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空氣源熱泵就是利用室外空氣的能量,通過機械做功,使得能量從低位熱源向高位熱源轉移的制冷(制熱)裝置。它以冷凝器放出的熱量來供熱,以蒸發(fā)器吸收熱量來制冷。
就熱力循環(huán)的過程而言,制冷機和熱泵都是基于逆卡諾循環(huán)而實現其功能的,由于這種裝置在運行過程中,總是一側吸熱,另一側排熱,所以,一臺裝置伴生并兼具制冷和制熱兩種功能。
空氣源熱泵的技術措施:
1、具有可靠的融霜控制,融霜時間總和不應超過運行周期時間的20%。
2、冬季設計工況時機組性能系數(COP),冷熱風機組不小于1.8,冷熱水機組不應小于2.0。
3、寒冷地區(qū)采用空氣源熱泵機組應注意以下事項:
1)室外計算干球溫度低于-10℃的地區(qū),應采用低溫空氣源熱泵機組;
2)室外溫度低于空氣源熱泵平衡點溫度(即空氣源熱泵供熱量等于建筑物耗熱量)時,應設置輔助熱源。
4、機組進風口的氣流速度宜控制在1.5-2.0m/s,排氣口的排氣速度不宜小于7m/s。
5、熱泵機組的基礎高度一般應大于300mm,布置在可能有積雪的地方時,基礎高度需加高。
重點公式和基本數據:
一、基本耗熱量公式:Q=K×F×ΔT
其中:
Q—圍護結構基本耗熱量,W;
K—圍護結構傳熱系數,W/(㎡.℃);
F—圍護結構傳熱面積,㎡;
ΔT—室內外計算溫差,℃;
用于計算門、窗、墻、地面、屋面各部分圍護結構的基本耗熱量
常用圍護結構傳熱系數K(W/(㎡.℃))
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二、流量計算公式:GL=0.86X∑Q/(tg-th)
其中:
GL—流量,Kg/h;
∑Q—熱負荷,W;
tg—供水溫度,℃;
th—回水溫度,℃;
三、不同供暖末端形式的供水溫度及溫差
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空氣源熱泵出水溫度一般可達到45℃,溫差5℃,所以,最適合空氣源熱泵的供暖末端形式是地暖。
低溫熱水地面輻射供暖設計要點:
1、低溫熱水地面輻射供暖系統(tǒng)的供、回水溫度應由計算確定,供水溫度不應大于60℃。民用建筑供水溫度宜采用35~50℃,供回水溫差不宜大于10℃。
2、地表面平均溫度(℃)
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3、聚苯乙烯泡沫塑料板絕熱層厚度(mm)
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4、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷,應按現行國家標準JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規(guī)程》的有關規(guī)定進行計算。
5、計算全面地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負荷時,室內計算溫度的取值應比對流采暖系統(tǒng)的室內計算溫度低2℃,或取對流采暖系統(tǒng)計算總熱負荷的90%~99%。
6、局部地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷,可按整個房間全面輻射供暖所算得的熱負荷乘以該區(qū)域面積與所在房間面積的比值和下表中所規(guī)定附加系數確定。
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7、進深大于6m的房間,宜以距外墻6m為界分區(qū),分別計算熱負荷和進行管線布置。
8、敷設加熱管的建筑地面,不應計算地面的傳熱損失。
9、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷計算,可不考慮高度附加。
10、分戶熱計量的地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負荷計算,應考慮間歇供暖和戶間傳熱等因素。
查表法確定地暖管間距:
PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs(W/㎡)
管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃(水泥或陶瓷地面,熱阻R=0.02(㎡.k/w))
