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空氣源熱泵原理及供暖

2018-10-03 11:06:57 http://www.hblfgs.com/ 責任編輯: 瀏覽數:2999 手機訪問 中國熱泵網

人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機械設備,比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而"熱泵"是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能,經過電能做功,提供可被人們所用的高位熱能的裝置。

人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機械設備,比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而"熱泵"是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能,經過電能做功,提供可被人們所用的高位熱能的裝置。

熱泵的工作原理其實是與制冷系統的工作原理是一致的。因為兩者的主要部件及組成是一樣的:壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器。

熱泵有四大優點,第一是節能,有利于能源的綜合利用;第二點是有利于環境保護;第三點是冷熱結合,設備應用率高,節省初投資;第四因為它是電驅動,所以它調控比較方便,因此熱泵備受大家的關心。

從環境角度來講,可以減少溫室氣體的排放,減少對環境的有害的因素,從另外一個方面來說,就是解決電力高空負荷的一項技術。

熱泵屬于太陽能嗎?

從工作原理上講,不屬于傳統太陽能。熱泵與常規太陽能區別較大,常規太陽能利用水為介質,必須依靠太陽光的直射或輻射才能達到供熱效果,而熱泵,利用制冷劑吸收空氣中的熱能和太陽輻射能,并通過壓縮機壓縮制熱后與水交換熱量來達到供熱效果,因此熱泵與空調原理相同。

空氣源<a href='http://www.hblfgs.com' target='_blank'><b>熱泵原理</b></a>及供暖

熱泵的工作原理是什么?

熱泵用制冷劑作為媒介,制冷劑汽化溫度低,在-40℃即可汽化,故此,它與外界溫度存在著溫差,冷媒吸收了外界的溫度后汽化,通過壓縮機壓縮制熱,變成高溫高壓氣體,再經熱交換器與水交換熱量后,經膨脹閥釋放壓力,回到低溫低壓的液化狀態,通過制冷劑的不斷循環并與水交換熱量,將水罐中的水加熱。

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熱泵需要用電嗎?

一定要用電,主要用電在壓縮機來壓縮制冷劑,與風機吸收空氣中的熱量,不是直接加熱產生熱量,所以會相對用電少很多,是節能高效的產品。

熱泵有哪些特點?

1、不受環境影響,一年四季可用

2、節能效果突出,投資回收期短

3、環保型產品,無任何污染

4、使用壽命長,運行費用低

5、運行安全,無人操作

6、模塊化設計,安裝方便

熱泵與常規太陽能相比的優點有哪些?

1、適用范圍廣,產品適用溫度范圍在-10-40℃,并且一年四季全天候使用,不受陰、雨、雪等惡劣天氣和冬季夜晚的影響,都可正常使用。

2、可連續加熱,與傳統太陽能儲水式相比,熱泵可連續加熱,持續不斷供熱水,滿足用戶需求。

3、運行成本低:與常規太陽能相比,在春、夏、秋季陽光較好時,運行費用高于太陽能,但在陰雨天和夜晚,熱效率遠遠高于太陽能的電輔助加熱。全年平均下來,常規太陽能輔助系統全年耗能比熱泵全年總耗能還要高出很多

4、安裝方便:空氣源熱泵占地空間很小,外形與空調室外機相似,可直接接保溫水箱或與供暖管網連接,適合于大中城市的高層建筑,對于大型中央供熱問題,熱泵是最好的選擇。

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熱泵與鍋爐相比優點是什么?

