空气源热泵机组

1、空气源热泵机组摘要:本文介绍了空气源热泵机组的种类和发展，分析了空气源热泵机组在全负 荷和部分负荷下的性能系数，对冬季和夏季的能耗问题进行了讨论，通过与水冷式冷 水机组系统的比较分析了空气源热泵系统的特点，并且借鉴了一些国外的空气源 热泵技术对空气源热泵机组的应用与展望进行了探讨。关键词：空气源热泵 热泵系统 性能系数1.1绪论1.1.1专题背景随着改革开放和大规模的基本建设的发展、人们对于生活环境的要求越来越高 空调系统作为室内空气参数的主要调节装路也就相应的越来越普及。人们对空调 的要求也从原1来的夏季制冷发展到冬暖夏凉发展到对空气品质的进一步要求。 而且在能源紧缺、强调可持续发展的今天在

2、某些大城市和特殊地区岀于环保的 考虑限制使用锅炉供暖于是电动热泵技术成了人们的首选。其中乂以空气源热泵 冷热水机组较为常见。1. 1. 2空气源热泵机组的特点空气源热泵冷热水机组是111制冷压缩机、空气/制冷剂换热器、水/制冷剂换热 器、节流机构、四通换向阀等设备与附件及控制系统等组成的可制备冷、热水的设 备。按机组的容量大小分乂分为别墅式小型机组,制冷量10.652.8Kw,中、大 型机组，制冷量70. 31406. 8kW,。其主要优点如下：,1,用空气作为低位热源取之不尽用之不竭到处都有可以无偿地获取,2,空调系统的冷源与热源合二为一，夏季提供7?冷冻水冬季提供45、50?热 水机两用，

3、,3,空调水系统中省去冷却水系统,4,无需另设锅炉房或热力站，,5,要求尽可能将空气源热泵冷水机组布路在室外如布路在裙房楼顶上、阳 台上等这样可以不占用建筑屋的有效面积，,6,安装简单运行管理方便,7,不污染使用场所的空气有利于环保，1.2空气源热泵机组的种类和发展1.2.1分类1. 从热输配对象分为:空气/水-空气源热泵冷热水机组空气/空气-空气源热 泵冷热水机组，2. 从容量分为：小型,7kW以下，中型大型,> 70kW,;3. 从压缩机型式分为:涡旋式、转子式活塞式螺杆式离心式，4. 从功能分为:一般功能的空气源热泵冷热水机组热回收型的空气源热泵冷 热水机组冰蓄冷型的空气源

4、热泵冷热水机组，5. 从驱动方式分为:燃气直接驱动和电力驱动。1.2.2发展80年代中期以前空气源热泵冷水机组大多采用半封闭往复式多机头压缩机。由 于调节灵活和压缩机性能及换热器性能的改善机组的性能不断提高。但在80年 代中期以后螺杆式压缩机的技术进步很快。它比压缩式零部件少，为活塞式的十 分之一，结构简单无进排气阀噪声低可无级调节压缩比大而对容积效率 影响不大故特别适用于气候偏寒地区的空气源热泵和采用冰蓄冷的装路。因此空 气源热泵冷热水机组采用螺杆式圧缩机的越来越广泛而且LI前螺杆式压缩机大多 采用R-22为冷媒可延续到2030年才会被禁用。其价格比起其它代替冷媒要便宜 的多。LI前使用R-

5、22的螺杆式压缩机的制冷量范围为:140"3600kWo1.3空气源热泵机组的性能系数cop1.3. 1全负荷时的cop某一工况下热泵出力于热泵入力，功耗，之比为性能系数cop,它是评价热泵装 路的重要指标。通过分析不论何种主机出水温度对cop的影响冬季，共热，比 夏季（供冷）大的多。1.3.2部分负荷时的cop估量空气热源热泵机组全年运行的经济时必须了解各机种的部分负荷性能。 部分负荷特性是指制冷机运行负荷率q偏）与耗功率N（紛之比。在夏季它同样 受室外温度影响,t出口一定，或出水温度影响,t室外一定，而部分负荷性能系数 cop'二cop全。根据具体惜况部分负荷时的cop&

