空气源热泵二联供水系统应用知识

水路系统重要部件：

水路系统主要构成：安全阀、膨胀罐、流量传感器、压力开关、三通阀、水泵等阀门、传感器组成。

安全阀： 安全阀运用于供暖、空调、储热式热水系统，控制热源及系统压力。当压力达到安全阀设定值时，安全阀自动开启将系统压力释放到大气中，压力低于安全之后，它自动关闭。

选型与安装：

在符合国家/地区法规的基础上对安全阀做出正确的选型；

安全阀可水平或者垂直安装，但不能倒置安装；

安全阀阀体上标注了水流方向，安装时需严格遵守；

安全阀尽量避免安装在水泵出口处。

泄水连接：

安全阀泄水口必须连接泄水管道以防高温高压的系统水对物品造成损害或者对人员造成伤害；

泄水管道上最好有防虹吸的泄水漏斗，这样可以检测安全阀泄水状态，也能有效防止泄水管道连接到排水系统中可能形成的反向虹吸；

对于泄压功率较小的安全阀可按图示：①连接，对于功率更大的安全阀可按图；②连接；

自动排气阀： 自动排气阀大都是依靠水对阀体的浮力，通过杠杆机构传动，使排气孔自动启闭，实现自动阻水排气的功能。

安装于系统的最高点或局部高点。

是系统的必须配件，每个系统至少安装两个以上的自排气阀。

其作用是排除系统内因温度、压力变化而产生的气体。

消除因此而引起的末端装置传热部件的梗阻、腐蚀、噪音、流 量减少及稳定性差等问题，保障水系统的正常运行。

膨胀罐：

隔膜式膨胀罐是由一个隔膜将气体（通常为氮气）与系统水分成两部分的密闭式容器；它不但可以对系统水体积随温度变化产生的膨胀或收缩起到调节作用，以减少因系统水的溢出或补充而造成的浪费，而且它兼起系统定压作用，保证系统不倒空、不溢水、不超压。

膨胀罐的接口应尽可能靠近循环泵的进口，以免泵吸入口内液体汽化造成气蚀。

膨胀罐和排气阀随着水温上升的变化：

膨胀罐容积计算：

闭式膨胀罐容积的大小与以下因素有关：

系统容水量V；

系统温度最低时水的密度 ?? 1 ，最高温时水的密度 ?? 2 ；

闭式膨胀罐的预充气压力 ???? ，绝对起始压力，即系统静压+大气压力（1bar）；

系统安全阀的设定压力 ???????? ，绝对最终压力，即系统运行时最大压力+大气压力（1bar）；

例如：某系统总容水量为500kg；最高工作温度55℃；注入的冷水温度10℃；安全阀整定压力为3.0bar，系统充水压力1.0bar。确定闭式膨胀罐容积。

水在10℃时的容重1/ ?? 1 ＝1.0006L/kg；55℃时的容重：1/ ?? 2 ＝1.0145L/kg。

闭式膨胀罐预充气压力取为系统注水压力： ???? ＝1.0＋1＝2.0bar（绝对压力）；

安全阀整定压力： ???????? ＝3.0＋1＝4.0bar（绝对压力）。

热水的温度与密度关系（Kg/L）

0℃………0.9998 ，5℃…………0.9999

10℃………0.9994 ，15℃………0.9988

20℃………0.9980 ，25℃………0.9968

30℃………0.9955 ，35℃………0.9939

40℃………0.9922 ，45℃………0.9902

50℃………0.9880 ，55℃………0.9857

60℃………0.9833 ，65℃………0.9806

70℃………0.9779 ，75℃………0.9749

80℃………0.9719 ，85℃………0.9687

90℃………0.9654 ，95℃………0.9620

100℃………0.9584 ，105℃……0.9548

110℃………0.9510 ，115℃……0.9471

120℃………0.9431 ，125℃……0.9390

流量开关： 流量开关是用来对液体最大或最小流量进行监控。只有当设备按照其设计用途（液体流量监控）应用时，操作安全才有保证。

工作原理：流量开关有一个叶片系统（1），在其上游末端连着一个永久磁铁（2）。在这个磁铁的上边是一个簧片接触器（3），这一部分置于液流的外部。另外还有一个磁铁（4），与前一个磁铁磁极相反，由此产生一定的复位力量。将被监测的液流与叶片系统一接触，叶片系统就会被驱动。磁铁（2）随着簧片接触器（3）改变位置。一旦液流中断，叶片就返回到起始位置。