1、熱效率高:熱泵熱效率全年平均在300%以上,而鍋爐的熱效率不會超過100%。

2、運行費用低:與燃油,燃氣鍋爐比,全年平均可節70%的能源,加上電價的走低和燃料價格的上漲,運行費用低的優點日益突出。

3、環保:熱泵無任何燃燒排放物,制冷劑選用了環保制冷劑R417A,對臭氧層零污染,是較好的環保型產品。

4、運行安全,無需值守:與燃料鍋爐相比,運行絕對安全,而且全自動控制,無需人員值守,可節省人員成本。

5、模塊式安裝,便于增添設備:熱泵采用多臺機組并聯的安裝模式,當用戶用水量增大時,可隨時增添設備。

空氣源熱泵技術特點分析

空氣源熱泵技術是基于逆卡諾循環原理建立起來的一種節能、環保制熱技術??諝庠礋岜孟到y通過自然能(空氣蓄熱)獲取低溫熱源,經系統高效集熱整合后成為高溫熱源,用來?。ü┡蚬獰崴?,整個系統集熱效率甚高。

空氣源熱泵原理及供暖

一、工程概況

1.1工程簡介

本項目為一套五層別墅建筑,6房2廳5衛,建筑面積為362.1㎡,空調面積約為154㎡,位于江西省贛州市大余縣南安鎮。

該工程自2014年8月開始討論中央空調及采暖方案,2014年12月份開始設計及工程安裝,2015年7月份空調系統竣工調試運行結束。

1.2空調方案選取

在方案確定之初,業主方提出了以下要求:冬夏季兼顧使用;冬季采暖舒適度高,意向采用地暖方式;操作方便可靠,運行費用低。

根據甲方要求并結合本項目的建筑條件,水地源熱泵的系統完全不可行,將可用的家用中央空調的各種形式進行了分析比較。目前市場上常用的家用中央空調系統主要有以下三種形式:

A、制冷劑式系統:制冷劑戶式中央空調系統是直接蒸發式空調,此系統可以實現分室控制、滿足運行費用低的要求。但由于系統冷媒是氟利昂,冬季效率低、舒適性差,且如果安裝地暖,則需要另外配置一臺供暖熱源設備。

B、風管式系統:風管式戶式中央空調是由室內機、室外機和風管組成,可以做到冬夏兼顧,但由于該系統屬于一開全開的系統、運行費用較高。

C、水管式系統:水管式戶式中央空調系統是由空調主機、風機盤管、水管和附件組成,系統冷媒是水,這種系統可以和冬季地板采暖系統完美配合,一機多用,初投資不高、運行費用低。

通過以上分析比較,可知“一源、兩末端”式系統也即水管式戶式中央空調+地暖的方案是本別墅工程的最佳選擇。

二、設計規范規定

《采暖通風與空氣調節設計規范》(GB50019-2012);《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》(GB50736-2012);《實用供熱空調設計手冊》;《簡明空調設計手冊》;《通風與空調工程施工規范》GB50738-2011;《通風與空調工程施工質量驗收規范》GB50243-2011;《輻射供暖供冷技術規程》JGJ 142-2012;《熱泵熱水系統設計、安裝及使用規范》CRAA311-2009;《全國民用建筑工程設計技術措施/暖通空調?動力》2009版

三、氣象參數

3.1室內主要空調設計參數

表1:空調設計室內計算參數

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3.2項目所在地室外氣象條件參數

通過查暖通設計規范知,江西贛州市所屬建筑熱工氣候分區為夏熱冬冷地區,其室外設計計算參數如下表:

表2:室外計算氣象參數

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四、負荷計算及末端選型

4.1空調負荷計算

空調區域的夏季冷負荷由以下各部分組成:人體冷/濕負荷、燈光/設備冷負荷、新風冷/濕負荷、滲透冷/濕負荷、外墻和屋面冷負荷、外窗和天窗冷負荷、內圍護結構冷負荷等。影響建筑物室內溫度變化的主要因素是室外溫度,考慮到了其隨著時間的變化負荷也隨之變化的這一現象,空調負荷計算時是對每個時間的負荷分別進行計算匯總,并比較逐時冷負荷的最大值作為空調計算負荷。

