空气热泵空调系统设计运行中的有关节能措施.pdf

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1、空气热泵空调系统设计运行中的有关节能措施 刘谋兵 摘 要: 本文 认为 合理确定空 调负 荷， 合理 选 择设备， 合理采用各种有效的措施和优化运行 过程是空气源热泵型空调系统节能的关键。 1 引言 关键词: 热泵;空调系统;设计;运行; 节能 中图分类号: 下 U 8 31.3 +8 文献标识码: B 文章编号: 1 0 0 8 一 0 4 2 2 ( 2 0 0 7 ) 0 5 一 0 1 1 0 一 0 3 国民经济的飞速以展和人民生活水平的不断提高， 使人们对健康舒适的室内外环境要 求也越来越高， 随之建筑能耗也日益增大。统计资料和预测表明， 建筑能耗将从占能耗的 1 /4增加到 1

2、/3 以上。 对环境的污染也日益增加。 因此， 能源和环境已经成为制约我国经济 可持续发展的瓶颈。 而空调能耗又占建筑能耗的6 0 % 左右， 因此， 空调节能尤为重要。 当前， 关注能源消耗、 关注环境污染、 推进节能技术、 优化系统设计、 充分合理利用自然资源， 才是 突破发展瓶颈的正确途径。 空气源热泵作为一种节能的空调产品， 由于一机两用， 结构紧凑， 安装方便， 施工周期 短， 管理简单， 不占用机房面积， 在我国已得到日益广泛的应用， 还特别适用于夏热冬冷地 区并独具优势， 已达到 2 5 一 3 0 %。作为从事多年为公众提供健康舒适室内环境的暖通空调 专业设计施工人员， 对此类

3、空调系统情有独钟， 本文试从设计角度就确定空调负荷、 提高设 备效率、 选择适当的系统结构、 采取有效的节能措施和优化运行过程， 从而达到系统节能环 保的目标等各方面进行探讨。 2 空调负荷的确定 给空调系统恰如其分地提供冷憔 ) 负荷， 以满足设计状态下建筑的需要， 并随时适应 其空调冷( 热) 负荷的变化是空调设计的根本目的。 在空调设计中， 负荷计算是第一步， 最新暖通设计规范明确用强制性条文规定: 夏季空 调冷负荷计算应按各区逐时冷负荷综合最大值或累计值确定，并应计入各项有关附加值， 要求在设计施工图时运用经过鉴定过的负荷计算软件进行动态负荷计算， 计算负荷时还应 考虑必要的新风负荷。

4、 在选择制冷主机时则应考虑建筑各部分的同时使用系数和换热器表面结垢、 设备热效 率衰减、 管道热损失等因素， 其空调总冷负荷可由如下公式确定: Q邓 1 书 : Q 。 ( K W)川 式中: Q热泵机组在设计工况下的制冷( 翔 量(K卿 ; Q厦厂 es es es 设计计算负荷 (K钟 ; 日1同时使用系数， 靓具体情况定) 一般为0. 75一 1 .0; 日一安全化系数， 一般取 1 .05一 1 . 10 空调热负荷亦应按规范要求进行详细校核计算。 收稿 日期 作者简介 2 0 0 7 一 0 3 一 1 8 刘谋兵( 1 970 一 ) ， 男( 汉族 ) ， 湖南 邵阳 人， 工

5、程师 ， 从 事 暖 通 工 程 施工、 预结算 工作。 3 设备的确定 3 . 1 热泵机组的确定 在空气源热泵空调系统中热泵机组在额定制冷工况下的功率占整个空调系统总能耗 的7 5 % 一 8 5 %( 根据末端空调形式而异) 。 所以， 热泵机组效率的高低对空调系统能耗有决定 性作用。 而热泵机组的制冷效率， 不同品牌是不一样的， 高效的达到3 . 7 左右， 低者只有2 .8 左右。 所以， 选择高性能系数的机组节能明显。 另外， 机组效率还与室外温度的变化关系密 切视 公式一 、 (3) 及表一 1 、 2)， 其制冷 ( 热) 量应进行必要的修正。 1 1 0 表 1 空气源热泵夏

6、季室外空调计算温度修正系数 K ， ( 出水温度7 0c ) T w( OC) 2 72 9 1 0 61 . 0 711 .0 5 31 . 0 3 6 3 5 1 . O O D0 . 9 8 20 . 9 6 40 . 9 3 70 夕0 90 . 8 91D . 8 7 2 表2 冬季修正系数K Z (t 沂 450c ) T w( OC) 一 1 5一 1 0一 8一 4一 224 K 。0 . 6 2 30 ， 6 8 90 . 7 1 107 6 30 ， 7 9 80 . 8 2 10. 8 80 ， 9 3 50. 9 7 5 81 01 21 3 . 0 31 . 0 8

