毕业设计（论文）-空气源热泵热水器设计.doc

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1、南京化工职业技术学院毕业论文 空气源热泵热水器设计目 录摘要 2前言3第一章 空气源热泵热水器设计及应用概述 41.1空气源热泵的概述 41.2空气源热泵的发展 51.3空气源热泵的前景 6第二章 空气源热泵热水器系统运行原理 82.1蒸汽压缩式制冷循环原理 82.2空气源热泵热水器组成及工作原理 92.3空气源热泵的设计方法 11第三章 空气源热泵热水器设计计算 173.1空气源热泵热水器系统优化计算 173.2工质性能分析 17第四章 空气源热泵热水器设计实例 224.1实例介绍224.2图纸说明 234.3安装步骤以及注意事项以及说明 23参考文献25致谢 26摘 要本文主要从热泵热水器

2、原理设计节能环保等方面进行了大体的说明。首先是从空气源热泵的概述、起源、发展历程等进行了介绍。从中可以了解到什么是热泵热水器？什么又是空气源热泵热水器以及空气源热泵技术前景等等。其次是从热泵的运行原理以及蒸汽压缩式制冷循环原理方面进行了更详细的介绍空气源热泵的组成以及设计方法。通过这一章可以的了解到热泵的组成、性质、特点等。最后对空气源热泵的系统计算、工质性能的分析，从环保节能经济性等方面入手说明空气源的相对于其他热泵的优势。文章最后还通过列举实例，用图纸说明来具体设计一个空气源热泵的步骤，让读者一目了然。关键词 空气源 热泵 设计 节能环保 前 言能源是人类社会求生存和发展的物质基础，中国作

3、为一个能源消耗大国,人口众多,能源相对匮乏, 自然资源总量排在世界第七位, 能源总量约4 万亿吨标准煤,居世三位,而人均能源占有量约为世界平均水平的40%。尽管我国人均用能不及世界平均人均能耗水平的一半,但能源消费总量已达世界第二。从能源消费结构来看，我国是世界上最大的煤炭消费国，煤炭消费约占总能量的67%，这是导致环境严重污染、生态逐年恶化的根本原因之一。因此，大力开拓新能源与可再生能源的实际应用成为我国解决能源紧张和保护生态环境的重要战略任务。空气源能是新能源与可再生能源的重要组成部分。空气源能量巨大，是取之不尽。用之不竭的能源。空气源能的利用不像对地球上所蕴藏的常规能源那样，可能会在几百

4、年后就完全枯竭。空气源能分布广阔，获取方便。空气源能不需要开采和运输，使用安全卫生，对环境无污染，是当之无愧的清洁能源。空气源能的利用具有巨大的市场前景，不仅带来很好的社会效益、环境效益，而且还有明显的经济价值。近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。为了使空调行业走可持续发展的道路，有必要对其技术进行创新。空气源热泵供热空调系统是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的环保型的新型空调系统。作为一种有效地节能绿色产品，空气源热泵将在我国建筑空调系统中发挥越来越

5、重要的作用。因此，空气源热泵技术在我国有着广阔的应用前景。它的应用将产生重大的经济效益和社会效益。空气源热泵不需要人工的冷热源,可以取代锅炉或市政管网等传统的供暖方式和中央空调系统。冬季它代替锅炉从土壤、地下水或者地表水中取热,向建筑物供暖;夏季它可以代替普通空调向土壤、地下水或者地表水放热给建筑物制冷。同时,它还可供应生活用水，可谓一举三得，是一种有效地利用能源的方式。第一章空气源热泵热水器设计及应用概述第一节 空气源热泵的概述1.1.1 什么是热泵 热泵 Heat Pump热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术。人们所熟悉的“泵”是一种可以提高位能的机械设备，比如水泵主要是将水从低位

6、抽到高位。而“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，提供可被人们所用的高品位热能的装置。我们都有一个常识：水不可能自发的从低位流向高位，要将低位的水输送到高处去，必须用一台水泵（消耗电能作为补偿），才能将低位的水送到高处。同理，热量不可能自发的从低温环境传送到高温环境中去，如果要实现热能从低温环境向高温环境的转移，必须通过一台设备，并消耗一部分机械功（例如电能）作为补偿，这种设备就称为“热泵”。因此同益风冷热泵型热水机组的工作原理是通过输入小部分电力，驱动压缩机运行，整个热泵系统投入动作，通过蒸发器不断从低温环境中吸收热量，通过冷凝器将系统吸收的热量和消耗的电能