本工程中缺少建筑外圍護結構的熱工性能資料,故根據工程經驗采用估算指標值進行了負荷計算。需要指出的是,戶式中央空調系統的風機盤管選型與商用中央空調選擇略有不同。商用中央空調的使用率比較高、末端設備同時開啟率比較高。而戶式項目不同,由于家庭成員個體感官的差異比較大,另外節能意識會更高,空調系統一般會處于間歇運行狀態,所以在一定時間內這樣會加大單個房間的負荷。因此在風機盤管選型上,較常規大型中央空調負荷應大30%~40%。

4.2風機盤管選型

本項目風機盤管選型結果如下表:

表3:各房間的風機盤管機組選用表

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本別墅項目中風機盤管設備選用國際知名品牌、3排管、帶回風箱的機組,噪聲低、換熱效率高。

風機盤管機組一般與書柜、衣柜及吊柜配合裝修安裝,氣流組織方案采用“側送上回”的方式,其具體安裝圖詳見施工圖。

4.3地暖末端選型設計

應該別墅的業主方要求冬季采暖要求舒適性和節能性,因此末端設計采用低溫熱水地板輻射采暖系統。

本別墅的空間較大,落地窗較多且房間功能不同地面材質也有區別,因此地暖盤管間距設計很重要。因此為保證的地暖房間室內溫度分布的均勻性,設計采用“回”字形管路鋪設方法,且在冷墻和落地飄窗處的地暖盤管局部加密采用間距為15cm,其他位置為20cm。每層設置單獨的分集水器,每一回路的地暖盤管長度均保持在100米以內,并進行了詳細的水力平衡計算。

根據房屋的使用性質和甲方的要求、結合工程實踐經驗,設計成為區域控制和分層分室控溫相結合的溫控方式。臥室等主要房間設計為分室控溫,客廳、餐廳等區域采用了區域控制。具體的設計和施工工藝詳見圖紙。

4.4水系統設計

本工程地處大余高檔別墅小區,業主方單位要求所選工程材料必須是綠色環保材料;根據目前有關規范再加上冬季需要制熱,空調供回水管設計采用無規共聚聚丙烯(PP-R)熱水管、冷凝水管采用PVC硬質塑料管,保溫材料采用B1級橡塑保溫管殼、外包白色塑料空調用膠帶。

空調水系統采用異程兩管制水系統,系統補水口在水泵吸水口處或蓄能水箱上,采用自來水補水,在補水管上設有過濾器和自動補水閥(具有壓差控制和止回功能)。

由于戶式中央空調管路系統的水容量較小,系統熱穩定性差、水溫波動大,會造成主機得起停過于頻繁,影響空調效果及主機壓縮機壽命。根據熱平衡原理,此時應加大系統水容量,手段有兩種一是采用增加蓄水水箱、二是增大系統管徑。本項目中我司設計采用增設蓄水水箱的方案,這樣既可以增加系統水容量,也可以做成二次水系統,運行更加可靠節能。

風機盤管末端、地板采暖末端的水流量控制選用的是變流量的方式,主管道之間增加安裝壓差旁通閥來滿足二次水系統管路中的最小水流量需求。

4.5冷熱源選型

本工程經過前述設計計算,可知空調冷負荷/地暖熱負荷分別為27.5kW/19.3kW。

別墅建筑的居住空間較多,家庭成員入住又不集中,造成同時使用率會時高時低,所以主機選型很重要。主機選型過小,會造成前期投資偏高,性價比下降;主機選型過小又會使機組長期處于運轉狀態,影響主機壽命。

本項目甲方家庭成員較多,且無380V三相電源條件,綜合分析后冷熱源機組選用空氣源兩聯供機組,設備的主要技術參數見下表:

表4:二聯供空調機組技術參數表

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本項目中按空調夏季冷負荷初選機組。

取本工程空調系統間歇負荷增加系數為1.1、同時使用系數為80%,可計算得知空調機組匹配容量應為:27.5*1.15*0.8=24.2kW,則主機臺數n(=24.2/12.6)≈2臺。

