空气源特泵机组主机设备如何选型？

 

空气源热泵机组制冷参数的标准工况与设计工况基本吻合 ，衰减甚微，但采暖数据的标准工况与设计工况差距较大，所以此处仅分析按照热负荷选择主机设备的方法。

     

     

（一）热负荷计算

     

     

1.常规计算方法

   

常规热负荷的计算方法 是将建筑物的热负荷分为围护结构耗热量和建筑物附加耗热量两部分进行计算。围护结构耗热量是指在冬季室外采暖计算温度下，通过房间门、窗、外墙等传递到室外的热量。

由于建筑物的朝向、地理位置和高度差异，需要引入附加耗热量对建筑物耗热量进行修正；附加耗热量可以分为风力附加、高度附加和朝向修正等。由于风压和热压的存在， 冷风渗透耗热量 在公共建筑耗热量中占有较大的比例； 对于民用建筑，影响附加耗热量的主要因素为建筑朝向和冷风渗透量。

综上所述得到采暖建筑的设计热负荷公式为：

（8-9）式中

Q'——围护结构 基本耗热量 ，W；

xch——朝向修正，%；

xf——风力附加率，%；

xg——高度附加率，%。

这种方法适用于施工图纸阶段深化设备选型时使用。

2.热指标计算法

   

由于早期建筑缺乏设计经验和年代比较久远，在既有建筑改造时往往会出现图纸缺乏和丢失的情况，这种情况下可以采用热指标法进行估算。 热指标法分为面积热指标法和体积热指标法。

体积热指标法 的含义为室内外温度相差1℃时，每立方米建筑物的采暖热负荷；同理， 面积热指标 含义为每平方米建筑面积需要的供暖设计热负荷，单位：W/m2。郭鹏学暖通建筑热负荷主要取决于通过围护结构向外传递的热量，不仅和建筑的面积有关，还与建筑物的体形系数、窗墙比等有关。由于面积热指标的含义更加清楚直观，计算也相对简便，在实际工程中应用更广泛些。

不同建筑的热负荷指标见表8-1。

表8-1　热负荷指标

这种方法适用于项目前期方案设计阶段。

     

     

（二）根据室外气候条件选择设备类型

     

     

空气源热泵机组 主要从空气中取能，也就是只要有空气就可以使用空气源热泵进行供热和制冷；空气源热泵理论上可以应用于所有地方，但空气源热泵的制热性能受室外温度和湿度的影响很大。

当室外温度降低时，在 冷凝温度 不变时蒸发温度降低，一方面吸气比体积会变大，另一方面压缩机的容积效率会降低，这使得空气源热泵在较低的温度下运行时制冷剂质量流量明显减小，因此会造成制热量的衰减。当湿度上升时，机组的结霜速率就会增加，机组霜层的加厚会使蒸发器空气流动阻力加大，空气流量降低，这样使得室外换热盘管的换热温差增大，蒸发温度降低，导致制冷剂质量流量减小，同样也会造成制热量的衰减。

因此，需要根据不同地区室外环境温度选择适宜的空气源热泵机组类型，以达到最佳的运行效果。

根据中国建筑气候区划分的四个区域（表8-2），结合气候特点，选择适宜的空气源热泵机组类型。

表8-2　主要区域气候分区的代表性城市

考虑在极端温度下，完全采用空气源热泵机组提供供热进行界定，选型原则如下：①严寒地区： 室外环境温度最低可达-35℃，仅需供热，选用超低温双级压缩螺杆式空气源热泵机组。

②寒冷地区： 室外环境温度最低可达-25℃，既需要供热，又需要制冷，热负荷大于冷负荷；以热负荷为基础选用低温单级螺杆式或者超低温涡旋式空气源热泵机组，一般可以满足冷负荷需求。

③夏热冬冷地区： 室外环境温度最低可达-10℃，既需要供热，又需要制冷，冷、热负荷差距不大；以热负荷为基础选用低温螺杆或涡旋式空气源热泵机组，一般可以满足冷负荷需求。

④夏热冬暖地区： 室外环境温度均在0℃以上，既需要供热，又需要制冷；以热负荷为基础选用常温螺杆式或涡旋式空气源热泵机组，满足部分冷负荷，不足冷负荷由性能系数较高的水冷冷水机组提供。

     

     

（三）根据建筑和末端条件确定出水温度

     

     

空气源热泵供水温度的高低对其性能有着直接的影响，如果空气源热泵正常工作范围内的出水温度与供热系统的末端不匹配，不仅达不到理想的供热效果，而且能耗与运行成本也会加大。所以，要根据建筑保温条件和末端形式确定供水温度。