7、传递到高温环境中，原理如下所示。 压缩机每消耗1份电能就能使工质运送26份热能（根据环境温度不同而定）。传统的使用电力、燃油、燃气等的热水器实质上是一种能量转换装置，它们把电能、燃料的化学能转换为热能。例如燃气热水器，通过燃气在氧气作用下燃烧，会有不完全燃烧、高温度热损耗、换热损耗等热能的损失，实际的制热学系数反在0.50.7之间。而热泵所消耗的电能只是供应机械（压缩机、电机等）系统做功搬运热能把热能从低品位（低温）热源中运送到高品位（高温）热源中。因此，它不是热能的转换设备，而是热能的搬运设备，它不受热能转换效率（极限为100%）的制约热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，把环境介质中贮存的能

8、量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个热泵装置所消耗的功仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以节约大量高品位能源。 在运行中，蒸发器从周围环境中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机压缩后温度和压力上升，高温蒸气通过冷凝器冷凝成液体时，释放出的热量传递给了储水箱中的水。冷凝后的传热工质通过膨胀阀返回到蒸发器，然后再被蒸发，如此循环往复。1.1.2 空气源热泵空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热源，用来取(供)暖或供应热水，整个系统集热效率甚高。空气源热泵的

9、原理实际和空调差不多，是一种新型的热水器，主要由几大部分组成：蒸发器，压缩机，冷凝器，储液罐，膨胀阀等等，整套设备中贯穿着一种物质，冷媒，现实中最常见的就是氟利昂，工作原理就是冷媒在蒸发器中与空气进行热交换，吸收空气的热量，（为什么会吸收空气的热量，是因为这种物质的沸点很低，一般是零下40几度。由于物体由液态变成气态要吸收大量的热量，所以这里的空气相对来说温度已经很高，所以一定会吸热），在蒸发器中吸热以后由液态变为气态，进入压缩机，由压缩机把这种冷媒加工成为高温高压的蒸汽，然后进入冷凝器，在冷凝器中，冷媒与水进行热交换，冷媒的温度下降，由高温高压的气态变成液态，释放大量的热量，而水就可以吸收这

10、种热量，冷媒就又回到储液罐中，等待下一次的循环，正是因为冷媒的这种周而复始的循环，把大量的热能源源不断的从空气中带到水中，所以叫空气源热泵热水器。首先空气源是因为我们能量的大量的来源是空气，其次为什么中间还要加个热泵，是因为在我们的理解中，泵本来是提高水的位能恶的一种设备，即把水从地处抽到高出的一种设备，同理这种设别是将热量从低的地方带到高的地方的设备，所以就叫空气源热泵，最后因为这是一种热水的设备，所以叫热水器，所以全名就叫空气源热泵热水器。图1-2-1第二节 空气源热泵的发展2.2.1 空气源热泵的历史1824年法国科学家卡诺(Sadi karnot)发表卡诺循环理论,成为热泵技术的起源

11、1850年 英国科学家开尔文（L.Kelvin)提出将逆卡诺循环用于加热的热泵设想 热泵的理论起源于十九世纪早期法国科学家萨迪.卡诺(Sadi karnot)，卡诺在 1824年首次以论文提出“卡诺循环”理论，30年后，英国科学家开尔文（L.Kelvin)于1850年初提出:冷冻装置可以用于加热，之后许多科学家和工程师对热泵进行了大量研究，研究持续80年之久。 1912年瑞士的苏黎世成功安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，这是早期的水源热泵系统，也是世界上第一套热泵系统。热泵工业在20世纪40年代到50年代早期得到迅速发展，家用热泵和工业建筑用的热泵开始进入市场，热泵进入了早期发展阶

12、段。 21 世纪，随着“ 能源危机 ”出现，燃油价格忽升，经过改进发展成熟的热泵以其高效回收低温环境热能，节能环保的特点，重新登上历史舞台，成为当前最有价值的新能源科技。 前国际热能署专门成立国际热泵中心，设立热泵推广工程（Heat Pump Programme），向世界上各国推广协调热泵技术的应用和发展。 美、 加、瑞典、德、日、韩等国政府均发出专门官方指引，促进热泵技术的社会应用。1.2.2空气源热泵的优势空气源热泵以水源热泵类似方法从空气获得热量来加热水。三种热泵中，空气源热泵受到的条件限制最小。空气能热泵热水器（空气源热泵热水器）中的冷媒（R22、R417A等）把空气中的低温热能吸收进

