分析比较,可知“一源、两末端”式系统也即水管式户式中央空调+地暖的方案是本别墅工程的最佳选择。

二、设计规范规定

《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012);《实用供热空调设计手册》;《简明空调设计手册》;《通风与空调工程施工规范》GB50738-2011;《通风与空调工程施工质量验收规范》GB50243-2011;《辐射供暖供冷技术规程》JGJ 142-2012;《热泵热水系统设计、安装及使用规范》CRAA311-2009;《全国民用建筑工程设计技术措施/暖通空调?动力》2009版

三、气象参数

3.1室内主要空调设计参数

表1:空调设计室内计算参数

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3.2项目所在地室外气象条件参数

通过查暖通设计规范知,江西赣州市所属建筑热工气候分区为夏热冬冷地区,其室外设计计算参数如下表:

表2:室外计算气象参数

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四、负荷计算及末端选型

4.1空调负荷计算

空调区域的夏季冷负荷由以下各部分组成:人体冷/湿负荷、灯光/设备冷负荷、新风冷/湿负荷、渗透冷/湿负荷、外墙和屋面冷负荷、外窗和天窗冷负荷、内围护结构冷负荷等。影响建筑物室内温度变化的主要因素是室外温度,考虑到了其随着时间的变化负荷也随之变化的这一现象,空调负荷计算时是对每个时间的负荷分别进行计算汇总,并比较逐时冷负荷的最大值作为空调计算负荷。

本工程中缺少建筑外围护结构的热工性能资料,故根据工程经验采用估算指标值进行了负荷计算。需要指出的是,户式中央空调系统的风机盘管选型与商用中央空调选择略有不同。商用中央空调的使用率比较高、末端设备同时开启率比较高。而户式项目不同,由于家庭成员个体感官的差异比较大,另外节能意识会更高,空调系统一般会处于间歇运行状态,所以在一定时间内这样会加大单个房间的负荷。因此在风机盘管选型上,较常规大型中央空调负荷应大30%~40%。

4.2风机盘管选型

本项目风机盘管选型结果如下表:

表3:各房间的风机盘管机组选用表

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本别墅项目中风机盘管设备选用国际知名品牌、3排管、带回风箱的机组,噪声低、换热效率高。

风机盘管机组一般与书柜、衣柜及吊柜配合装修安装,气流组织方案采用“侧送上回”的方式,其具体安装图详见施工图。

4.3地暖末端选型设计

应该别墅的业主方要求冬季采暖要求舒适性和节能性,因此末端设计采用低温热水地板辐射采暖系统。

本别墅的空间较大,落地窗较多且房间功能不同地面材质也有区别,因此地暖盘管间距设计很重要。因此为保证的地暖房间室内温度分布的均匀性,设计采用“回”字形管路铺设方法,且在冷墙和落地飘窗处的地暖盘管局部加密采用间距为15cm,其他位置为20cm。每层设置单独的分集水器,每一回路的地暖盘管长度均保持在100米以内,并进行了详细的水力平衡计算。

根据房屋的使用性质和甲方的要求、结合工程实践经验,设计成为区域控制和分层分室控温相结合的温控方式。卧室等主要房间设计为分室控温,客厅、餐厅等区域采用了区域控制。具体的设计和施工工艺详见图纸。

4.4水系统设计

本工程地处大余高档别墅小区,业主方单位要求所选工程材料必须是绿色环保材料;根据目前有关规范再加上冬季需要制热,空调供回水管设计采用无规共聚聚丙烯(PP-R)热水管、冷凝水管采用PVC硬质塑料管,保温材料采用B1级橡塑保温管壳、外包白色塑料空调用胶带。

空调水系统采用异程两管制水系统,系统补水口在水泵吸水口处或蓄能水箱上,采用自来水补水,在补水管上设有过滤器和自动补水阀(具有压差控制和止回功能)。

由于户式中央空调管路系统的水容量较小,系统热稳定性差、水温波动大,会造成主机得起停过于频繁,影响空调效果及主机压缩机寿命。根据热平衡原理,此时应加大系统水容量,手段有两种一是采用增加蓄水水箱、二是增大系统管径。本项目中我司设计采用增设蓄水水箱的方案,这样既可以增加系统水容量,也可以做成二次水系统,运行更加可靠节能。