对于新项目，末端系统应该选择地板采暖或者风机盘管，出水温度只需要45℃左右就够了。对于改造项目，无法改变末端时，就需要空气源热泵能够有相应的出水温度与之相匹配，否则无法达到供热效果。

对于改造项目的原有末端系统，要达到原有的供热效果，空气源热泵出水温度需要达到原热源的出水温度。如果原来的热源是锅炉，原有末端为暖气片系统，则原系统的供水温度会很高，一般在70℃以上；这种情况下如果让空气源热泵出水温度也这么高，不仅能耗会高，而且系统不稳定。将空气源热泵机组作为一次能源提供25℃/35℃的低温水，作为水源热泵机组一次侧的循环水，水源热泵机组二次侧的出水可以满足高温水需求。当然，也可以与锅炉进行耦合满足温度要求。

     

     

（四）根据气候条件和机组变工况性能参数进行机组选型

     

     

空气源热泵机组的容量 ，应根据空调系统的冷、热负荷综合考虑后确定， 一般取决于冷、热负荷中的较大者 。机组的制冷/制热量，除与环境空气温度有密切关系外，还与除霜情况有关。

生产企业提供的机组变工况性能或特性曲线中的制热量，一般为标准工况下的名义制热量，是瞬时值，并未考虑如融霜等引起的制热量损失。因此，确定机组冬季的实际制热量Q（kW）时，空气源热泵机组的冬季制热量会受到室外空气温度、湿度和空气源热泵机组本身融霜性能的影响。

在设计工况下制热量通常采用下面的公式进行计算：

（8-10）

式中

Q——机组设计工况下的制热量，kW；

q——产品标准工况下的制热量（标准工况：室外空气干球温度7℃，湿球温度6℃），kW；

K1——使用地区的室外空调计算干球温度修正系数，按产品样本选取；

K2——热泵机组融霜修正系数，应根据热泵厂家提供的数据修正，当无数据时，可按每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。

机组的融霜次数，可按所选机组的融霜控制方式、 冬季室外计算温度 、湿度选取；也可要求生产企业提供。

请注意：《采暖通风与空气调节设计规范》所述空气源热泵标准工况（标准工况：室外空气干球温度7℃，湿球温度6℃）实际上是目前我们所称的“常温空气源热泵”，或者说更接近我们说的“风冷热泵”。

此外，表8-3列出了部分城市采用空气源热泵时供热量随室外空气相对湿度不同的修正系数。故设计选用热泵机组时，除按式（8-10）进行修正外，还需考虑这一修正系数。

部分城市采用空气源热泵时供热量随室外空气相对湿度不同的修正系数

注：表中括号内的数值表示月平均温度≤8℃的相应数据。

当我们选择 低温空气源热泵 时，其名义工况应为：室外空气干球温度-12℃，湿球温度-14℃（依据：GB/T25127.2—2010《低环境温度空气源热泵（冷水）机组第2部分：户用及类似用途的热泵（冷水）机组》）。无论是常温空气源热泵还是低温空气源热泵，我们都应注意其样本额定参数的标准工况或名义工况，在此基础上进行修正。

     

     

（五）最佳平衡点与辅助热源

     

     

1.热泵供热量与建筑物耗热量的供需矛盾

   

空气源热泵系统设计中需要解决的重要问题，就是机组供热量与建筑物耗热量的供需矛盾。这主要从三个方面着手—— 经济合理地选择平衡点温度、合理选取辅助热源及其容量、选择最佳的热泵能量调节方式。 空气源热泵机组的制热量和建筑物热负荷与室外温度的关系见图8-1。

图8-1　空气源热泵机组的制热量和建筑物热负荷与室外温度的关系

2.最佳平衡点温度

   

以空气源热泵系统冬季运行耗能最少为目标确定的平衡点温度，称为最佳能量平衡点温度。 如果按此平衡点选择热泵机组，就能够使整个系统获得最大的供热季节性能系数HSPF，即输入相应的功可获得最大的季节供热量。对于某一具体的建筑物，平衡点温度取得低，配置的热泵容量就大，则选用的辅助热源较小，甚至可以不设辅助热源（图8-2中A）。虽然辅助热源的初投资和运行费用较低，但这样热泵的容量就会过大，造成项目的初投资较高且运行效率低，经济上不一定是最合理的。若平衡点温度取得高，配置的热泵容量就小，则选用的辅助热源较大（图8-2中B）；系统初投资较低，但运行费用较高，系统不节能。

图8-2　最佳平衡点温度的选择满足系统稳定性、最佳经济性的情况下

转自府东暖通 ，版权属于原作者，供学习交流。