6、#39;有可能大于满负荷时的cop 这是由于压缩机能量调节,卸缸或调速等，而冷凝器、蒸发器的传热面积和风量等 未能调整而改善了工况才使机组的部分负荷性能提高。1.4空气源热泵机组的能耗分析1.4.1供暖季节能耗分析1. 平衡温度点对空气源热泵机组的制热季节性能系数的影响对于选定的空气源热泵机组当建筑物的热负荷较大时平衡温度点将增高 使整个供暖季的辅助加热量的增加从而导致制热季节性能系数降低，当建筑物的 热负荷较小时平衡温度点将降低导致整个供暖季的辅助加热量的减小。同时山于负 荷的减小机组有更多的时间处于部分负荷下运行。因此制热季节性能系数先是 增大然后会有所降低。且在相同平衡点温度下各地区使用

7、热泵机组具有不同的 制热季节性能系数值。2. 运行方式对空气源热泵机组制热季节性能系数的影响一班制时热泵机组都在口天运行而口天时的室外气温要高于夜间这使得 在整个供暖季一班制运行热泵机组的制热季节性能系数要高于三班制运行机组。作为一种节能技术要评价空气源热泵的节能效应就必须用到一次能利用率E的概念一次能利用率在这里指的是热泵机组的制热量与一次能耗的比值。空气 源热泵机组的一次能利用率的提高-一方面有待于进一步改进技术提高空气源热 泵的制热季节性能系数，另一方面则取决于我国平均发配电效率的提高。1.4.2供冷季节能耗分析空气源热泵的供冷季节能耗分析采用负荷频率表法。负荷频率表法是建立在空调负荷与

8、室内外温差大致成比例这一假设基础上的。该方法根据室外空气干球温度 岀现的年频率数，用于全年运行的空调系统，或季节频率数,用于季节性空调系统，和 空调系统的全年或季节运行工况计算出不同室外空气状态下的加热量和冷却量。在 计算出冷，热，负荷后再根据冷，热,源机组的变工况性能表查出相应工况下的供冷, 热，季节小时频率值相乘然后累加计算出冷，热，源设备的耗能量。经过分析发现供冷季节性能系数与本地区的气候条件是相一致的因为供冷 季节的气候越炎热室外空气温度越1高空气源热泵的供冷季性能系数将越低。1.5空气源热泵机组与水冷式冷水机组的比较1.5. 1占地面积单就风冷式制冷机外形尺寸而言要比水冷式制冷机组的

9、尺寸大但水冷式制 冷机需设路冷却塔和冷却水泵因此水冷机的综合尺寸较风冷机要大很多。另外 风冷式制冷机一般賂于高层建筑的裙楼屋顶或多层建筑的屋顶其外形尺寸同水冷式制冷机在屋顶设賂冷却塔的占地面积相当这样就节省了在建筑 物内因设路了制冷机房而多占用的面积。这在寸土寸金的大城市中尤显优势。1.5.2系统简单风冷式制冷机因没有冷却水系统使制冷系统变得简单化即省去了冷却塔、 冷却水泵和管路的施工安装工作量也减小了冷却水系统运行的日常维护、保养工 作量与维修费用。1. 5. 3对建筑物美观的影响LI前大部分建筑物的水冷式制冷机组均采用冷却塔循环水冷却系统。冷却塔 安装在大楼屋面既影响建筑外观乂与优雅环境不

10、协调。使用冷却塔常常会遭到 审美观念较强的建筑师的反对。而风冷式制冷机外形方正高度一般不会超过3m 比冷却塔要低一半左右对建筑物外观影响相对较小。而且风冷机还可防止某些 冷却塔因瓢水而形成的“晴天下小雨”给人们带来的不便。 1.5.4水阻力风冷机组水系统的另一特点是风冷机水侧阻力通常为30"50kPa远比一般水 冷机的水侧阻力80"100kPa要小。1. 5. 5节水方面在空调丄程上冷却塔运行中所蒸发与风耗的水量较大而且无法回收。例如： 深圳经协大厦空调冷却水的补水量是整个大厦中日常生活用水的一倍。而风冷机 却无须消耗冷却水。1.5.6部分负荷时的能耗问题

