集中型热泵系统关键设计参数怎样确定

1、目录 HYPERLINK l _Toc30694_WPSOffice_Level1一、引言1 HYPERLINK l _Toc32537_WPSOffice_Level1二、设备选型分析1 HYPERLINK l _Toc32281_WPSOffice_Level1三、 设计计能效分分析7 HYPERLINK l _Toc31677_WPSOffice_Level1四、集中型型热泵系系统设计计参数优优化建议议13 热泵系统的的设计参参数与运运行情况况是否相相符会对对系统的的投资与与运行能能耗、能能效有很很大影响响，是衡衡量系统统设计水水平的一一个重要要依据。王王靖华等等人对空空气源热热泵热水水

2、系统的的设计参参数进行行了探讨讨，指出出空气源源热泵容容量选型型不当将将会影响响机组实实际运行行的高效效性和可可靠性。马马珂妍等等人分析析了严寒寒地区地地源热泵泵系统关关键设计计参数对对系统运运行特性性的影响响，并在在系统运运行特性性分析的的基础上上，考虑虑多种因因素相互互作用，对对影响地地源热泵泵系统运运行的关关键设计计参数进进行逐项项分析并并给出了了优化方方法。江江凯等人人强调了了在设计计和布置置地源热热泵系统统地埋管管换热器器时，需需要考虑虑实际运运行情况况，不能能盲目采采用标准准或经验验公式中中给出的的设计指指标。笔笔者在集集中式电电驱动水水-水热泵泵机组制制热工况况运行能能效实测测分

3、析集集中型热热泵供暖暖系统输输配能效效实测分分析2篇文章章中提出出，热泵泵机组选选型过大大、输配配系统设设计或选选型不当当将会在在一定程程度上增增大热泵泵系统的的实际运运行能耗耗。由此此可见，热热泵系统统能否发发挥出其其真实能能效，与与系统设设计和实实际运行行情况有有很大的的关系。为此，笔者者统计了了我国北北方寒冷冷地区某某城市18个集中中型热泵泵供暖系系统的设设计参数数，并与与其实际际运行数数据进行行对比分分析。调调研的热热泵系统统涉及地地埋管地地源热泵泵系统与与水源热热泵系统统，建筑筑功能包包括住宅宅、办公公楼、宾宾馆等。探探讨了这这些热泵泵系统设设计参数数的合理理性，并并总结了了系统设设

4、计的几几个典型型问题。表1为所调调研的18个集中中型热泵泵供暖系系统的基基本信息息。表1 调调研项目目基本信信息所调研的118个项目目，根据据热源形形式可以以分为地地埋管热热泵系统统(11个)、污水水源热泵泵系统(2个)、海水水源热泵泵系统(4个)以及空空气源热热泵系统统(1个)。建筑筑功能主主要包括括住宅和和公共建建筑2类，其其中住宅宅项目10个(含有住住宅及其其他功能能的项目目以住宅宅为主的的均归为为住宅类类)，公共共建筑8个（包包括学校校、医院院、办公公楼、商商业、酒酒店、工工厂）。末末端形式式包含了了常见的的几类形形式：全全空气系系统、风风机盘管管+新风系系统、散散热器、辐辐射地板板等

5、。笔笔者将分分别从设设备选型型、设计计能效两两方面对对以上18个项目目进行分分析。2.1 热泵容容量选型型调研项目所所在城市市位于我我国寒冷冷A区，供供暖度日日数HDDD18为2 4401 d，计算算供暖期期室外平平均温度度为2.11 ，最低低气温约约为10 。当地地的热泵泵系统主主要用于于解决冬冬季供暖暖需求，兼兼顾夏季季供冷功功能，装装机容量量一般由由冬季热热负荷决决定。对对各调研研项目的的单位建建筑面积积装机容容量进行行统计，结结果如图图1所示。图1 热热泵机组组装机容容量由图1可以以看出，不不同系统统装机容容量差异异较大。对对于供暖暖装机容容量，其其均值和和中位数数分别为为58.0 W