三通阀： 三通阀放在不同地方结构设计不同，以防止水锤的伤害（让水流方向和阀门关上方向相反。

三通阀安装在回水管上，一般与室内温控机构联合使用。其作用是当房间温度达到设定温度时，关闭进入盘管的冷/热水，维持房间温度的恒定及节约能源。同时电动三通阀还可以在阀门关闭的情况下，把冷/热水供水通过三通接管旁通到回水管，这样就可以保证进出主机的水流量。我们建议冷量为25KW以下的机组至少要使用两个以上电动三通阀来代替电动二通阀，且必须安装在管道与末端阻力最大的两条支管末端上或在主管最末端连接的风机盘管上，其目的是保证主机水循环流量的同时，让整系统水在任何使用条件下都能蓄能（蓄冷或蓄热）

对于25KW以上的机组或进行模块组合的机组，则应使用比例积分压差旁通阀，至于是否与三通阀同时使用则视乎客户空间的实际使用情况进行区别。若用户有可能只使用小部分末端负荷的情况时，则须使用电动三通阀，以弥补压差旁通阀反应滞后的不足。无论如何使用，都以保证主机能达到最小流量为原则。

阀门：

关断阀：闸阀（关断主要）、球形阀（球阀、截止阀），蝶阀（用于DN100以上）。

球形阀（控制流量为主）。

关断阀：闸板阀（关断主要）、球形阀（控制流量为主）、蝶阀（用于DN100以上）。

水路其他部件及注意事项：

橡胶或金属软接：其主要功能为减轻主机与管路系统震动的相互传递。一般安装于主机的进出水管前后，其它若是震动源的设备也应考虑减震措施，如水泵、风机盘管等。

铜制闸阀或截止阀：为必须安装部件，其主要功能截断与开启水路，方便安装维修人员进行各种不同的安装维修工作。安装位置为主机进出水管附近或某些重要设备（如辅助加热器等）及易损件的进出水管部分。

Y 型水过滤器：为必装部件。一般安装于水泵吸水入口处，其主要作用为过滤水系统中的杂质，保护管路上的其它设备，尤其是主机的板式热交换器以保证主机长期无故障运行。一般应选择每平方英寸60 目的过滤网。

水泵：为整个水系统循环的动力所在。一般安装于进水口前的管路。此点对安装小型冷水机系统尤为重要。因大部分产品皆使用板式换热器，而板式换热器流道及热交换特点决定了其结构与壳管式或其它水—冷媒热交换器的不同。同时，制冷工况下进口处水温相对较高，也减少了冷凝水对屏蔽水泵的影响。若安装中出错，将会导致一系列的问题发生。

水泵基础知识：

水泵在水路系统的作用：

水泵：为整个水系统循环的动力所在。一般安装于进水口前的管路。此点对安装小型热泵机组系统尤为重要。因大部分产品皆使用板式换热器，而板式换热器流道及热交换特点决定了其结构与壳管式或其它水—冷媒热交换器的不同。同时，制冷工况下进口处水温相对较高，也减少了冷凝水对屏蔽水泵的影响。若安装中出错，将会导致一系列的问题发生。

对于整个热泵系统，水泵是“肾”；对于水力系统，水泵是“心脏”。

水泵Q-H曲线：

Q-H 曲线。泵的性能曲线如图所示，Q(流量)为X轴，而H(扬程)或P(压力)为Y轴。

Q ： ?? ³ /h ；l/s； ?? ³ /s ；H： ?????? ； P ： ??????

水泵并联Q-H曲线变化：

在现有系统中另加一台与现有 水泵同样的泵，并使其并联运行，流量会加倍吗？

不，新的流量将由系统特性曲线来决定。

水泵串联Q-H曲线变化：

系统特性曲线。该系统特性曲线表示了输送液体在系统中损失的压力。系统特性曲线的起点取决于系统的类型：

对于所有系统特性曲线而言，其普遍特性为Q(流量)和H(扬程)之间有一对应关系：如果Q降为 ¹ 2，H将会将至 ¹ 4。

NPSH 曲线：

NPSH( 净正吸程)用来表示泵内的压力损失及汽化压力。用于计算泵所需的入口压力，以避免气蚀现象的发生。NPSH曲线如图所示Y轴为H(扬程)及X轴为Q(流量)。

空蚀（cavitation；cavitation erosion）又称气蚀，由于液体内局部压力的变化引起蒸汽泡的形成、生长及溃灭，导致气蚀的产生。当液体内的静压力下降到低于同一温度下液体的蒸汽压时。在液体内就会形成大量的气泡，而气泡群到达较高压力的位置时。气泡就会溃灭，气泡的溃灭使气泡内所储存的势能转变成较小体积内流体的动能，使流体内形成流体冲击波。这种冲击波传递给流体中的过流部件时，会使过流部件表面产生应力脉冲和脉冲式的局部塑性变形，甚至产生加工硬化。流体冲击波的反复作用使过流部件表面出现气蚀坑。