13、来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温。这种热水器（空气源热泵热水器）具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的约2倍。 空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低价位能源，利用热泵循环提高其能源品位，因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术，具有实用价值。空气源热泵热水器（空气源热泵热水器）加热时间短，水电完全分离，无触电危险；无废烟、废气排出，因而无中毒危险；同时也克服了太阳能热水器阴雨天不能工作、电热水器出现漏电、燃气热水器出现煤气泄露的缺点。空气能热泵热水器（空气源热泵热水器）也得到了官方的应用。高效节能由工作原理可知，热泵机组

14、能从周围空气获取大量的免费热量，一般情况下，每消耗1度电大约能产生34度电以上的热量。机组的能效比（COP）平均可达34以上，相当于热效率超过300%400%，比用直接电加热方式节能6775%以上。运行费用是普通电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，燃油热水器的1/2.5，太阳能热水器的1/1.5。1.3.2 经济耐用由于效率高，运行费用低，是电锅炉的1/31/4还少，而且可以大大降低供电负荷，节约电力增容费。跟燃气燃油锅炉比较，无需相应的燃料供应系统，因此无需燃料输送费用和管理费用。设备紧凑，操作、维护简单，无需人工管理费用。机组安装在室外，比如裙楼或顶层屋面、敞开的阳台等处，无需设立专门的

15、设备房，不占用有效的建筑面积，节省土建投资。压缩机、热交换器和主要零部件均选用名牌优质产品，运行可靠，使用寿命长。外壳采用镜面不锈钢，高雅美观，经久耐用，不易生锈。安全环保热泵机组对大气及环境无任何污染,而且节能效果明显,属于绿色环保类产品,符合我国目前的能源、环保方面的基本政策。热泵机组设有高低压异常保护、压缩机过载保护、风机过热保护、缺相保护、漏电保护、传感器故障保护、限温保护等多种自动安全保护功能。与传统的热水锅炉相比，没有相应的燃料供应和烟气排放系统，系统安全、卫生、清洁，没有燃料泄露、火灾、爆炸等安全隐患。与传统的活塞压缩式热泵机组相比较，同益热泵采用涡旋式压缩机，其噪音小，对周围环

16、境不会产生不利影响。1.3.4 适应性强空气源热泵型热水机组的工作性能随室外气候变化比较明显，室外环境温度在040范围内，热泵机组都能正常工作。热泵机组提供可达60以上的热水，充分满足卫生热水、泳池恒温和采暖等各种需求。与水箱配套使用，充分利用夜间优惠电价时段来加热，预先储存大量的热水。可多台机组并联满足更大量的热水需求，另外，在热水需求量减少的季节或需要检修时，可以停用部分机组而不影响其他机组运行。第三节 空气源热泵热水器前景随着能源紧缺的进一步扩大，全民的节能意识也得到了很大的提高。节能不再只是作为一种宣传口号被传播，而是切实地被各地的政府等相关职能部门提上了日程。从长江三角洲的“电荒”到

17、涉及东北、华东、华南、西南等地区的“煤荒”与“缺油”，传统能源紧缺的“红灯笼”挂遍中国大地。能源危机的警钟唤起了人们对能源战略应用的重新思考，同时也将人们的目光引向了新型能源的开发及利用。 伴随着能源紧缺的影响，一些标榜节能、环保的产品应运而生，特别是夏季来临时各个行业对电能的严重依赖，“电荒”的影响对一些耗电大的产品的节能性提出了更高的要求，诸如空调、电热水器等产品。近两年来，一种更新型的节能热水器产品空气源热泵热水器，在全国市场都吹响了号角。空气源热泵与目前常用的电热水器不同，它不是用电热管在水中直接加热，而是通过热泵集热器从自然空气中收集热源，传热工质吸热自然汽化，经压缩后形成高温高压气

18、体，再通过冷凝盘管“搬运”到水中释放热量。冷凝后工质变成液体经膨胀阀回到终端，周而复始，闭合循环，从而达到加热冷水制取生活热水的目的。 空气源热泵热水器具有太阳能热水器节能、环保、安全的优点，又解决了太阳能热水器依靠阳光采热和安装不便的缺点。由于高安全、高节能、寿命长、不排放毒气等诸多优点，以及可以有效的解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安全等各方面较棘手问题，而日益受到社会各方面的广泛关注。 从政府职能部门来看，各级市府部门都在大力推广节能环保产品，并且在政策上也予以一定的扶持。今年2月16日，旨在限制温室气体排放、遏制全球变暖的京都议定书生效，大力鼓励、推广绿色环保新能源及其应用产品成