6、W/m22和40.0 WW/m22。如图2a所示，供供暖装机机容量有有18%的系统统小于30 W/mm2，41%的系统统在3050 W/mm2之间，12%的系统统在5070 W/mm2之间，29%的系统统高于70 W/mm2。最小小值为项项目M的14 W/mm2，最大大值为项项目Q的1666 W/m2，远高高于JGJJ 26620110严寒寒和寒冷冷地区居居住建筑筑节能设设计标准准给出出的当地地14层以上上建筑物物耗热量量指标8.88 W/m2。在这这种情况况下，如如果热泵泵机组单单台选型型过大或或群控策策略不当当，将会会导致机机组长期期运行在在低负荷荷率下，严严重降低低机组的的运行性性能。对

7、对于供冷冷装机容容量，其其均值和和中位数数分别为为65.0 WW/m22和53.0 WW/m22。如图2b所示，供供冷装机机容量有有14%的系统统小于30 W/mm2，29%的系统统在3050 W/mm2之间，21%的系统统在5070 W/mm2之间，36%的系统统高于70 W/mm2。图2 装机机容量统统计在实际调研研过程中中，上述述问题普普遍存在在于各个个系统中中。供暖暖装机容容量最大大的项目目Q为办公公建筑，通通过运行行记录分分析发现现，其冬冬季尖峰峰热负荷荷仅为11.1 WW/m22，远小小于供暖暖装机容容量。相相比之下下，也有有供暖装装机容量量较为合合理的项项目，其其中，居居住建筑筑

8、项目K供暖装装机指标标为31 W/mm2，与实实际负荷荷最为接接近，最最冷情况况下设备备全开恰恰好能满满足末端端供暖需需求。而而与项目目K供暖装装机容量量相同的的项目N，由于于地处近近郊，入入住率仅仅为20%。当前前入住率率下该项项目实际际运行中中尖峰热热负荷为为11.2 WW/m22，仅为为装机容容量的35%。但当当该项目目入住率率达到1000%之后，折折算得到到的单位位面积尖尖峰热负负荷为55.4 WW/m22，当前前装机容容量无法法满足供供暖需求求。将所调研的的项目根根据居住住建筑和和公共建建筑分类类，分别别统计其其热泵供供暖和供供冷装机机容量，结结果如图图3所示。图3 居住住建筑、公公

9、共建筑筑供暖供供冷装机机容量对对比在所调研的的18个项目目中，住住宅项目目供暖装装机容量量的均值值和中位位数分别别为49.0 WW/m22和38.0 WW/m22，上下下四分位位数分别别为30.0 WW/m22和65.0 WW/m22。而公公共建筑筑项目供供暖装机机容量的的均值和和中位数数分别为为68.1 WW/m22和58.5 WW/m22，上下下四分位位数分别别为35.5 WW/m22和84.0 WW/m22。住宅项目供供冷装机机容量的的均值和和中位数数分别为为48.7 WW/m22和38.0 WW/m22，上下下四分位位数分别别为34.0 WW/m22和58.5 WW/m22。公共共建筑

10、项项目的均均值和中中位数分分别为81.3 WW/m22和73.0 WW/m22，上下下四分位位数分别别为43.0 WW/m22和81.0 WW/m22。对于供暖、供供冷装机机容量，公公共建筑筑项目普普遍高于于住宅项项目。但但对于住住宅项目目A，由于于设计机机械新风风系统，供供暖和供供冷装机机容量分分别为95 W/mm2和1044 W/m2。项目R末端采采用散热热器，供供暖装机机容量为为97 W/mm2，均远远高于其其余住宅宅项目，甚甚至超过过了公共共建筑装装机容量量的平均均值。在在设计时时存在选选型过大大的问题题。2.2 水泵扬扬程选型型对于水泵选选型，需需要确定定其工作作点的流流量与扬扬程，

