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空氣源熱泵系統(tǒng)設(shè)計指南
空氣源熱泵機組介紹
我們知道，水蒸發(fā)要吸收熱量，水蒸氣凝結(jié)要放出熱量，制冷機（或者說熱泵）就是利用這種“氣化吸熱、液化放熱”的原理實現(xiàn)的，只是整個過程是由制冷劑在封閉系統(tǒng)中完成而已。由于低壓蒸汽是由壓縮機升壓，所以，也稱為“蒸汽壓縮式制冷(制熱）系統(tǒng)”。
空氣源熱泵就是利用室外空氣的能量，通過機械做功，使得能量從低位熱源向高位熱源轉(zhuǎn)移的制冷（制熱）裝置。它以冷凝器放出的熱量來供熱，以蒸發(fā)器吸收熱量來制冷。
就熱力循環(huán)的過程而言，制冷機和熱泵都是基于逆卡諾循環(huán)而實現(xiàn)其功能的，由于這種裝置在運行過程中，總是一側(cè)吸熱，另一側(cè)排熱，所以，一臺裝置伴生并兼具制冷和制熱兩種功能。
空氣源熱泵的技術(shù)措施
1、具有先進可靠的融霜控制，融霜時間總和不應(yīng)超過運行周期時間的20%。
2、冬季設(shè)計工況時機組性能系數(shù)（COP），冷熱風(fēng)機組不小于1.8，冷熱水機組不應(yīng)小于2.0。
3、寒冷地區(qū)采用空氣源熱泵機組應(yīng)注意以下事項：
1）室外計算干球溫度低于-10℃的地區(qū)，應(yīng)采用低溫空氣源熱泵機組；
2）室外溫度低于空氣源熱泵平衡點溫度（即空氣源熱泵供熱量等于建筑物耗熱量）時，應(yīng)設(shè)置輔助熱源。
4、機組進風(fēng)口的氣流速度宜控制在1.5-2.0m/s，排氣口的排氣速度不宜小于7m/s。
5、熱泵機組的基礎(chǔ)高度一般應(yīng)大于300mm，布置在可能有積雪的地方時，基礎(chǔ)高度需加高。
重點公式和基本數(shù)據(jù)
一、基本耗熱量公式：Q=K×F×ΔT
其中：
Q——圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W；
K——圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(㎡.℃)；
F——圍護結(jié)構(gòu)傳熱面積，㎡；
ΔT——室內(nèi)外計算溫差，℃；
用于計算門、窗、墻、地面、屋面各部分圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量
常用圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K（W/(㎡.℃))
一、基本耗熱量公式：Q=K×F×ΔT
其中：
Q——圍護結(jié)構(gòu)基本耗熱量，W；
K——圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/(㎡.℃)；
F——圍護結(jié)構(gòu)傳熱面積，㎡；
ΔT——室內(nèi)外計算溫差，℃；
用于計算門、窗、墻、地面、屋面各部分圍護結(jié)構(gòu)的基本耗熱量
常用圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K（W/(㎡.℃))
重點公式和基本數(shù)據(jù)（續(xù)）
二、流量計算公式：GL=0.86X∑Q/(tg-th)
其中：
GL——流量，Kg/h；
∑Q——熱負(fù)荷，W；
tg——供水溫度，℃；
th——回水溫度，℃；
三、不同供暖末端形式的供水溫度及溫差
空氣源熱泵出水溫度一般可達(dá)到45℃，溫差5℃，所以，更適合空氣源熱泵的供暖末端形式是地暖。
低溫?zé)崴孛孑椛涔┡O(shè)計要點
1、低溫?zé)崴孛孑椛涔┡到y(tǒng)的供、回水溫度應(yīng)由計算確定，供水溫度不應(yīng)大于60℃。民用建筑供水溫度宜采用35～50℃，供回水溫差不宜大于10℃。
2、地表面平均溫度（℃）
低溫?zé)崴孛孑椛涔┡O(shè)計要點（續(xù)）
4、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《采暖通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》GB50019的有關(guān)規(guī)定進行計算。
5、計算全面地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷時，室內(nèi)計算溫度的取值應(yīng)比對流采暖系統(tǒng)的室內(nèi)計算溫度低2℃，或取對流采暖系統(tǒng)計算總熱負(fù)荷的90%～99%。
6、局部地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷，可按整個房間全面輻射供暖所算得的熱負(fù)荷乘以該區(qū)域面積與所在房間面積的比值和下表中所規(guī)定附加系數(shù)確定。
7、進深大于6m的房間，宜以距外墻6m為界分區(qū)，分別計算熱負(fù)荷和進行管線布置。
8、敷設(shè)加熱管的建筑地面，不應(yīng)計算地面的傳熱損失。
9、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計算，可不考慮高度附加。