19、为各国必然的选择。而能源紧张、拉闸限电、燃气涨价等问题的凸现，正促使传统的、高能耗的家电产品加速退出市场。国家建设部建筑节能“十五”计划和2010年规划提出，到2015年全国家庭太阳能热水器普及率要达到20%-30%。中国科学院广州能源研究所专家李凡提出，节能型热水器产品并不能把眼睛只盯在传统的热水器之上，空气能热泵热水器将是继电热水器、燃气热水器及太阳能热水器之后的第四大种类热水器，并且安装不受建筑物或楼层限制，使用上也不受气候条件限制。 另外据笔者通过一些渠道了解到，以上海为首的一些城市在未来几年内，内环以内的热水锅炉设备将逐渐被取缔，市府职能部门也在大力提倡使用节能、环保产品；另外，针对

20、上海民用建筑的结构及分布的特殊性，有关专家建议：将这种“冰箱”式的热水器纳入申城建筑节能发展计划中。上海市资源综合利用协会专家倪德良建议，申城绿色节能建筑发展计划中应纳入“冰箱”型热水器，在建房时就留下相应空间，为其留一席之地。 由于热泵具有较好的节能效果，节能法的颁布实施促进了热泵事业的发展，减少二氧化碳的排放量和限期停用CFCS工质的环境保护政策。实施民用建筑节能设计标准后，建筑采暖能耗降低，降低了热泵采暖方式的运行费用，增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。要解决大中城市能源消耗量大、污染严重的问题，必须改善能源结构，这就为热泵的应用创造了条件。我国节能政策和环境保护政策、巨大的建筑市

21、场、丰富的工业余热资源等因素将会极大地促进空气源热泵热水器市场的发展。 对于房地产开发商来说，随着农村城镇化建设进一步加速以及缄区旧城改造的开展，新建住宅几乎全部安装了热水器；同时在八十年代中期、九十年代初期安装的热水器均面临使用期已到须更新的高峰期。在今后的十年，中国将有33的家庭迁入新居，意味着平均每年有260万个以上的家庭需要热水器，热水器的市场容量将以两位数增长。新型节能环保热水器在建筑行业的推广应用也给他们带来了新的利润增长点，增加了楼盘的品质。对业主而言，可以24小时使用热水，且相比电热水器而言，可以节省大量的运行开支。 在空气源热泵制造行业中，以芬尼克兹节能设备有限公司为首的部分

22、企业，在经过了几年时间的努力后，从目前市场对热泵的接受程度及反响来看，无论从经销商层面还是终端用户，其认知程度都在大大提高，一些报刊、媒体也在大肆报道空气能热泵热水器在业内创造的种种神话；并且在过去一段时间，我们在全国市场所做的热泵工程反映来看，空气能热泵热水器确实是节能、环保的热水产品，在为客户创造价值的同时，用户对热泵的好评度也越来越高。 随着农村城镇化建设进一步加速以及城区旧城改造的开展，新建住宅几乎全部安装了热水器；同时在八十年代中期、九十年代初期安装的热水器均面临使用期已到须更新的高峰期。有关专家预测，在今后的十年，中国将有33的家庭迁入新居，意味着平均每年有260万个以上的家庭需要

23、热水器，家用热水器的市场容量将以两位数增长。热泵还可替代部分锅炉（太阳能大面积热水系统跟其是无法比较的）供生活热水，根据一些媒体、杂志得出的初步估算数据来看，当热泵热水器进入市场成长期和成熟期时，应有400亿以上的蛋糕等着分割。 现在，国内生产热泵的企业接近100家，单纯从热泵的竞争来看，并不是很激烈。当前热泵市场最主要的问题就是产品知名度的问题，一万个人中，可能只有两三个人知道热泵热水器。从国际上来看，热泵热水器已经是一个很成熟的技术了，但在国内来讲热泵热水器的确还处于起步阶段，犹如初生的婴儿，因此就需要有更多本着对行业负责的生产厂家投入其中，为这一阳光产业的更进一步发展做出不懈努力，给予更

