低溫空氣源熱泵機(jī)組在北方地區(qū)的應(yīng)用

　　空氣源熱泵機(jī)組因其節(jié)能環(huán)保、安全可靠等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，正被廣泛地應(yīng)用于酒店、賓館、學(xué)校、醫(yī)院、工礦企業(yè)等眾多場(chǎng)合，但是它的應(yīng)用也受到氣候條件的約束。

　　

　　傳統(tǒng)空氣源熱泵機(jī)組的局限性：

　　

　　當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：1)制熱量隨著環(huán)境溫度的下降逐步衰減，如果配置的裝機(jī)容量不充足，會(huì)導(dǎo)致在寒冷惡劣低溫工況下系統(tǒng)的制熱量不能滿足要求;2)在低溫環(huán)境下，吸氣壓力低、制冷劑循環(huán)量小、壓縮比大、排氣溫度高等問(wèn)題，會(huì)使機(jī)組的可靠性降低。

　　

　　為了滿足北方市場(chǎng)冬季使用熱泵的需求，一些廠家相繼開(kāi)發(fā)了低溫?zé)岜脵C(jī)組。廣東長(zhǎng)菱結(jié)合應(yīng)用z*新補(bǔ)氣技術(shù)及核心專利技術(shù)，突破熱泵受環(huán)境溫度等條件約束，同時(shí)研制生產(chǎn)出CL-H-系列低溫強(qiáng)熱型熱泵機(jī)組，低溫空氣源熱泵機(jī)組的應(yīng)解決了傳統(tǒng)空氣源熱泵機(jī)組在低溫環(huán)境下可靠性差和制熱效率低的問(wèn)題，尤其適用于黃河流域、長(zhǎng)江以北、華北、西北等地區(qū)，大大擴(kuò)展了風(fēng)冷熱泵機(jī)組的應(yīng)用區(qū)域。目前，該產(chǎn)品已在我國(guó)北方地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用。

　　

　　一、工程概況

　　

　　北方某市一醫(yī)院，每天55℃熱水需求量為180T，要求每天定時(shí)集中供水。設(shè)計(jì)采用CL-H系列低溫強(qiáng)熱型空氣源熱泵機(jī)組提供集中供熱水系統(tǒng)。該系統(tǒng)安全可靠，比其它制熱水設(shè)備大大降低運(yùn)行成本，即使在寒冷惡劣環(huán)境下，也能保證安全、舒適、衛(wèi)生、環(huán)保、高效地給用戶提供生活用熱水。該系統(tǒng)由高性能風(fēng)冷低溫?zé)岜脽崴畽C(jī)組、不銹鋼保溫水箱、自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)、熱水輸水管道線和自動(dòng)控制等系統(tǒng)組成，可定時(shí)提供恒溫、恒壓的生活熱水。

　　

　　二、設(shè)計(jì)思路

　　

　　按照定時(shí)供水特點(diǎn)及用水需求分析結(jié)果，須綜合考慮熱泵熱水機(jī)組加熱緩慢及其制熱量隨季節(jié)氣溫變化的特點(diǎn)，尤其在冬季寒冷情況下，熱泵熱水機(jī)組必須能保證有足夠的時(shí)間制備所需熱水。

　　

　　根據(jù)各用水點(diǎn)用水需求和供水特點(diǎn)，為了減少加熱能耗，同時(shí)滿足定時(shí)供應(yīng)熱水要求，經(jīng)精心設(shè)計(jì)、性價(jià)比較，采用低溫?zé)岜弥醒霟崴到y(tǒng)，具體如下：

　　

　　(1)為了解決定時(shí)集中供水問(wèn)題，結(jié)合熱泵機(jī)組各自加熱的特點(diǎn)，對(duì)熱水系統(tǒng)采用循環(huán)加熱的方式，儲(chǔ)熱水箱所補(bǔ)入的水溫達(dá)不到設(shè)定要求時(shí)，熱泵機(jī)組自動(dòng)根據(jù)設(shè)定要求隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行加熱，保證供水時(shí)段內(nèi)水溫相對(duì)恒定。

　　

　　(2)本設(shè)計(jì)方案綜合考慮了當(dāng)?shù)貧夂蛱卣骷肮┧攸c(diǎn)等因素來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。氣溫較高情況下，機(jī)組可互為備用，即使有一臺(tái)故障情況下，也不會(huì)影響供水。在冬季z*不利工況下，系統(tǒng)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，即使在個(gè)別機(jī)組出現(xiàn)故障的情況下，可通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)工作時(shí)間來(lái)完成制熱;并且在供水期間機(jī)組仍可進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，安全可靠供水的目的。

　　

　　(3)系統(tǒng)的補(bǔ)冷水量及時(shí)間、供熱水時(shí)間、供水量、機(jī)組循環(huán)加熱的時(shí)間和溫度均可以根據(jù)不同季節(jié)的用熱水需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也可以調(diào)整機(jī)組運(yùn)行的臺(tái)數(shù)適應(yīng)不同的用熱水需求和機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)。