10、分戶熱計量的地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負(fù)荷計算，應(yīng)考慮間歇供暖和戶間傳熱等因素。
查表法確定地暖管間距
PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs（W/㎡）
管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃（水泥或陶瓷地面，熱阻R=0.02(㎡.k/w)）
采暖方案設(shè)計估算指標(biāo)
1、在方案設(shè)計階段，缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的情況下，采暖負(fù)荷可以按照熱指標(biāo)進行估算，有條件時，應(yīng)進行逐個房間、逐項的負(fù)荷計算。
2、熱指標(biāo)用于單個房間，誤差可能很大。
3、該表格按連續(xù)供暖考慮，間歇供暖熱指標(biāo)=連續(xù)熱指標(biāo)×24/每日供暖小時數(shù)。
空氣源熱泵機組的容量修正
1、空氣源熱泵機組的容量，應(yīng)根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱負(fù)荷綜合考慮后決定，一般取決于冷、熱負(fù)荷中的較大者。
2、機組的制熱量，除了與環(huán)境溫度有密切關(guān)系外，還與除霜情況有關(guān)。確定機組冬季實際制熱量Q(KW)時，應(yīng)根據(jù)室外空調(diào)計算溫度和融霜頻率按下式進行修正：
Q=q×K1×K2
其中：
Q——機組實際工況下的制熱量（kW）；
q——產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)工況下的制熱量（標(biāo)準(zhǔn)工況：室外干球溫度7℃，濕球溫度6℃）（kW）；
K1——使用地區(qū)室外空調(diào)計算干球溫度修正系數(shù)，按產(chǎn)品樣本選��；
K2——機組融霜修正系數(shù)，應(yīng)根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)修正；當(dāng)無數(shù)據(jù)時，可按每小時融霜一次取0.9，兩次取0.8。
空調(diào)匹數(shù)（HorsePower-HP 馬力)原指輸入功率，即1匹（馬力）=735W（瓦），包括壓縮機、風(fēng)扇、電機以及電控部分。因不同品牌其具體的系統(tǒng)及電控設(shè)計的差異，其輸出制冷量也各不相同，故其制冷量以輸出功率計算。一般來講，1匹的制冷量大致為2000大卡，以國際單位換算應(yīng)乘以1.163，故1匹制冷量大約為2000×1.163=2326W。這里的W（瓦）即表示制冷量，是國家標(biāo)準(zhǔn)單位。
選擇空氣源熱泵需要的是實際溫度下的供熱或制冷能力，根據(jù)供熱量或制冷量來選擇機組，“匹”是一種功率單位，用起來是不科學(xué)的，現(xiàn)在制冷量和制熱量應(yīng)該以W或者KW作為計量單位。
但現(xiàn)在很多人都還在用匹作為單位，這里就介紹一下其換算關(guān)系。
匹數(shù)=Q/（能效比×735）
如，計算得到所需制熱量為20KW，能效系數(shù)假設(shè)為3（與室外溫度有關(guān)），則20000/（3×735）=9匹
戶式空氣源熱泵緩沖水箱
為避免壓縮機頻繁啟動、增加系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，應(yīng)校核系統(tǒng)水容量是否能滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的要求。即當(dāng)系統(tǒng)中（水）所存儲的能量不足以維持短暫停機（比如化霜）時水溫波動要求（夏季不大于5℃，冬季不大于3℃），應(yīng)設(shè)置緩沖水箱。
1、系統(tǒng)水容量計算
M1=Mg+Ms
Mg——管道水容積，kg；
Ms——設(shè)備水容積之和，kg；
2、系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求
1）夏季運行時，主機停機10min，供水溫度允許升高不大于5℃；
2）冬季運行時，主機除霜時間為3min時，供水溫度允許降低不大于3℃；
3、系統(tǒng)要求的最小水容積
M2=(Q×t0）/（c×Δt）
Q——末端設(shè)備的供冷或供熱量，kw；
C——水的定壓比熱容，4.2kj/（kg.K）；
Δt——水溫的波動要求值（夏季5℃，冬季3℃）
冬、夏季水容積計算結(jié)果中，數(shù)值較大者為空調(diào)系統(tǒng)對水容積的要求值，如M1＜M2,應(yīng)放大管徑重新計算直至滿足要求，或設(shè)置緩沖水箱。
設(shè)置緩沖水箱的優(yōu)點
一、如果不設(shè)置緩沖水箱，將導(dǎo)致主機頻繁啟停。特別是當(dāng)末端系統(tǒng)為暖氣片或風(fēng)機盤管時，環(huán)路中的循環(huán)水量有限，就會引起主機在很短的時間內(nèi)達(dá)到設(shè)計溫度，主機就會停止工作，然后又會在很短暫的時間內(nèi)，水溫達(dá)到主機啟動的條件，這樣頻繁啟停會大大減少主機的使用壽命和浪費電能。加上緩沖水箱就相當(dāng)于系統(tǒng)能量增加了，系統(tǒng)的溫度變化平穩(wěn)了，主機啟動次數(shù)也自然減少了，使用壽命也就大大延長了。