水泵工作点：水泵的特性曲线(Q-H曲线)与系统(管路)特性曲线的相交点，就是水泵的工作点。

水泵工作点及系统特性曲线并非不变的。如阀门开度等，都会影响系统特性曲线从而影响工作点的偏移。

水泵的选型：

流量的计算：

换热量与比热容、温度变化的关系：Q = ?? × ?? × ? ??

c— 比热容 水的比热容是4.2×10 ³ 焦耳每千克摄氏度；

m— 质量；

? ?? — 温度的变化(不论温度升高还是降低永远取绝对值)；

千瓦时与焦耳的关系：1kw ? h = 1000 ?? ×3600 ?? = 3600000 ?? ；

一般情况下，取温差5℃，可以计算出1Kw制热量所需的水流量为：

如温差不是5℃，则如何计算？

一般情况下，建议预留15%～20%的余量，即乘以余量系数1.15～1.2。

水泵扬程的组成：

机组水阻：主机厂家通过额定水流量下测试所得，主要与换热器及系统的管路长短、弯头等有关系；

各种阀门附件的水阻力(可要求厂家提供曲线）；

分水器、集水器水阻力(可要求厂家提供曲线）；

水路水阻：

水路最不利环路（最长和弯头最多的）水力损失不宜超过30kPa(即3m)；

水流速不宜过高或者过低,一般控制在0.25～0.6m/s；

根据水流量及选定的管径可以计算出水流速，通过查表可以知道水头损失/100m；

附表1 ：普通水管水头损失表

普通水管水头损失表：

上数字表示水的流速，单位米/秒；下数字表示每100米直管中水头损失，单位为米。

附表2：塑料管道水头损失表

塑料管道水头损失表：

上数字表示水的流速，单位米/秒；下数字表示每100米直管中水头损失，单位为米。

水泵的选型：

每年的气象条件是随季节呈周期性变化的。因此，对冷热负荷的需求也是不断变化的。据统计，国内中央空调水泵在满负荷情况下运行的时间较少，大部分时间运行在总负荷的60%~80%之间。而从欧盟Erp指令中关于水泵EEI指数计算流量、时间百分比来看，欧洲采暖系统水泵运行负荷更多集中在50%以下，这可能和欧洲建筑保温效果好有很大关系。

系统负荷变化时，定速水泵无法调节水流量，只能通过阀门调节开度来调节流量。

变频水泵的节能效果分析：

以应用在热泵采暖水系统中较为广泛的格兰富8m水泵为例：

定速水泵：UPS25-80 最大功率为190w；

可调速水泵：UPM GEO 25-85最大功率为87w。

一个采暖季：4个月，每个月30天，每天24小时运转；

能耗按照欧洲Erp指令水泵EEI指数计算流量，时间百分比；

电价为0.53元/kwh来计算；只考虑采暖功能，没有计算制冷部分。

方案一：定速水泵UPS25-80。

水泵转速不可调，运行在最大功率（速度）。

方案二：可调速水泵UPM GEO 25-85

水泵定速运行在最大功率（速度）。

方案三：可调速水泵UPM GEO 25-85

水泵转速随负荷变化而变化。

单户家庭在一个采暖季可以节省电费 157元（最大节省电费229元）！！！

水泵生命成本分析–水泵运行10年。

只考虑采暖功能，没有计算制冷部分。

只考虑采暖功能，没有计算制冷部分。

防冷凝水特殊设计水泵：

冷凝水对水泵的危害：由于屏蔽转子泵是依靠被泵送的液体来冷却电机以及润滑轴与轴承的，因此当液体温度低于露点时，就会产生冷凝水。

常见水路系统设计原则及分类：

热泵采暖水系统设计主要包括以下内容：水系统方案的总体构思，水系统形式的选择与分区，水系统管网布置及走向，水系统水管选择与管径确定，水系统辅助设备和配件的配置与选择，水系统的防腐、保温和保护，水系统的调节与控制。