　　

　　三、設(shè)計(jì)依據(jù)

　　

　　1.《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2003);

　　

　　2.《商業(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機(jī)》(GB/T21362-2008);

　　

　　3.《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50015-2003);

　　

　　4.《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50013-2006);

　　

　　5.《給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50106-2010);

　　

　　6.《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50242-2002);

　　

　　7.用戶的相關(guān)要求和意見(jiàn)。

　　

　　四、設(shè)計(jì)方案主要考慮的幾個(gè)問(wèn)題

　　

　　(1)空氣能熱泵熱水系統(tǒng)熱水供應(yīng)的可靠性，特別是在惡劣寒冷環(huán)境下能否穩(wěn)定地工作。

　　

　　(2)機(jī)組安裝的位置通風(fēng)效果一定要良好。

　　

　　(3)水箱安裝的位置承重要求是否符合。

　　

　　(4)按照實(shí)際用水要求進(jìn)行配水，保證z*大用水量時(shí)的用水要求。

　　

　　(5)空氣能熱水系統(tǒng)的控制柜安裝位置一定要方便操作和維修。

　　

　　(6)空氣能熱泵熱水系統(tǒng)運(yùn)行方式的合理性、先進(jìn)性、可靠性。

　　

　　(7)控制系統(tǒng)的全自動(dòng)化、智能化、先進(jìn)性、低溫運(yùn)行可靠性。

　　

　　(8)空氣能熱泵熱水系統(tǒng)的布局與擺放與建筑物的協(xié)調(diào)性，日常維護(hù)檢修方便性等。

　　

　　(9)在保證工程品質(zhì)的前提下，盡可能降低工程造價(jià)，提高工程的性價(jià)比。

　　

　　(10)考慮系統(tǒng)冬季防凍、夏季高溫、防雷、防臺(tái)風(fēng)、平時(shí)防污染等安全問(wèn)題。

　　

　　五、設(shè)計(jì)選型

　　

　　1、基本數(shù)據(jù)：

　　

　　每天需要55℃熱水180T;

　　

　　該地區(qū)年平均氣溫14.3℃，極限低溫：-11℃。

　　

　　2、設(shè)備參數(shù)：

　　

　　CL-H-220K/D低溫強(qiáng)熱型熱泵機(jī)組基本技術(shù)參數(shù)：

　　

　　額定制熱量：72kW;

　　

　　名義產(chǎn)水量：1550L/h;

　　

　　額定功率：17kW;

　　

　　溫度范圍：-20℃～45℃。

　　

　　注：本技術(shù)參數(shù)是在工況：環(huán)境干球溫度20℃、濕球溫度15℃、進(jìn)水溫度15℃、出水溫度55℃條件下測(cè)得。

　　

　　3、熱量計(jì)算與機(jī)型選擇：

　　

　　(1)熱水需熱量計(jì)算

　　

　　a、應(yīng)用數(shù)據(jù)

　　

　　1L水溫升1℃需要1kcal熱量，消耗1kW·h電能可以產(chǎn)生860kcal熱量。

　　

　　b、日用熱水需熱量計(jì)算

　　

　　自來(lái)水平均溫度15℃，熱水要求溫度55℃。

　　

　　標(biāo)況下日需熱量：

　　

　　Q=1kcal/kg·℃×180000kg×(55-15)℃=7200000kcal。

　　

　　冬天，自來(lái)水平均溫度10℃，熱水要求溫度55℃。

　　

　　低溫工況下日需熱量：

　　

　　Q=1kcal/kg·℃×180000kg×(55-10)℃=8100000kcal。

　　

　　(2)機(jī)組選型及數(shù)量計(jì)算

　　

　　空氣源熱泵特性，高溫條件下熱效率高，低溫條件下熱效率低。因此，機(jī)組配置應(yīng)滿足冬季z*冷天氣條件下的熱水供應(yīng)，其它季節(jié)便可輕松滿足需求。

　　

　　根據(jù)低溫環(huán)境下熱水需求量及樓頂承重情況，設(shè)計(jì)采用低溫強(qiáng)熱型CL-H-220K/D熱泵機(jī)組進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間以10小時(shí)/天計(jì)算。

　　

　　機(jī)組數(shù)量計(jì)算：7200000千卡÷860千卡/kW·h÷72kW÷10h≈12臺(tái)

　　

　　標(biāo)準(zhǔn)工況下，用12臺(tái)CL-H-220K/D機(jī)組實(shí)際每天加熱時(shí)間：

　　

　　7200000千卡÷860千卡/kW·h÷72kW÷12=9.69小時(shí)

　　

　　在該地區(qū)冬季低溫(-11℃)下，機(jī)組實(shí)際制熱量為40.8kW，用12臺(tái)CL-H-220K/D機(jī)組實(shí)際每天加熱時(shí)間：

　　