24、多的呵护与关爱。同时我们也呼吁相关的政府职能部门给予更多的政策支持，让热泵产业在健康的道路上长足发展。图1-3-1第二章 热泵热水器系统运行原理第一节 蒸汽压缩式制冷循环原理 热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第2定律，运用热泵的原理，只需要消耗一小部分的机械功（电能），将处于低温环境（大气或地下水等）下的热量转移到高温环境下的热水器中，去加热制取高温的热水。热泵可以与水泵相比拟，水是不能自发地从低处流向高处，要将低处的水输送到高处，必须用一台水泵，消耗一部分电力，才能将水送到高处的水箱中。同样，根据热力学第二定律，热量也是不能自发地从低温环境向高温环境中转移（传送），而要实现这个目的，必须

25、要有一台机器，消耗一部分机械功（例如电能），才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去。这样的机器就称之为“热泵”。热泵的作用是将空气中或低温水中的热量取出，连同本身所用的电能转变成的热能，一起送到高温环境中去应用。单级蒸气压缩式制冷系统如下图所示。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾， 蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力， 然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气） 与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体

26、通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。 混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。蒸汽压缩制冷理论循环 1. 循环（是简化了的实际制冷循环） 图2-1-1 图2-1-2逆卡诺循环：13451蒸汽压缩制冷循环：123451 1-2（压缩机）：等熵压缩；2-3-4（冷凝器）：等压放热；4-5（节流阀）：绝热节流，等焓；5-1（蒸发器）：等压吸热而制冷。

27、压缩放热（冷却与冷凝）节流吸热（汽化、蒸发） 空气能是一种广泛存在、平等给予和可自由利用的低价位能源，利用热泵循环提高其能源品位，因而是一项极具开发和应用潜力的节能、环保新技术，具有实用价值。派沃空气源热泵热水器（空气源热泵热水器）加热时间短，水电完全分离，无触电危险；无废烟、废气排出，因而无中毒危险；同时也克服了太阳能热水器阴雨天不能工作、电热水器出现漏电、燃气热水器出现煤气泄露的缺点。空气能热泵热水器（空气源热泵热水器）也得到了官方的应用。第二节 空气源热泵热水器工作原理空气源热泵热水器是继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器的新一代热水装置，是可替代锅炉的供暖水设备。空气源热泵热水器是综合

28、电热水器和太阳能热水器优点的安全节能环保型热水器，可一年三百六十五天全天候运转，制造相同的热水量，使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3，太阳热水器的1/2。高热效率是空气源热泵热水器最大的特点和优势，在能源问题成为世界问题时，这是空气源热泵热水器成为“第四代热水器”的最重要的法宝之一。221系统介绍空气源热泵热水器内专置一种吸热介质冷媒，它在液化的状态下低于零下20，与外界温度存在着温差，因此，冷媒可吸收外界的热能，在蒸发器内部蒸发汽化，通过空气源热泵热水器中压缩机的工作提高冷媒的温度，再通过冷凝器使冷媒从汽化状态转化为液化状态，在转化过程中，释放出大量的热量，传递给水箱中的储备水

29、，使水温升高，达到制热水的目的。系统组成空气源热泵中央热水机组一般由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、过滤器、储液罐、单向阀、电磁阀、冷凝压力调节水阀、储水箱等几部分组成系统简图 图2-2-2工作原理 1. 低温低压制冷剂经膨胀机构节流降压后，进入空气交换机中蒸发吸热，从空气中吸收大量的热量Q1 2. 蒸发吸热后的制冷剂以气态形式进入压缩机，被压缩后，变成高温高压的制冷剂（此时制冷剂中所蕴藏的热量分为两部分：一部分是从空气中吸收的热量Q1，一部分是输入压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q2）； 3. 被压缩后的高温高压制冷剂进入热交换器，将其所含热量（Q1+Q2）释放给进入热换热器中的冷

30、水，冷水被加热到55（最高达65）直接进入保温水箱储存起来供用户使用；4. 放热后的制冷剂以液态形式进入膨胀机构，节流降压.如此不间断进行循环。222特点与优势设计先进通过计算机仿真测试实验室，模拟各种恶劣环境的运行，调试评估出机组系统的最优化配置方案及机组最合理的COP值。运用现代计算机仿真技术结合设计风道系统，有效减少高频噪音。智能控制强大的微电脑控制功能，彻底解决系统运行的安全问题，能够智能化的向终端用户提供连续、稳定的卫生热水。高效节能的制热系统空气能热泵是以空气做为能源来源的，受环境影响很小。采用全新高效制热系统，优化的系统设计，运行平稳，系统稳定，综合效能比达到3.6-6高端配置电