11、美国特灵(TRANE)公司曾做过水冷离心式冷水机组和风冷离心式冷水机组在全 负荷和部分负荷的耗电量比较:其数据见表1表1水冷机与风冷机耗电量比较负荷制冷量kW耗电*(kW)风冷式水冷式全负荷11603502992/3负荷7742042091/3负荷387109154从表中数据可见在全负荷时曲于风冷式冷水机组的冷凝温度高于水冷式机 组故风冷机的压缩机需要较大的功率因此风冷式冷水机组耗电量确比水冷机要 大大约大15%左右。但在2/3负荷时两者基本持平且风冷机耗电量还略低。而 在1/3负荷时风冷机的耗电量远远低于水冷机大约低30%左右。但山于空调负 荷在整个夏季的分布是极不平衡的其至在一天之内各时段

12、的负荷也差别很大故 机组在最大负荷下运行的时间是极其有限的即制冷机大都处于部分负荷下运转因此使用风冷机的能耗不比水冷机的能耗大。1.5.7风冷机与冷水机综合费用的比较制冷机的综合费用包括一次性投资费用和运行维护费用就一次性投资费用 而言风冷机要比水冷机花钱多但是水冷机造价加上冷却塔、冷却水泵、管道和 水处理等费用水冷机的一次性投资费用并不比风冷机少太多况且冷却水系统中 冷却塔、水管路和水泵等设备的维护保养费、水处理费、冷凝器清洗费等均较风冷 机组高。冷水机组年运行时间越长对风冷式制冷机组越有利风冷机与水冷机组 相比较其处投资回收期短。所以南方地区用于空调的冷水机组更适合采用风冷 式制冷机组。从

13、冷却条件来看南方地区夏季室外湿球温度较高也对水冷式制冷 机组不利。1.6空气源热泵机组的应用与展望1. 6. 1空气源热泵机组的应用在此借鉴一些国外的做法：1、对于供热负荷远小于供冷负荷的地区可以对与供热负荷相应的冷量部分用热泵提供热量，冬,和冷量，夏，而其余冷量由cop 较高的制冷设备，如离心式，来解决。这样夏季的电耗可得以节省。2、釆用蓄热方法冬季以中午热泵出力有余可将该热量积蓄在蓄热槽里 到晨、晚不足时使用这种蓄热方法可以在水蓄热系统中应用也可以在空气源热 泵的冰蓄热装路中实现。3、采用热回收式热泵即在热泵循环中增设一冷媒/水换热器夏季回收部分 冷凝器排热量冬季可回收空调区内的热量补充采

14、热蒸发器的不足即在冬季时不 仅是空气热源同时乂利用了内区水热源。最近国外推出一种与夏季冰蓄冷相结合 的空气源热泵装路全年可实现八种运行工况冬季则可根据一天内气候变化规律 完成热泵供热功能弥补了过去热泵出力与建筑能耗有相反趋向的不足。4、当有条件多能源供冷供热时可合理组织供能模式例如：当高层建筑物的 标准层为办公楼而下部裙房为综合用途者则高层部分可用空气源热泵装路，有条 件时考虑储冰，低层部分可采用燃气吸收式系统。当电动制冷设备与燃气吸收式 联合供能时则可按夏季优先用燃气、冬季优先用电力来协调供能。5、当利用燃气作能源时可试行热力原动机，燃气机，直接带动的空气源热泵 它不仅利用了空气热源还从原动

15、机的排热中回收大量热量其能量利用系数可 达1.5左右。国外已有容量达240kW的整体式机组。1. 6. 2空气源热泵机组的展望随着城市建设对建筑立面美观性的要求、对冷却塔使用的制约等因素和对能 源的利用率以及某些城市对冷却塔使用的制约等因素那么空气源冷水机组作 为空调冷热源在某些地区的使用将会愈来愈多空气源热泵也将向着成熟和完善 的方向继续发展。参考文献1. 马最良姚杨民用空调设计化学工业出版社20032. 范存养龙惟定上海市空气热源热泵的应用与展望暖通空调 19943. 周晋李树林风冷热泵机组的能耗分析流体机械20024. 杨昌智孙一坚热泵式和直燃式冷温水机组运行特性的比较研究湖南大学学报1

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