7、81 . 1 乙 213 3 7 热泵机组夏季制冷量 QL 按式一 2 O L= q 二 K ; 2 ) 式中: Q 一机组制冷量(K 哟 q L丁 we we es es 产品名义工况下 ( 室外环 境温度t w=3 50C， 冷水出水温度t 0=7 时) 的 制冷量(K娜 K l夏季室外空调计算干球温 度的修正系数， 参考表一 1 取用。 热泵机组冬季制热量 QR 按式一 3 Q R :q尺 k Z k 。 (3) 式中二 Q一机组制热量( K W) q 一产品名义工况 (t w=7 ， t /w = 60 C， 热水出水温度饭 = 4 50 C) 时的制热 量 ( K W) K 一冬季室

8、外干球温度修正系 数， 参考表一 2 选用 K 一机组化霜修正系数，每小 时一次取 0.9 ， 每小时二次取 0.8 ， 或按厂家 提供的数据。 在考虑上述修正系数后为了不至于选 择机组过大或过小 不能满足使用要求， 还建 议应采用空调的逐时冷( 热1 负荷和机组供冷 ( 热) 能力的逐时变化曲线相适应， 考虑设备 之间的搭配和互补性， 主机台数宜 2 一 3台为 好， 一般都能得到比较满意的结果。 3. 2 水泵的确定 一般在空气源热泵空调系统中，水泵能 耗所占比例约在 I D %左右，主机确定后， 水 泵选择不容忽视。 在选择水泵时， 应尽可能选 择低转速、 低噪音泵。目前， 水系统提倡大

9、温 差小流量， 以便节省水泵能耗， 因此， 选泵时 流量不必余量太大， 最多 ! .0 5 一 1 . 1 倍已经足 够。 水系统阻力应进行详细计算， 在水系统设 计时， 应尽量采用同程式， 当为异程式时， 应 注意管路的水力平衡。水泵扬程能克服水系 统总阻力。 水泵与热泵主机台对台匹配， 并有 一台备用泵。 主机和泵必须一一对应联动。 若 为普通泵， 采用变频系统则更为节能。 如果有高效节能泵，则应成为首选。目 前，海南某泵业公司生产的专利产品则是专 为闭式空调水系统使用的节能泵，相同流量 和扬程， 所配功率比普通泵节电 1 /3一 1 /2， 则 其节能效果更直接、 更显著。 4 空气源热

10、泵组设计时的节能措施 在主要设备选择后，系统的节能运行措 施就显得非常重要。 4 . 1 改善环境通风， 防止气流短路 热泵所处环境是热泵机组能否高效运 行， 甚至是能否正常运行的重要条件。 热泵布 置时，通风良好的标准是进出热泵的空气应 通畅无阻不得短路。当布置在屋顶时应离女 儿墙有足够的距离，或开有足够面积的进风 窗。 热泵之间的排风间距应保持在3 m以上， 并最好能错开布置， 还应注意风向的影响， 避 免布置在主导风向下建筑物4 50的阴影区。 为减少太阳辐射热及冬季雨雪的直接覆盖， 热泵机组Z m以上搭建凉棚更佳。 同时， 为减少对周围民居的噪音干扰， 机 组布置时还应注意远离生活区，

11、 必要时应进 行隔音和降噪处理。 4. 2 排风与节能 为保证良好的室内环境，规范特别强调 了新风的必要与数量。 根据不同的功能用房， 其新风负荷所占比 例约在3 0 % 一 5 0 %，因此， 将排风集中，通过全热交换器回收其中的能 量来预热新风，其回收的能量可达排风废热 的7 0 % 左右， 具有明显的节能意义。 但由于目前国内空气品质差，至使全热 交换器的清洗工作量大，还缩短了全热交换 器的使用寿命， 还由于价格问题， 影响了其大 量推广。 如果将排风有组织的集中排至热泵机组 的进风口，同样有利于提高热泵机组的制冷 ( 潮 效率， 不失为一简便有效的节能措施。 4.3 热泵机组夏季冷凝热

12、回收 众所周知，电压缩式制冷机组产生的冷 凝热是机组制冷量的 1 . ! 一 1 3 倍，通常制冷 时， 我们只利用了机组的冷量， 而将大量的冷 凝热排放到了空气中，即浪费了大量的低品 位可利用的热源， 还造成对大气的热污染。 近 几年来，夏季利用回收的冷凝热生产生活热 水，热水温度达4 5 一 5 00C，已经被人们所接 受， 不但改造了 很多旧 有的中 央空调系统， 免 费为酒店或需要的场所提供了生活热水， 同 时节省了大量能源和运行费用，提高了机组 的制冷效率， 减少了对大气的污染。 目前很多 厂家均能提供一机三用 哄 冷、热和生活热 水) 的机组， 一般可回收冷凝热 3 0 一 5 0