31、子膨胀阀本身具有很大的调节能力，从而更保证了更强的节流能力；管翅片热交换器采用内螺纹铜管，翅片采用亲水铝箔，具有高效的热交换性能，从而增大其换热量；机组冷凝器采用进口高效优质的螺旋铜管制作，换热能力充足，能效比更高；拥有专利的融霜控制技术，保证机组具有良好的制热性能，除霜更快更彻底；确保机组能够稳定运行。低温运行能在恶劣天气下使用，机组具有智能化霜功能，但是一般适用于最低温度在-20以上的地区全方位保护机组有全方位的保护系统、各种参数查询、故障查询、系统参数查询等功能，动行安全可靠、方便，真正做到无需人员值守，节省开支。绿色环保因不使用燃气所以不会产生废气，不会破坏臭氧层。同时COP至少为3以

32、上，比电热水器节省2/3甚至3/4电费，比燃气热水器及太阳能热水器年辅助加热节省1/2甚至2/3费用。而每减少消耗一度电量，可以减少发电时的1.5磅的二氧化碳产生，也就可以减少对大气层破坏。同时空气源热泵抽取空气中的热量制热后，排出的是冷风，有利于改善环境温度，降低温室效应。注：但是，目前我国大部分厂家所采用的热媒（冷媒）还是R22，采用环保热媒（冷媒）R417A、R410A的时代逐渐到来。而日本等一些国家已率先采用CO2作为热媒（冷媒），不对臭氧层造成破坏（所以在安装时，铜管务必要连接紧密，防止R22漏出。若R22完全不漏出，将对环境无任何负面影响）。另外，以上所述的R22、R417A、R4

33、10A、CO2皆对人体不造成伤害的，即使有漏出，整套热水设备都是安全的。今后更需改进的是对热泵压缩机的改良。第三节 空气源热泵的设计这一节主要通过对热泵负荷与容量的确定、机组类型与台数的确定、热泵的位置、水泵的选择与布置、热泵热泵系统末端设备的选择、热泵热泵水系统、空气源热泵空调系统节能措施等方面进行了详细的介绍。其次还要考虑一些其他因素的影响，例如使用时间、较低温度的放不宜使用、当室外强度低于空气源热泵平衡点温度（即空气源热泵供热量等于建筑牦热量时的室外计算温度)时，应设置辅助热源。在辅助热源使用后，应注意防止冷凝温度和蒸发温度超出机组的使用范围等等。以上仅从技术角度指出了空气源热泵在寒冷地

34、区的使用，设计时还蓄从经济角度全面分析。在有集中供热的地区，就不宜采用。231 热泵负荷与容量的确定 热泵负荷包括热泵冷负荷和热泵热负荷。热泵冷（热）负荷指为将室内的空气参数维持在设计参数状态，单位时间内需向建筑提供的冷（热）量。这是一个受室内设计参数、室内人员、设备等散热、散湿量、围护结构性质、室外空气环境参数（包括温度湿度、气流速度等）、太阳辐射强度等诸多因素影响的变量。在室内外设计计算参数条件下的热泵冷（热）负荷为建筑物之热泵设计计算冷（热）负荷。让热泵系统恰如其分地提供冷（热）量，以满足设计计算状态下建筑物的需求，并随时适应建筑物热泵冷（热）负荷及其变化的需要是热泵设计的根本目的。 在

35、热泵系统设计过程中，热泵负荷计算是第一步，热泵负荷的计算应包括热泵设计计算负荷的确定和各时段负荷的分析。其次，设备的容量必须满足热泵设计计算冷(热)负荷的要求，另外设备的配置应适应热泵负荷变化的特点。在以空气源热泵型冷热水机组为冷源的热泵系统设计中热泵机组的容量既要考虑到大楼各部分的同时使用系数，还应考虑到热泵的实际制冷量、实际供热量会因设备间距限制等原因造成通风不畅，部分气流短路(这部分的出力损失约占5左右)而受到影响，和室外换热器因表面积灰、换热器表面结垢、设备衰减等因素的影响，故所选择的热泵机组尚应考虑安全系数。由公式来表示：Q=12QD。式中，Q热泵机组在设计工况下的制冷（供热）量KW