11、确确保水泵泵在实际际工作中中能够高高效运行行。其中中，水泵泵流量由由热泵主主机需求求的流量量决定，而而扬程与与水系统统设计相相关。在在调研过过程中，笔笔者对18个项目目水泵扬扬程选型型进行了了统计，得得到了17个系统统的热水水泵扬程程选型和和15个系统统的热源源泵扬程程选型，统统计结果果如图4所示。图4 水泵泵额定扬扬程其中项目GG、项目K负荷侧侧为二级级泵系统统，且均均位于供供暖站，此此处统计计结果为为一级泵泵和二级级泵的总总扬程。项项目F为二级级泵系统统，其中中二级泵泵位于末末端，此此处仅统统计一级级泵扬程程。项目目M为三级级泵系统统，三级级泵位于于末端，此此处统计计的为一一、二级级泵总扬

12、扬程。其其余项目目均为一一级泵系系统。对于热水泵泵扬程选选型，其其均值和和中位数数分别为为33.9 mm和30.0 mm，最大大值为项项目K的61.0 mm，最小小值为项项目I的20.0 mm。其中中热水系系统采用用二级泵泵或三级级泵的项项目G，K，M，其热热水泵总总扬程选选型的均均值和中中位数分分别为54.3 mm和57.0 mm。而采采用一级级泵系统统以及只只考虑一一级泵扬扬程的14个项目目，热水水泵扬程程选型的的均值和和中位数数分别为为29.6 mm和28.0 mm。对于热源水水系统，其其均值和和中位数数分别为为32.5 mm和30.0 mm，最大大值为项项目L的42.0 mm，最小小值

13、为项项目A的27.0 mm。根据据热源形形式不同同可以将将所调研研的项目目分为地地埋管地地源热泵泵系统和和水源热热泵系统统。其中中地埋管管地源热热泵项目目热源泵泵扬程选选型的均均值和中中位数分分别为32.2 mm和30.0 mm。所调调研的水水源热泵泵项目O和项目Q的热源源泵扬程程选型分分别为34.0 mm和35.0 mm。可以以看出，在在调研的的15个系统统的热源源泵扬程程选型中中，热源源侧采用用地埋管管地源热热泵的系系统和采采用水源源热泵的的系统热热源泵扬扬程并无无较大差差异。笔者将水泵泵实际运运行扬程程与额定定值进行行了对比比统计，结结果如图图5所示。图5 水泵泵运行扬扬程与额额定扬程程

14、统计其中，热水水泵实际际运行扬扬程的均均值和中中位数分分别为24.7 mm和26.0 mm。而热热源泵实实际运行行扬程的的均值和和中位数数分别为为25.1 mm和27.0 mm。由此此可见，水水泵实际际运行扬扬程整体体要低于于额定扬扬程。主主要原因因是在系系统设计计阶段，水水泵选型型普遍附附加了过过高的安安全余量量。但是是，也有有很多系系统运行行过程中中由于未未能对系系统进行行及时维维保，如如过滤器器、换热热器脏堵堵未及时时清洗或或更换等等，使得得管网阻阻力增大大，高于于其额定定扬程。如如项目D，其热热源泵与与热水泵泵扬程选选型均为为30 m。但热热源泵实实际运行行扬程为为34 m，高于于额定

15、值值，主要要原因为为地源侧侧大部分分地埋管管支路未未开启，导导致系统统阻力偏偏大，仅仅地埋管管管路就就有20 m的阻力力，而项项目D热水泵泵实际运运行扬程程仅为22 m，远低低于额定定值。这这2种情况况都会导导致水泵泵的工作作点偏离离额定工工况点，偏偏离较大大时水泵泵效率可可能会大大幅下降降，输配配能耗上上升；另另一方面面，还会会影响系系统流量量，不利利于换热热设备的的运行效效果。2.3 输配系系统供回回水温差差设计输配系统供供回水温温差决定定了系统统的流量量，直接接影响了了系统的的输配能能耗，笔笔者在调调研过程程中，对对热源水水系统以以及热水水一次水水系统的的供回水水温差的的实际值值与设计计