　　8100000千卡÷860千卡/kW·h÷40.8kW÷12=19.23小時(shí)

　　

　　根據(jù)以上計(jì)算，本案例選擇12臺(tái)CL-H-220K/D機(jī)組可保證在寒冷惡劣環(huán)境下每天180噸熱水供應(yīng)。

　　

　　六、儲(chǔ)熱水箱及循環(huán)泵設(shè)計(jì)

　　

　　1、水箱設(shè)計(jì)

　　

　　每日需熱水量為180T，根據(jù)樓頂承壓情況，水箱設(shè)計(jì)在樓頂，高度不應(yīng)太高，必須制作基礎(chǔ)放置水箱。設(shè)計(jì)采用矩形保溫水箱，每個(gè)水箱容積30m3，一共6個(gè)，底座采用工字鋼和槽鋼制造。水箱為雙層保溫水箱，內(nèi)膽采用304不銹鋼材料制作，中間保溫層采用厚90mm聚胺脂發(fā)泡保溫，外殼為不銹鋼制作。

　　

　　2、循環(huán)泵

　　

　　根據(jù)實(shí)際需要，水泵的選取本著在滿足流量及揚(yáng)程的情況下，盡量選取一些小功率、低噪聲、高壽命的水泵。本系統(tǒng)全部采用著名品牌“威樂(lè)”水泵。

　　

　　七、循環(huán)加熱系統(tǒng)介紹

　　

　　1、空氣源熱泵加熱控制

　　

　　空氣源熱泵機(jī)組受恒溫供水水箱的水溫、水位控制。當(dāng)水箱內(nèi)的水溫達(dá)不到設(shè)定使用溫度，熱泵機(jī)組就通過(guò)設(shè)在恒溫水箱底部的測(cè)溫探頭所探測(cè)的水溫來(lái)進(jìn)行加熱，則熱泵機(jī)組和循環(huán)泵開(kāi)啟工作，儲(chǔ)熱水箱或恒溫水箱的水通過(guò)熱泵機(jī)組循環(huán)加熱，直至達(dá)到設(shè)定的使用溫度時(shí)循環(huán)停止，空氣源熱泵機(jī)組和循環(huán)水泵也停止工作。循環(huán)工作，以確保任何氣候條件下儲(chǔ)熱水箱中的水在各供水時(shí)段開(kāi)始供水前或供水期間水溫恒定，即使因回水或熱損等原因?qū)е滤疁叵陆担材芗皶r(shí)得到加熱，控制供水溫度相對(duì)恒定。

　　

　　2、供、回水控制

　　

　　熱水供水系統(tǒng)采用電動(dòng)閥由時(shí)間控制器自動(dòng)控制，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)集中供水。

　　

　　同時(shí)為保證各個(gè)用水點(diǎn)供水的溫度(即開(kāi)水龍頭出熱水)，系統(tǒng)還配套設(shè)置1套定時(shí)回水裝置，即在每次定時(shí)供水前20min(可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定時(shí)間)，先后打開(kāi)回水電磁閥和回水泵，把樓下管網(wǎng)內(nèi)的冷水輸送回到水箱，以保證打開(kāi)水龍頭就出熱水，也避免了頻繁回水的能源浪費(fèi)。

　　

　　3、補(bǔ)冷水控制

　　

　　冷水補(bǔ)水系統(tǒng)根據(jù)水箱水位，通過(guò)控制電磁閥自動(dòng)進(jìn)水和停水。可實(shí)現(xiàn)定時(shí)補(bǔ)水，并具備手動(dòng)上水和停水功能，水位上下限可根據(jù)天氣情況和自己所需水量任意設(shè)定。也可設(shè)定溫度，實(shí)現(xiàn)恒溫補(bǔ)水，保持水箱設(shè)定的溫度。

　　

　　4、防凍控制

　　

　　冬季為防止水管﹑水泵凍裂，機(jī)組在滿足以下條件時(shí)自動(dòng)進(jìn)入防凍工作中：機(jī)組待機(jī)狀態(tài)下，當(dāng)出水溫度≤3℃且持續(xù)5秒，則機(jī)組進(jìn)入防凍結(jié)模式運(yùn)行。在停電時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)排空機(jī)組和循環(huán)管道里的水，以防止換熱器和管路凍裂。

　　

　　5、其它控制

　　

　　系統(tǒng)對(duì)空氣熱泵機(jī)組、水箱及水泵等還設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)程序包括壓縮機(jī)延時(shí)啟動(dòng)保護(hù)、排氣溫度過(guò)高保護(hù)、系統(tǒng)高低壓力保護(hù)、水流不足溫差保護(hù)、出水溫度過(guò)高保護(hù)、壓縮機(jī)過(guò)電流保護(hù)、缺相逆相保護(hù)、傳感器故障報(bào)警保護(hù)等，完全按設(shè)定要求全自動(dòng)工作，運(yùn)行安全可靠，無(wú)須專人管理。