风机盘管末端、地板采暖末端的水流量控制选用的是变流量的方式,主管道之间增加安装压差旁通阀来满足二次水系统管路中的最小水流量需求。

4.5冷热源选型

本工程经过前述设计计算,可知空调冷负荷/地暖热负荷分别为27.5kW/19.3kW。

别墅建筑的居住空间较多,家庭成员入住又不集中,造成同时使用率会时高时低,所以主机选型很重要。主机选型过小,会造成前期投资偏高,性价比下降;主机选型过小又会使机组长期处于运转状态,影响主机寿命。

本项目甲方家庭成员较多,且无380V三相电源条件,综合分析后冷热源机组选用空气源两联供机组,设备的主要技术参数见下表:

表4:二联供空调机组技术参数表

空气源热泵原理及供暖

本项目中按空调夏季冷负荷初选机组。

取本工程空调系统间歇负荷增加系数为1.1、同时使用系数为80%,可计算得知空调机组匹配容量应为:27.5*1.15*0.8=24.2kW,则主机台数n(=24.2/12.6)≈2台。

众所周知,随着室内温度的降低,建筑物的热负荷也逐渐增大。但同时空气源热泵受气候条件影响特别大,尤其是在机组结霜工况下运行时机组效率会下降很多。因此,必须空气源二联供机组的实际供热量进行校核分析,合理确定热泵主机以及辅助热源的容量。

冬季主机制热量校核计算:查该二联供产品样册及实验室测定数据,可知在赣州市环境温度为室外空调计算干球温度0.5℃时、机组出水温度为45℃、供回水温差为5℃运行时,机组的实际制热量约为额定工况条件下的80~85%,即在项目所在地运行在最不利环境条件下2台机组的制热量能保证≮24KW(=15.0*0.80*2=24kW),且大于地暖末端系统满负荷运行时所需的19.3kW的热负荷。因此不需另外设计辅助热源。

综上所述,所选的2台机组可以同时满足夏季空调系统和冬季地暖末端的需求。

五、系统设计

5.1定压装置

空调水系统为闭式系统、且运行过程中伴随着温度变化,需要定压,家装项目系统较小、且安装空间不允许高位设置开式膨胀水箱,因此采用隔膜式的气压罐定压方式。

5.2排气装置

管路系统的最高点或局部高点都设计并安装有自动排气阀;每台风机盘管设备自带手动排气阀;蓄能水箱顶部亦设有排气装置。

5.3控制系统

5.3.1主机控制空调机组的启停控制采用了两种方式:一种是机组面板就地控制;另一种是采用室内温控开关联动控制。空调机组可根据回水温度(一般制冷时为12℃、制热时为40℃)控制机组压缩机的启停,目前市场上的户式冷热水机组主要是采用压缩机启停控制来达到节能的目的。另外,空调机组自带低水温保护、缺水保护、高低压保护等功能。

5.3.2末端控制末端机组的控制器可以根据室温自动控制风机盘管的运行,还可以做到定时开关功能。

5.3.3末端与主机的系统连锁功能主机与末端可以实现连锁控制,当任一个温控开关(风机盘管机组)开启时,空调机组自动开启;当所有温控开关(风机盘管)都关闭,主机自动关闭。在每个季度只需对空调机组的启动按钮操作一次,以后无需用户对主机直接操作。这种连锁系统使用户的使用更加节能、方便。

5.3.4缺水控制主管路设有自力式压差控制系统,当系统缺水运行时保证主机侧有足够的水流量。当空调主机缺水运行时,会开启水流故障报警,关闭压缩机及水泵的运行。

六、运行效果

本空调系统自2015年夏天运行至目前的采暖季(截止于2016年2月)运行情况良好,均达到了室内设计温度、室内噪声值较小,用户满意度很高。

客厅在第一个采暖季运行初期效果不是很理想,后来通过排气、支路的流量平衡调节等手段调试后,其所在楼层地暖分集水器覆盖的各个房间温度分布均匀、且室内温度都达到了设计要求。

空气源两联供机组作为系统冷热源设备,一机多用,夏季作为空调冷源、冬季为地暖系统的热源,在该区域夏季冷负荷与冬季热负荷之比约为1.5,根据夏季冷负荷选择的机组,冬夏利用率均比较高,相对更加经济。系统的设计务必根据设备的使用寿命、初投资、设备利用率、对环境的保护等各方面结合实际情况做出最合理、经济的工程配比。

经过大量理论和工程实践可知,空气源热泵机组与低温热水地板辐射采暖末端系统是一种很好的组合方式。

七、系统图

空气源热泵原理及供暖

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