水路系统设计考虑因素：

系统能效：

冷媒系统COP，水流速度、回水温度、温差等都会影响到冷媒系统的COP；

水路系统的能耗，主要为水泵的能耗；

系统稳定、可靠；

主机不能频繁的起停，或者压缩机高压保护；

水路各部件间不能相互影响各自正常工作；

方便安装、维护、维修；

安全，不会影响到人身安全及正常生活；

水系统分类：

开式系统：管路之间有贮水箱（或水池）通大气，自流回水时，管路通大气的系统。

开式系统的优点：水箱有一定的蓄热能力，可以减少热泵机组开启时间，增加能量调节能力，且水温度的波动可以小一些。

开式系统的缺点：

循环水与大气接触，循环水中含氧量高，宜腐蚀管路。

末端设备（风机盘管、地暖管）与水箱高度差较大时，水泵则须克服高度差造成的静水压力，增加耗电量。

闭式系统：管路不与大气相接触，在系统最高点设膨胀水箱并有排气和泄水装置的系统。

闭式系统的优点：

由于管路不与大气相接触，管道与设备不宜腐蚀；

不需为高处设备提供的静水压力，循环水泵的压力低，从而水泵的功率相对较小。

由于没有回水箱、不需重力回水、回水不需另设水泵等，因而投资省、系统简单。

闭式系统的缺点：蓄热能力小，低负荷时，热泵机组需经常开动；膨胀水箱的补水有时需要另设加压水泵。

定水量系统：循环水量为定值，或夏季和冬季分别采用不同的定水量，负荷变化时，改变供、回水温度以改变制冷量或制热量的系统。这种系统各空调末端装置，采用受设在空调房间内的温控器控制的电动三通调节阀调节。

负荷增加时，供回水温差会适当增大；负荷减小时，供回水温差会适当减小。

变水量系统：保持供水温度在一定范围内，当负荷变化时，改变供水量的系统。这种系统各空调末端装置，采用受设在空调房间内的温控器控制的电动二通调节阀调节。

风机盘管一般采用双位调节(即通或断)的电动二通阀。

在负荷减小时，为使供回水能平衡，必须在供回水集管间装旁通管，且应在旁通管上设置压差旁通阀。

单式泵：冷（热）源侧与负荷侧合用一台（组）循环水泵。

特点：单式泵系统简单，初投资省。但是不能调节系统流量，在低负荷时不能减少系统流量以节约能耗。

复式泵：冷（热）源测与负荷侧分别配备循环水泵。

特点：复式泵系统可实现水泵变流量（冷热源侧设置定流量，负荷侧设置二次水泵，可调节流量），节约输送能耗。能过适应供暖分区的负荷变化。

不同水系统在具体工程设计中的选择就是对优缺点的取舍问题。但有很多因素会影响到对各项优缺点的评估，其中有技术性的，也有商业性的因素，甚至有业主方面的咨询专家的习惯等因素。在不同的时期这种评估还会受能源价格、设备价格、技术人员工资等相应关系的变化而改变、所以从技术角度提出究竞哪种建筑应采用哪种系统方式也是不容易的。

暖通水系统最水容量：

暖通水系统最水容量。最小水容量的确定对于暖通系统来说，要解决系统温度波动问题，获得良好的热稳定度。

首先应尽量准确地确定系统负荷，并选用装机容量相匹配的主机;

其次，系统的水容量越大，系统蓄冷量越大，则系统的热稳定性越好，反之，系统的热稳定性越差。

因此，水系统设计时，应校核计算系统水容量是否满足系统热稳定性要求，当系统实际水容量不能满足要求时，应加大系统主管管径或增设一个储能水箱（缓冲水箱）。当然，系统水容量也不是越大越好，水容量过大，其热稳定性毫无置疑是良好的，但是，较长时间停机后，再开机时将会延长系统预冷或预热的时间。

每供1kW冷量或热量时的水容量 V（L /kW）；

室内机械循环供热管路（温差20～25℃） 7.8；

室外机械循环供热管路（温差20～25℃） 5.8；

室内机械循环供冷（温差5℃）或冷热两用 31.2；

室外机械循环供冷（温差5℃）或冷热两用 23.2。

附表3：常用水管管径与水容量表

常用水管管径与水容量表：

常见二联供热泵水系系统：