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PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs(W/㎡)
管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃(木地板地面,熱阻R=0.1(㎡.k/w))
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采暖方案設計估算指標:
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1、在方案設計階段,缺乏基礎數據的情況下,采暖負荷可以按照熱指標進行估算,有條件時,應進行逐個房間、逐項的負荷計算。
2、熱指標用于單個房間,誤差可能很大。
3、該表格按連續(xù)供暖考慮,間歇供暖熱指標=連續(xù)熱指標×24/每日供暖小時數。
空氣源熱泵機組的容量修正:
1、空氣源熱泵機組的容量,應根據空調系統(tǒng)的冷、熱負荷綜合考慮后決定,一般取決于冷、熱負荷中的較大者。暖通南社整理。
2、機組的制熱量,除了與環(huán)境溫度有密切關系外,還與除霜情況有關。確定機組冬季實際制熱量Q(KW)時,應根據室外空調計算溫度和融霜頻率按下式進行修正:
Q=q×K1×K2
其中:
Q—機組實際工況下的制熱量(kW);
q—產品標準工況下的制熱量(標準工況:室外干球溫度7℃,濕球溫度6℃)(kW);
K1—使用地區(qū)室外空調計算干球溫度修正系數,按產品樣本選取;
K2—機組融霜修正系數,應根據廠家提供的數據修正;當無數據時,可按每小時融霜一次取0.9,兩次取0.8。
匹數與國際單位的換算:
空調匹數(HorsePower-HP 馬力)原指輸入功率,即1匹(馬力)=735W(瓦),包括壓縮機、風扇、電機以及電控部分。因不同品牌其具體的系統(tǒng)及電控設計的差異,其輸出制冷量也各不相同,故其制冷量以輸出功率計算。一般來講,1匹的制冷量大致為2000大卡,以國際單位換算應乘以1.163,故1匹制冷量大約為2000×1.163=2326W。這里的W(瓦)即表示制冷量,是國家標準單位。
選擇空氣源熱泵需要的是實際溫度下的供熱或制冷能力,根據供熱量或制冷量來選擇機組,“匹”是一種功率單位,用起來是不科學的,現在制冷量和制熱量應該以W或者KW作為計量單位。
但現在很多人都還在用匹作為單位,這里就介紹一下其換算關系。
匹數=Q/(能效比×735)
如,計算得到所需制熱量為20KW,能效系數假設為3(與室外溫度有關),則20000/(3×735)=9匹
戶式空氣源熱泵緩沖水箱
為避免壓縮機頻繁啟動、增加系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性,應校核系統(tǒng)水容量是否能滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的要求。即當系統(tǒng)中(水)所存儲的能量不足以維持短暫停機(比如化霜)時水溫波動要求(夏季不大于5℃,冬季不大于3℃),應設置緩沖水箱。
1、系統(tǒng)水容量計算
M1=Mg+Ms
Mg—管道水容積,kg;
Ms—設備水容積之和,kg;
2、系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求
1)夏季運行時,主機停機10min,供水溫度允許升高不大于5℃;
2)冬季運行時,主機除霜時間為3min時,供水溫度允許降低不大于3℃;
3、系統(tǒng)要求的最小水容積
M2=(Q×t0)/(c×Δt)
Q—末端設備的供冷或供熱量,kw;
C—水的定壓比熱容,4.2kj/(kg.K);
Δt—水溫的波動要求值(夏季5℃,冬季3℃)
冬、夏季水容積計算結果中,數值較大者為空調系統(tǒng)對水容積的要求值,如M1<M2,應放大管徑重新計算直至滿足要求,或設置緩沖水箱。
設置緩沖水箱的優(yōu)點:
一、如果不設置緩沖水箱,將導致主機頻繁啟停。特別是當末端系統(tǒng)為暖氣片或風機盤管時,環(huán)路中的循環(huán)水量有限,就會引起主機在很短的時間內達到設計溫度,主機就會停止工作,然后又會在很短暫的時間內,水溫達到主機啟動的條件,這樣頻繁啟停會大大減少主機的使用壽命和浪費電能。加上緩沖水箱就相當于系統(tǒng)能量增加了,系統(tǒng)的溫度變化平穩(wěn)了,主機啟動次數也自然減少了,使用壽命也就大大延長了。
