空氣源熱泵系統(tǒng)設計指南

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，總是一側吸熱，另一側排熱，所以，一臺裝置伴生并兼具制冷和制熱兩種功能。

空氣源熱泵的技術措施

1、具有先進可靠的融霜控制，融霜時間總和不應超過運行周期時間的20%。

2、冬季設計工況時機組性能系數（COP），冷熱風機組不小于1.8，冷熱水機組不應小于2.0。

3、寒冷地區(qū)采用空氣源熱泵機組應注意以下事項：

1）室外計算干球溫度低于-10℃的地區(qū)，應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，應設置輔助熱源。

4、機組進風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、熱泵機組的基礎高度一般應大于300mm，布置在可能有積雪的地方時，基礎高度需加高。

重點公式和基本數據

一、基本耗熱量公式：Q=K×F×ΔT

其中：

Q——圍護結構基本耗熱量，W；

K——圍護結構傳熱系數，W/(㎡.℃)；

F——圍護結構傳熱面積，㎡；

ΔT——室內外計算溫差，℃；

用于計算門、窗、墻、地面、屋面各部分圍護結構的基本耗熱量

常用圍護結構傳熱系數K（W/(㎡.℃))

一、基本耗熱量公式：Q=K×F×ΔT

其中：

Q——圍護結構基本耗熱量，W；

K——圍護結構傳熱系數，W/(㎡.℃)；

F——圍護結構傳熱面積，㎡；

ΔT——室內外計算溫差，℃；

用于計算門、窗、墻、地面、屋面各部分圍護結構的基本耗熱量

常用圍護結構傳熱系數K（W/(㎡.℃))

重點公式和基本數據（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。

低溫熱水地面輻射供暖設計要點

1、低溫熱水地面輻射供暖系統(tǒng)的供、回水溫度應由計算確定，供水溫度不應大于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（℃）

低溫熱水地面輻射供暖設計要點（續(xù)）

4、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷，應按現(xiàn)行國家標準《采暖通風及空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50019的有關規(guī)定進行計算。

5、計算全面地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負荷時，室內計算溫度的取值應比對流采暖系統(tǒng)的室內計算溫度低2℃，或取對流采暖系統(tǒng)計算總熱負荷的90%～99%。

6、局部地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷，可按整個房間全面輻射供暖所算得的熱負荷乘以該區(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)，分別計算熱負荷和進行管線布置。

8、敷設加熱管的建筑地面，不應計算地面的傳熱損失。

9、地面輻射供暖系統(tǒng)熱負荷計算，可不考慮高度附加。

10、分戶熱計量的地面輻射供暖系統(tǒng)的熱負荷計算，應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)）

采暖方案設計估算指標

1、在方案設計階段，缺乏基礎數據的情況下，采暖負荷可以按照熱指標進行估算，有條件時，應進行逐個房間、逐項的負荷計算。

2、熱指標用于單個房間，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=連續(xù)熱指標×24/每日供暖小時數。

空氣源熱泵機組的容量修正

1、空氣源熱泵機組的容量，應根據空調系統(tǒng)的冷、熱負荷綜合考慮后決定，一般取決于冷、熱負荷中的較大者。

2、機組的制熱量，除了與環(huán)境溫度有密切關系外，還與除霜情況有關。確定機組冬季實際制熱量Q(KW)時，應根據室外空調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——產品標準工況下的制熱量（標準工況：室外干球溫度7℃，濕球溫度6℃）（kW）；

K1——使用地區(qū)室外空調計算干球溫度修正系數，按產品樣本選��；

K2——機組融霜修正系數，應根據廠家提供的數據修正；當無數據時，可按每小時融霜一次取0.9，兩次取0.8。

空調匹數（HorsePower-HP 馬力)原指輸入功率，即1匹（馬力）=735W（瓦），包括壓縮機、風扇、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，是國家標準單位。

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，用起來是不科學的，現(xiàn)在制冷量和制熱量應該以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系。

匹數=Q/（能效比×735）

如，計算得到所需制熱量為20KW，能效系數假設為3（與室外溫度有關），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℃），應設置緩沖水箱。

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、夏季水容積計算結果中，數值較大者為空調系統(tǒng)對水容積的要求值，如M1＜M2,應放大管徑重新計算直至滿足要求，或設置緩沖水箱。

設置緩沖水箱的優(yōu)點

一、如果不設置緩沖水箱，將導致主機頻繁啟停。特別是當末端系統(tǒng)為暖氣片或風機盤管時，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達到設計溫度，主機就會停止工作，然后又會在很短暫的時間內，水溫達到主機啟動的條件，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，主機啟動次數也自然減少了，使用壽命也就大大延長了。

二、設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，因為水箱內有一定的溫度，可以在短時間內完成化霜，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)中的雜質會通過循環(huán)慢慢沉積到緩沖水箱的底部，經過過濾器的時候，水泵的水質會變好，從而減少過濾器的清洗。

低溫空氣源熱泵和風冷熱泵的區(qū)別（1）

區(qū)別一、產品依據的標準不同

低溫熱泵的暫行標準為：《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。

風冷熱泵的標準為：《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冷熱泵的區(qū)別（2）

區(qū)別二、產品設計條件不同

兩者的設計條件不同，即設計工況不同，我們以名義工況為例來說明。名義工況是產品銘牌上標示的額度制熱量（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)。

低溫熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為“-12℃”；風冷熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為“7℃”。低溫熱泵制熱時主要設計工況都是在0℃以下，而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。

低溫空氣源熱泵和風冷熱泵的區(qū)別（3）

區(qū)別三、產品的應用場景與運行方式不同

低溫熱泵應用于低環(huán)境溫度的場景，風冷熱泵應用于常溫的場景。

低溫熱泵主要功能就是采暖，并且絕大部分也是這么應用的；風冷熱泵側重于制冷，兼顧制熱。

低溫熱泵的末端主要是地暖、暖氣片、還有風機盤管等；風冷熱泵的末端基本上都是風機盤管，沒有地暖、暖氣片。

地暖、散熱器的運行特征是小流速大溫差，風機盤管的運行特征是小溫差大流量。所以低溫熱泵與風冷熱泵的設計理念不同，風冷熱泵是以末端為風機盤管為前提，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)的風冷熱泵帶地暖節(jié)能優(yōu)勢不明顯。

低溫空氣源熱泵和風冷熱泵的區(qū)別（4）

區(qū)別四、所用的核心零部件不同

低溫熱泵所用的壓縮機為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機，風冷熱泵采用的是普通壓縮機。低溫熱泵除了傳統(tǒng)的空調四大件（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。

低溫熱泵增加了經濟器或閃蒸器，將一部分冷媒蒸汽導入壓縮機，提高吸氣壓力，增大冷媒循環(huán)量，制熱量也就增大了；同時，經過經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”。