36、QD设计计算负荷，KW1同时使用系数，由具体工程定，一般为0.751.02安全系数，一般取1.051.10。另外，热泵机组既要满足系统夏季的供冷要求，又要满足系统冬季的热泵供暖要求。各不同供应商的热泵机组的额定制冷量，额定供热量的参数不尽相同，与各地区热泵室外设计参数不一定一致。对南京而言，一般供应商所提供的热泵机组额定制冷工况条件与实际一致或相近，一般空气干球温度为35，热泵冷媒水进出水温度分别为12、7左右。而冬季制热热泵的额定工况条件为室外空气温度78，进出水水温为50-55。这一条件与南京地区冬季热泵设计计算温度相差甚远。南京气候特征为冬冷夏热。对于一般办公、酒店为主的综合楼，冬季热泵

37、供暖设计计算热负荷约为夏季热泵设计计算冷负荷的70-85。在热泵机组选择时，应查看热泵机组对应于当地设计计算气象参数条件的真实出力。如果热泵机组在设计计算室外参数条件下的制冷量大于设计计算冷负荷，而制热量等于热负荷，则应以热负荷为准选择热泵。反之，如果制冷量满足设计计算冷负荷要求，而供热量大于所需热量，则可考虑部分选用风冷型冷水机组，部分选用热泵机组，以减少投资。一般情况下，按夏季负荷选定的热泵，能满足冬季供暖的要求。232 机组类型与台数的确定 热泵型冷热水机组根据压缩机的不同可分为涡旋式热泵机组、往复式热泵机组和螺杆式热泵机组，按机组结构大小、组合规模不同，热泵机组可分为整体式热泵机组和模

38、块式热泵机组。 整体式热泵机组与模块式热泵机组没有本质的区别，所谓模块式热泵就是指一台热泵机组由若干台热泵单元（有独立的制冷回路、独立的蒸发、冷凝、独立的框架，甚至有独立的控制板）并联而成，各单元增减组合灵活方便，任意一单元的故障不影响其余各单元的工作。每单元的额定制冷量为55KW左右。国内热泵机组生产企业以生产模块式热泵机组为多，而整体式热泵机组从外观上看是一组合单元，一整体框架，虽然内部可有多台压缩机，甚至有2个以上的制冷回路，但它们之间一般不可再分解。模块式热泵机组的主要优点是噪音低、振动小，由于系统总的制冷回路多，冬季化霜时对系统水温影响小。系统互备性也好，另外，热泵机组一般置于屋顶，

39、模块式热泵机组由于各单元组合灵活，各单元尺寸小，重量轻，故具有运输吊装、安装方便等优点。如工程较大，模块式热泵机组会由于制冷单元数量较多，而存在故障点多、维护量大的可能，额定工况下的效率也略低于整体机组。另外，由于模块化热泵一般采用板式换热器，对水质要求较高，对各单元之间水力平衡的要求也较高。综上所述，对较小系统，或对尺寸、重量吊装等有特殊要求的场合，模块式热泵有其优越性。所选用模块式热泵应注意三个问题：一是水质要求，入口要设较高过滤效率的过滤器，二是水力平衡要好，三是拼装块数不宜过多，以免影响换热器的进风面积。一般一组不宜超过6个单元。在选择整体式热泵机组时，应考虑到热泵系统负荷变化的特点和

40、设备间的互备性，考虑到冬季热泵化霜时尽可能减少对水温的影响。一般一个热泵系统的热泵台数不宜低于2-3台，每个热泵系统的配置的热泵机组的总的制冷回路数不宜少于4-6个。当然，热泵的台数还应考虑大楼功能、用户单元划分、计量、管理等综合因素。致于往复式热泵机组与螺杆式热泵机组，从理论上讲，螺杆式热泵运动部件少，维护量少，效率也高，噪音也低。但由于热泵的噪音很大一部分来源于风机，而且压缩机的噪音可以通过加隔音罩等办法降低，故实际上螺杆式热泵的噪音比活塞式热泵的噪音略低（约3-5dB(A)）。另外，对于热泵机组热阻主要在室外换热器侧，热泵的效率还受两器面积等因素的影响，故从工程角度，螺杆式热泵与活塞型热

41、泵在效率上的差异有限。但螺杆式热泵的价格高于往复式热泵。关于制冷剂问题，有条件时尽可能选用对环境影响小的制冷机，如R134a、R407C等，其中应优选R407C其次是R134a，从冷剂价格考虑，目前最便宜的是R22。233 热泵的位置 热泵的位置有下列几种，一是置于裙楼顶，二是置于塔楼顶，三是置于窗台，四是置于净高较高的室内。考虑到吊装及日后更换等原因，热泵被较多的置于裙楼顶。当热泵置于裙楼顶时，要评估其对主楼及周围环境的影响，较大的热泵机组（200RT），单机噪音在7585db(A)左右。有必要时可加隔音屏障，或在主楼靠热泵侧避免开门，做双层窗或高质量中空玻璃取代普通单层玻璃窗。布置于窗台的