二、設置緩沖水箱可以高效除霜,除霜時間縮短。機組在除霜反向制冷時需要消耗管道內的熱量,如果水系統(tǒng)的水量少,除霜時間就會加長,而且會造成管道內水溫較低,除霜效果不好。如果加裝了緩沖水箱,那么在除霜的過程中,因為水箱內有一定的溫度,可以在短時間內完成化霜,并且消耗熱量也比較小,避免了因為主機除霜而造成的室內溫度波動變化。
三、緩沖水箱的第三個好處是能夠保證系統(tǒng)的水流暢通,能夠完成自動排氣,避免機組循環(huán)不暢報故障停機。
四、設置緩沖水箱可以讓系統(tǒng)排污更徹底,防止系統(tǒng)阻塞。系統(tǒng)中的雜質會通過循環(huán)慢慢沉積到緩沖水箱的底部,經過過濾器的時候,水泵的水質會變好,從而減少過濾器的清洗。
低溫空氣源熱泵和風冷熱泵的區(qū)別:
區(qū)別一、產品依據的標準不同
低溫熱泵的暫行標準為:《GB/T25127.1-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組第1部分:工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的熱泵(冷水)機組》、《GB/T25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵(冷水)機組第2部分:戶用及類似用途的熱泵(冷水)機組》。商用與家用的區(qū)別是能量大小,大約50KW為商用。
風冷熱泵的標準為:《GB/T18430.1-2007蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組第1部分:工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機組》、《GB/T18430.2-2008蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組第2部分:戶用和類似用途的冷水(熱泵)機組》。同樣是以制冷量大小區(qū)分,制冷量小于50KW為家用,大于50KW為商用。
區(qū)別二、產品設計條件不同
兩者的設計條件不同,即設計工況不同,我們以名義工況為例來說明。名義工況是產品銘牌上標示的額度制熱量(制冷量)測定時的工況,一般就是機組最普遍、最常用的工作狀態(tài)。
低溫熱泵的制熱名義工況,空氣側溫度為“-12℃”;風冷熱泵的制熱名義工況,空氣側溫度為“7℃”。低溫熱泵制熱時主要設計工況都是在0℃以下,而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。
區(qū)別三、產品的應用場景與運行方式不同
低溫熱泵應用于低環(huán)境溫度的場景,風冷熱泵應用于常溫的場景。
低溫熱泵主要功能就是采暖,并且絕大部分也是這么應用的;風冷熱泵側重于制冷,兼顧制熱。
低溫熱泵的末端主要是地暖、暖氣片、還有風機盤管等;風冷熱泵的末端基本上都是風機盤管,沒有地暖、暖氣片。
地暖、散熱器的運行特征是小流速大溫差,風機盤管的運行特征是小溫差大流量。所以低溫熱泵與風冷熱泵的設計理念不同,風冷熱泵是以末端為風機盤管為前提,兩器配的太小,水泵配的太大,沒有考慮地暖的運行特征,所以傳統(tǒng)的風冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢不明顯。
區(qū)別四、所用的核心零部件不同
低溫熱泵所用的壓縮機為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機,風冷熱泵采用的是普通壓縮機。低溫熱泵除了傳統(tǒng)的空調四大件(壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器)外,一般還會增加中間經濟器或閃蒸器來給“噴氣增焓”壓縮機提供低溫低壓的冷媒“噴氣”。
一般的熱泵機組在環(huán)境溫度很低時,蒸發(fā)溫度很低,導致蒸發(fā)壓力很低,所以壓縮機壓力低、冷媒循環(huán)量小,制熱量也就很小。
低溫熱泵增加了經濟器或閃蒸器,將一部分冷媒蒸汽導入壓縮機,提高吸氣壓力,增大冷媒循環(huán)量,制熱量也就增大了;同時,經過經濟器或閃蒸器的主冷媒受到了過冷,增大了換熱焓差,也使得制熱量增大了。故稱作“噴氣增焓”。