【暖通学院】空气源热泵原理图解和采暖重点计算公式汇总

一、空气源热泵的原理图解

  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。

    热泵系统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。

    空气能热泵机组结构图

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。

    热泵的工程原理是什么？

    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。

    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。

    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。

    空气能热泵技术特点分析

    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。

二、采暖重点计算公式汇总

1、能效比(制热、制冷系数)ε= Q / W

即：得热（冷）量与输入功率之比

2、空气源热泵实际工况下的制热量Q=q×K1×K2

式中：

Q—实际工况下的制热量，kW;

q—产品标准工况下的制热量;

K1—当地室外空调计算干球温度修正系数；

K2—机组融霜修正系数；

3、基本耗热量的公式：Q=K×F×ΔT

其中：

Q——围护基本耗热量，W

K——围护传热系数，W/㎡·℃

F——围护传热面积，㎡

ΔT—室内外计算温差，℃

用于计算门、窗、墙、地面、屋顶的基本耗热量（简化掉修正）

4、冷风渗透耗热量计算Q=0.28×CP×ρ×V×ΔT

其中：

Q——冷风渗透耗热量，W

CP——空气定压比热，取1.01

ρ——空气的密度；

V——冷空气体积，m³

ΔT—室内外计算温差，℃

用于计算加热冷空气所需的耗热量

5、流量计算公式：GL =0.86×∑Q /（tg-th） 

其中：

GL   — 流量，Kg /h；

∑Q — 热负荷，W；

tg、th — 供回水温度，℃。

将计算所得流量乘以安全系数即水泵的流量

6、管段阻力公式：系统阻力还可近似的方法求得：先求出沿程阻力，然后乘以一个系数。

R = H×L（1+α）

其中：

R —— 沿程阻力，Pa；

H —— 比摩阻，Pa/m；

L —— 管段长度，m。

α ——局部阻力与沿程损失的比例百分数，可以取α = 0.3~0.5 。

采暖系统总阻力（管道加设备末端）乘以安全系数即水泵扬程。

按以上5、6步计算得到水泵流量和扬程，便可选水泵啦！

7、管道的水力计算

我们可以借电脑软件，选取管径、计算阻力。步骤如下：

1）输入热负荷、供回水温度便可以得到流量，进而用选取管径；

2）输入管长，便可得到各个直管段的沿程阻力；

3）点击管径对应局部阻力系数ε，可以选取阀门与管件的形式、输入对应的个数，便得到局部阻力；

4）将沿程阻力与局部阻力相加，便得到管道的总阻力。用这个方法可以计算户内散热器或户内地暖末端阻力、采暖干管的阻力；

5）同样的方法适用于制冷水管的计算；亦适用于选取风管管径、并计算风管阻力。

8、管径的计算

1）首先，确定建筑物的热负荷按照《暖规》应逐间逐项计算热负荷；若缺乏基础数据，可以用热指标估算；

2）计算流量，选取管径

用鸿业水力计算器进行试算：

3）举例：某2000平米老办公楼算主管管径。

先估取70 W/m2；70 W/m2*2000 m2=140000 W点击“流量计算”按钮，计算流量，计算出来后，填写在下面的EXCEL计算窗口试选管径，使比摩阻和流速在合适的范围内

来源：绿冰源HR223节能冷媒