42、热泵往往是每层要求独立配置、单独计量的场所，只限于较小容量的热泵，宜采用侧进风侧排风的形式。选用上排风热泵时应安装导流风管，改成侧排风。即使室内有较高净空，热泵置于室内是不可取的，受条件限制必须设于室内时，室内应有穿堂风可利用，要有足够的进风面积，并将排风通过风道有组织排至室外，防止气流短路。加接排风管时，对风机应作相应调整，避免因阻力的增加而减少通风量。比较理想的方法还是将热泵机组置于塔楼顶，以使热泵有良好的通风条件并使噪音影响面降为最小。但应注意，热泵不能临近住宅或其他对噪音要求较高的房间布置，不得紧贴住宅（客房）上面或下面布置热泵及水泵。热泵机组宜采用弹簧减振器隔振，减振器型号及布置点经

43、计算确定。热泵靠女儿墙及主楼的距离大于3m，热泵间间距不宜小于3m，有条件时距离应加大。热泵的布置除考虑对周围影响小，通风好外，还应考虑管线布置、设备吊装及以后的更换等因素，有条件时留出12台热泵位置，为发展留下余地，并为设备安装及更换考虑足够的荷载条件。234 水泵的选择与布置 水泵的数量宜与热泵的台数相对应。热泵与水泵的连接方式宜采用一对一串联的方式，热泵与水泵联动。热泵数量较多时，水泵可贴临热泵布置，水泵应具有防水性能并加挡雨吸音罩，热泵数量较少时，水泵宜集中布置于室内。备用水泵可采用先不安装临时替换的方法。如果水泵采用先水泵组并联再与并联的热泵组相串联的方式，则并联的热泵数量不宜超过6

44、台，并应有可靠的水力平衡措施。这种连接方式应将水泵布置于临近热泵的室内，也可以置于地下室，水泵的台数应考虑12台的备用泵。在选择水泵规格时，尽可能选低转速泵，以减低噪音，水泵的流量可按系统所需流量的1.1倍选取，水泵的扬程应等于系统所需克服的总阻力。水泵的功耗应控制在热泵出力的1/30之内。水泵的布置要有一定的间距，有条件时预留12台水泵的安装位置以备发展之需。水泵也应有可靠的隔振措施235 热泵热泵系统末端设备的选择 夏季工况条件下，热泵机组额定供回水温度分别为7和12，这与一般热泵器的额定工况相一致，热泵器的选择计算与其他形式的热泵系统一致。冬季工况条件，热泵热泵系统在额定条件下（室外空气

45、8），热泵机组的额定供回水温度一般分别在47、42。而当室外温度较低时，热泵热泵系统的供水温度一般维持在3940。这一水温条件明显低于锅炉供热系统的额定供回水温度（分别为60和50），也即低于一般热泵器性能参数表中给出的额定进出水温度（也分别为60和50），由于水温不一样，热泵器的散热量有明显差异。有学者因此认为热泵热泵系统末端设备应在夏季工况计算选择结果的基础上有所放大。但根据我们的计算，南京地区热泵热泵系统的末端可以采用夏季制冷工况条件下的计算选择结果。这一方面是由于南京地区一般建筑物的供暖热负荷小于夏季供冷冷负荷，另外，同样的热泵器，60进水温度条件下的供热量明显大于7进水条件下的制冷量

46、。冬季当进水温度降至3940时，热泵器的散热量能满足室内供暖的要求。另外，习惯上按中档参数选择热泵器，本身就有一定的裕量。如果热泵热泵系统有4个以上的制冷回路，化霜对水温不会造成明显的波动，故一般不会影响室内温度的波动。但当系统热泵只有12个回路时，为减少化霜对室内温度的影响，有条件时，可将热泵器启停控制与水温同步，如当水温低于35时，热泵器风机停止运转，当水温高于35时风机恢复运转。这样可有效提高室内的舒适性。236 热泵热泵水系统 较大的热泵系统，或一个大楼中有运行时间不一致的不同功能部分，或有若干需独立计量的部分，或存在阻力相差较大的若干部分，热泵水系统宜通过分集水器分设若干个子系统，热泵和水泵的配置应与