16、值进行行了统计计，结果果如图6所示。图6 输配配系统供供回水温温差统计计统计结果显显示，热热源水系系统设计计温差的的中位数数为5.00 ，上、下下四分位位数分别别为4.33 和5.00 ，而实实际运行行温差的的中位数数为3.22 ，上、下下四分位位数分别别为2.77 和3.55 。对于于热水一一次侧，其其设计温温差的中中位数为为5.00 ，上、下下四分位位数均为为5.00 ，而实实际运行行温差的的中位数数为4.00 ，上、下下四分位位数分别别为3.55 和5.00 。由此可见，在在调研的的项目中中，热源源水和热热水输配配系统供供回水温温差普遍遍低于设设计值，导导致系统统流量偏偏大。集集中型热热

17、泵供暖暖系统输输配能效效实测分分析中中指出，造造成系统统大流量量、小温温差的原原因主要要为管网网末端水水力不平平衡，末末端冷热热不匀，运运行人员员只能通通过加大大系统整整体流量量以保障障不利末末端的供供暖需求求。另一一方面，由由于热泵泵机组群群控策略略不当，为为了确保保热泵机机组蒸发发器、冷冷凝器水水流量接接近额定定值，当当热泵机机组开启启台数过过多时，也也可能出出现整体体大流量量、小温温差的情情况。3.1 系统供供暖能效效除了设备的的出力情情况之外外，系统统能效也也是衡量量一个系系统运行行性能的的重要指指标，通通过此次次调研，笔笔者对系系统各设设备能效效水平的的设计值值和实际际运行情情况进行

18、行了统计计，调研研系统的的设计供供暖能效效如表2及图7所示。表2 设计计工况图7 系统统设计供供暖能效效系统的单位位热量总总能耗设设计值在在0.22100.566 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数分分别为0.331，0.330 kkWh/(kWh)，其中中主机单单位热量量的能耗耗在0.11800.311 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数均均为0.224 kkWh/(kWh)；热水水泵单位位热量的的能耗在在0.00100.066 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数均均为0.003 kkWh/(kWh)；热源源泵单位位热量的的电耗在在0.00100.244 kWWh/(

19、kWh)之间。项项目Q热源泵泵单位热热量的能能耗为0.224 kkWh/(kWh)，远高高于其他他项目，排排除特殊殊的项目目Q后，统统计得到到热源泵泵单位热热量的能能耗均值值为0.003 kkWh/(kWh)。其中单位热热量系统统能耗最最高的为为项目Q，其能能耗偏高高的主要要原因为为，热源源侧为海海水源，出出于防冻冻考虑采采用了间间接连接接系统。海海水与热热泵机组组之间增增加了乙乙二醇溶溶液作为为中间介介质，热热源侧配配置了海海水泵与与乙二醇醇泵2组水泵泵，且水水泵的设设计扬程程及功率率均较大大，乙二二醇泵的的扬程选选型高达达45 m。而同同样以海海水为热热源的项项目N设计为为海水直直连式系系

20、统，海海水直接接进入热热泵机组组，其热热源泵功功耗远低低于项目目Q。实际际投入运运行后，项项目N一直运运行正常常，没有有出现热热源侧温温度过低低导致冻冻裂的现现象。随后，笔者者对调研研项目的的14个系统统典型工工况下供供暖能效效的实测测瞬时结结果进行行了统计计，结果果如表3和图8所示。系系统运行行的典型型工况下下单位热热量系统统总能耗耗在0.220.52 kWh/(kWh)之间，均均值和中中位数分分别为0.333，0.334 kkWh/(kWh)。主机机能耗在在0.11400.433 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数分分别为0.226，0.225 kkWh/(kWh)；热水水泵能耗耗

21、在0.00100.066 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数均均为0.003 kkWh/(kWh)；热源源泵能耗耗在0.00100.111 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数均均为0.003 kkWh/(kWh)。表3 典型型工况实实测值图8 系统统典型工工况运行行供暖能能效其中，实际际运行性性能最佳佳的为项项目O，其设设计单位位制热量量电耗为为0.223 kkWh/(kWh)，相当当于系统统COPP为4.3；其中中主机电电耗为0.22 kWWh/(kWh)，相当当于COOP为5。而实实际运行行能效高高于设计计值，单单位制热热量电耗耗仅为0.22 kWWh/(kWh)，相当当于