二、設(shè)置緩沖水箱可以高效除霜，除霜時間縮短。機組在除霜反向制冷時需要消耗管道內(nèi)的熱量，如果水系統(tǒng)的水量少，除霜時間就會加長，而且會造成管道內(nèi)水溫較低，除霜效果不好。如果加裝了緩沖水箱，那么在除霜的過程中，因為水箱內(nèi)有一定的溫度，可以在短時間內(nèi)完成化霜，并且消耗熱量也比較小，避免了因為主機除霜而造成的室內(nèi)溫度波動變化。
三、緩沖水箱的第三個好處是能夠保證系統(tǒng)的水流暢通，能夠完成自動排氣，避免機組循環(huán)不暢報故障停機。
四、設(shè)置緩沖水箱可以讓系統(tǒng)排污更徹底，防止系統(tǒng)阻塞。系統(tǒng)中的雜質(zhì)會通過循環(huán)慢慢沉積到緩沖水箱的底部，經(jīng)過過濾器的時候，水泵的水質(zhì)會變好，從而減少過濾器的清洗。
低溫空氣源熱泵和風(fēng)冷熱泵的區(qū)別（1）
區(qū)別一、產(chǎn)品依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同
低溫?zé)岜玫臅盒袠?biāo)準(zhǔn)為：《GB/T25127.1-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵（冷水）機組第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的熱泵（冷水）機組》、《GB/T25127.2-2010低環(huán)境溫度空氣源熱泵（冷水）機組第2部分：戶用及類似用途的熱泵（冷水）機組》。商用與家用的區(qū)別是能量大小，大約50KW為商用。
風(fēng)冷熱泵的標(biāo)準(zhǔn)為：《GB/T18430.1-2007蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組第1部分：工商業(yè)用和類似用途的冷水（熱泵）機組》、《GB/T18430.2-2008蒸汽壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機組第2部分：戶用和類似用途的冷水（熱泵）機組》。同樣是以制冷量大小區(qū)分，制冷量小于50KW為家用，大于50KW為商用。
低溫空氣源熱泵和風(fēng)冷熱泵的區(qū)別（2）
區(qū)別二、產(chǎn)品設(shè)計條件不同
兩者的設(shè)計條件不同，即設(shè)計工況不同，我們以名義工況為例來說明。名義工況是產(chǎn)品銘牌上標(biāo)示的額度制熱量（制冷量)測定時的工況，一般就是機組最普遍、最常用的工作狀態(tài)。
低溫?zé)岜玫闹茻崦x工況，空氣側(cè)溫度為“-12℃”；風(fēng)冷熱泵的制熱名義工況，空氣側(cè)溫度為“7℃”。低溫?zé)岜弥茻釙r主要設(shè)計工況都是在0℃以下，而風(fēng)冷熱泵制熱時的所有設(shè)計工況都是在0℃以上。
低溫空氣源熱泵和風(fēng)冷熱泵的區(qū)別（3）
區(qū)別三、產(chǎn)品的應(yīng)用場景與運行方式不同
低溫?zé)岜脩?yīng)用于低環(huán)境溫度的場景，風(fēng)冷熱泵應(yīng)用于常溫的場景。
低溫?zé)岜弥饕δ芫褪遣膳⑶医^大部分也是這么應(yīng)用的；風(fēng)冷熱泵側(cè)重于制冷，兼顧制熱。
低溫?zé)岜玫哪┒酥饕堑嘏⑴瘹馄�、還有風(fēng)機盤管等；風(fēng)冷熱泵的末端基本上都是風(fēng)機盤管，沒有地暖、暖氣片。
地暖、散熱器的運行特征是小流速大溫差，風(fēng)機盤管的運行特征是小溫差大流量。所以低溫?zé)岜门c風(fēng)冷熱泵的設(shè)計理念不同，風(fēng)冷熱泵是以末端為風(fēng)機盤管為前提，兩器配的太小，水泵配的太大，沒有考慮地暖的運行特征，所以傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢不明顯。
低溫空氣源熱泵和風(fēng)冷熱泵的區(qū)別（4）
區(qū)別四、所用的核心零部件不同
低溫?zé)岜盟玫膲嚎s機為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機，風(fēng)冷熱泵采用的是普通壓縮機。低溫?zé)岜贸藗鹘y(tǒng)的空調(diào)四大件（壓縮機、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器）外，一般還會增加中間經(jīng)濟器或閃蒸器來給“噴氣增焓”壓縮機提供低溫低壓的冷媒“噴氣”。
一般的熱泵機組在環(huán)境溫度很低時，蒸發(fā)溫度很低，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力很低，所以壓縮機壓力低、冷媒循環(huán)量小，制熱量也就很小。
低溫?zé)岜迷黾恿私?jīng)濟器或閃蒸器，將一部分冷媒蒸汽導(dǎo)入壓縮機，提高吸氣壓力，增大冷媒循環(huán)量，制熱量也就增大了；同時，經(jīng)過經(jīng)濟器或閃蒸器的主冷媒受到了過冷，增大了換熱焓差，也使得制熱量增大了。故稱作“噴氣增焓”。