眾所周知,隨著室內溫度的降低,建筑物的熱負荷也逐漸增大。但同時空氣源熱泵受氣候條件影響特別大,尤其是在機組結霜工況下運行時機組效率會下降很多。因此,必須空氣源二聯供機組的實際供熱量進行校核分析,合理確定熱泵主機以及輔助熱源的容量。

冬季主機制熱量校核計算:查該二聯供產品樣冊及實驗室測定數據,可知在贛州市環境溫度為室外空調計算干球溫度0.5℃時、機組出水溫度為45℃、供回水溫差為5℃運行時,機組的實際制熱量約為額定工況條件下的80~85%,即在項目所在地運行在最不利環境條件下2臺機組的制熱量能保證≮24KW(=15.0*0.80*2=24kW),且大于地暖末端系統滿負荷運行時所需的19.3kW的熱負荷。因此不需另外設計輔助熱源。

綜上所述,所選的2臺機組可以同時滿足夏季空調系統和冬季地暖末端的需求。

五、系統設計

5.1定壓裝置

空調水系統為閉式系統、且運行過程中伴隨著溫度變化,需要定壓,家裝項目系統較小、且安裝空間不允許高位設置開式膨脹水箱,因此采用隔膜式的氣壓罐定壓方式。

5.2排氣裝置

管路系統的最高點或局部高點都設計并安裝有自動排氣閥;每臺風機盤管設備自帶手動排氣閥;蓄能水箱頂部亦設有排氣裝置。

5.3控制系統

5.3.1主機控制空調機組的啟??刂撇捎昧藘煞N方式:一種是機組面板就地控制;另一種是采用室內溫控開關聯動控制??照{機組可根據回水溫度(一般制冷時為12℃、制熱時為40℃)控制機組壓縮機的啟停,目前市場上的戶式冷熱水機組主要是采用壓縮機啟??刂苼磉_到節能的目的。另外,空調機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。

5.3.2末端控制末端機組的控制器可以根據室溫自動控制風機盤管的運行,還可以做到定時開關功能。

5.3.3末端與主機的系統連鎖功能主機與末端可以實現連鎖控制,當任一個溫控開關(風機盤管機組)開啟時,空調機組自動開啟;當所有溫控開關(風機盤管)都關閉,主機自動關閉。在每個季度只需對空調機組的啟動按鈕操作一次,以后無需用戶對主機直接操作。這種連鎖系統使用戶的使用更加節能、方便。

5.3.4缺水控制主管路設有自力式壓差控制系統,當系統缺水運行時保證主機側有足夠的水流量。當空調主機缺水運行時,會開啟水流故障報警,關閉壓縮機及水泵的運行。

六、運行效果

本空調系統自2015年夏天運行至目前的采暖季(截止于2016年2月)運行情況良好,均達到了室內設計溫度、室內噪聲值較小,用戶滿意度很高。

客廳在第一個采暖季運行初期效果不是很理想,后來通過排氣、支路的流量平衡調節等手段調試后,其所在樓層地暖分集水器覆蓋的各個房間溫度分布均勻、且室內溫度都達到了設計要求。

空氣源兩聯供機組作為系統冷熱源設備,一機多用,夏季作為空調冷源、冬季為地暖系統的熱源,在該區域夏季冷負荷與冬季熱負荷之比約為1.5,根據夏季冷負荷選擇的機組,冬夏利用率均比較高,相對更加經濟。系統的設計務必根據設備的使用壽命、初投資、設備利用率、對環境的保護等各方面結合實際情況做出最合理、經濟的工程配比。

經過大量理論和工程實踐可知,空氣源熱泵機組與低溫熱水地板輻射采暖末端系統是一種很好的組合方式。

七、系統圖

空氣源熱泵原理及供暖

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閱讀上文 >> 空氣源熱泵供暖技術基礎知識-空氣源熱泵系統方案選擇
閱讀下文 >> 空氣源熱泵供暖技術基礎知識-室內負荷的計算!

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