22、系统统COPP达到5；主机机电耗为为0.118 kkWh/(kWh)，相当当于COOP为5.5。而实实际运行行性能最最低的为为项目E，其单单位热量量能耗高高达0.552 kkWh/(kWh)，供应应相同热热量时能能耗为项项目O的2.6倍。图9显示了了以上14个系统统单位热热量系统统总能耗耗设计值值和实测测值的对对比情况况。调研研结果显显示，14个系统统实际运运行的单单位热量量能耗普普遍高于于相应的的设计值值，这与与系统管管理维护护有很大大关系。集集中式电电驱动水水-水热泵泵机组制制热工况况运行能能效实测测分析集集中型热热泵供暖暖系统输输配能效效实测分分析2篇文章章对这一一问题作作了充分分的描述

23、述，指出出需要对对热泵供供暖系统统的设计计选型、设设备调试试、运行行策略以以及维护护保养等等环节进进行严格格把控，充充分发挥挥热泵系系统的制制热能效效。图9 系统统供暖能能效设计计值与实实测值对对比3.2系统统供冷能能效在所调研的的热泵系系统中，有有部分系系统同时时兼具供供冷功能能，笔者者对其设设计供冷冷能效进进行了统统计，结结果如图图10所示。图10 系系统设计计供冷能能效系统的单位位冷量总总能耗设设计值在在0.11600.377 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数均均为0.225 kkWh/(kWh)，主机机能耗在在0.11400.233 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数

24、分分别为0.118，0.119 kkWh/(kWh)；冷水水泵能耗耗在0.00100.055 kWWh/(kWh)之间，均均值和中中位数分分别为0.004，0.003 kkWh/(kWh)；冷却却水泵能能耗在0.00100.188 kWWh/(kWh)之间，同同样，排排除特殊殊的项目目Q后，均均值和中中位数均均为0.003 kkWh/(kWh)。对上述同时时兼具供供冷功能能的热泵泵系统中中的4个项目目夏季实实际运行行能效进进行测试试统计，结结果如图图11所示。4个系统统的典型型运行工工况下平平均单位位冷量总总能耗、主主机能耗耗、冷水水泵能耗耗和冷却却水泵能能耗分别别为0.332，0.223，0

25、.004，0.005 kkWh/(kWh)。除了了项目M实际运运行能效效高于其其设计指指标外，其其他3个项目目的运行行能效均均低于设设计指标标。图11 部部分系统统典型工工况运行行供冷能能效热泵系统作作为可再再生能源源一度受受到大力力推广。然然而在应应用过程程中，有有大量项项目暴露露出舒适适性差、能能效水平平低、运运行成本本高等问问题。通通过实测测调研发发现，热热泵系统统实际运运行能效效普遍低低于其设设计值。笔者在集集中式电电驱动水水-水热泵泵机组制制热工况况运行能能效实测测分析集集中型热热泵供暖暖系统输输配能效效实测分分析2篇文章章对集中中型热泵泵供暖系系统在实实际运行行过程中中存在的的典型

26、问问题进行行了分析析。如图图12，13所示，可可以总结结为供热热量高以以及运行行能效低低2类问题题，共同同导致了了集中型型热泵供供暖系统统在实际际运行过过程中能能耗偏高高。在实实际运行行过程中中，无论论是热泵泵机组、输输配系统统还是末末端设备备，任何何一个环环节出现现问题，都都会导致致系统整整体运行行性能的的降低。图12 集集中型热热泵供暖暖系统供供热量高高的典型型问题图13 集集中型热热泵供暖暖系统能能效低的的典型问问题这一方面是是由于系系统在实实际运行行过程中中的管理理与维护护不当导导致的。另另一方面面，也与与系统的的设计、选选型有很很大关系系。系统统设计、选选型不佳佳将无法法为实际际运行提提供保障障和操作作空间，也也是导致致运行效效果不佳佳的关键键问题。从本文调研研的热泵泵系统来来看，各各项目在在设计阶阶段都只只针对设设计工况况的负荷荷进行了了计算，并并依此进进行系统统设计