13、 %， 节 能也达40%， 取得了显著的经济效益与社会 效益。 4.4 热泵机组冬季与地板采暖方式联合 供暖 低温热水地板供暖以其舒适、 卫生安全、 节能、 减少运行费、 不占安装位置、 噪音小、 使 用寿命长等优点， 近年来已在北方大量推广。 而在夏热冬冷地区，则因风冷热泵冬季室外 温度低， 机组效率低， 用于风机盘管特别是机 组除霜时有吹冷风的感觉。而地板采暖与风 表3室内设计参考异动时的节能效果( MJ/m2. 0 ) 夏季冬季 620矛6 8425 41矛05 44咨6厂 . 8881 -/IC73 室内温度( ) 新风负荷 其他负荷 总计 节约率( %) 2 4 8 3 . 0 9

14、30 1 7 6 . 0 0 2 6 61 . 2 8 3 . 0 1 4 4. 1 1 8 . 1 28 4 4 . 0 6 7 . 5 1 1 1 . 5 3 6 _ 6 冬季 夕 92 01 8 1 1 7 . 3 2 39 1 41 . 2 O 表4 机组效率与室外温度和机组出水温度变化的关系 夏季冬季 室外温度 ) 0000 4545 机组出 水温度( ) 7 1 2 1 5 机组效率 1 1 . 0 6 1 . 0 7 室外温度( ) 一 6 一 6 0 O 机组出水温度( )机组效率 1 . 1 3 000 333 冷热泵联合供暖， 即使热泵机组出水温度只 有不到4 00 C，也

15、同样能取得很好的供暖效 果。目前， 这种供暖方式在夏热冬冷的居住 建筑和医疗建筑等使用， 也逐渐被人们所接 受， 这是目前较理想的供暖方式， 特别是最 近又出现了一种薄型地面辐射供暖技术， 由 于 其 超 薄( 厚 度 只 有 12mm) ，超 轻 (1 欠 9 / m勺， 管径细 仲5 一 7 ， Z mm) ， 用水量 小， 热损失小， 散热均匀， 可拆移， 可在工厂 预制， 施工简单 ， 工期短 ， 结构无负载等优 点 ，值得大力推广，将有可能代替以往 8 0 mm 地板采暖。 泵机组的效率， 如表4所示。 从表 4可以看出室外温度相同的情况 下， 机组出水温度越高， 机组效率也越高。当

16、 部分负荷的情况下，机组出水温度变化仍能 满足室内需要 ， 因此， 运行时 ， 我们应尽量人 为调高夏季的出水温度或降低冬季的出水温 度来节省主机能源。 5.3间歇运行空调系统的运行管理 由于围护结构及家具等的蓄热性能的影 响， 间歇运行的空调系统运行时， 上班时提前 开启主机， 下班时提前关闭主机， 这样不会影 响使用效果， 还均有明显的节能效果。 一般提 前半小时左右开、停是很有效的节能的简单 办法。 5 .4 机组的除霜措施 化霜是夏热冬冷地区空气源热泵机组冬 季供热工况运行时存在的最大问题 ，当在 t w=一 5 一 7 O C时机组最容易结霜，一般平均除 霜热损失占总产热量的 1 0

17、. 2 %， 但是， 其中却 有 2 7 %的除霜工作是在机组不需要除霜的 情况下进行的， 因此， 采用智能型自动调整模 糊控制除霜方式， 可与实际情况相吻合， 不但 减少了热损失，还提高了机组的工作性能和 可靠性。 总之，空气源热泵空调系统由于其众多 优点，特别在夏热冬冷地区的中小系统中运 用广泛。在以住的设计中， 由于经验不足， 系 统往往配置不合理， 节能空间很大， 因此， 推 广节能技术， 改造既有空调系统， 优化设计新 建系统， 可节省投资和能源消耗， 具有显著的 经济、 节能、 环境和社会效益， 应该得到政府 的支持和人们的足够的关注。 5 空气源热泵机组的运行节能 5 . 1 合

18、理降低室内温湿度标准 室内温湿度标准是影响系统设备容量的 主要参数， 为了节能， 近年来， 政府规定了夏 季尽量地提高室内温度、冬季尽量地降低室 内温度。 在保证舒适性的条件下， 日本曾进行 进如下表3的比较。 由表3可见， 在保证舒适性的同时， 提高 或降低室内温度节能效果是很显著的。 5. 2 合理调整机组出水温度和水量 热泵机组的出水温度的变化可以改变热 参考文献: 【 11 范存养. 空调用热泵及其设计. 同济大学科 技情报站， 1 ? 8 2. 2王剑锋等. 空气热源热泵冬季结霜特性研 究. 制冷. 1 9 9 7 一 01. 【 3蒋能照等. 空调用热泵技术及应用. 机械工 业出版社， 1 9 9 9 . 4空气调节设计手册. 机电部第十设计研究 院. 中国建筑工业出版社， 1 ? 8 6. ! 5范存养. 热泵空调及各种热回收系统和空 调节能措施， 同济大学科技情报站， 1 9 8 0. 【 6江亿等. 住宅节能. 中国建筑工业出版社， 2 0 0 6 一 01 . 作者单位: 湖南佳通工程有限公司 1 1 夕