空氣源熱泵冷熱水機組的應(yīng)用一、概述按照《規(guī)范》，熱泵被定義為能實現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器功效轉(zhuǎn)換的制冷機。我們也能夠稱熱泵為基于逆卡諾循環(huán)原理工作，既能夠用來制冷，又能夠用來供熱的機組。熱泵的分類多個多樣，如果按同熱泵的蒸發(fā)器和冷凝器換熱的介質(zhì)不同分類，熱泵能夠分為：空氣-空氣熱泵，空氣-水熱泵，水-水熱泵、水-空氣熱泵、土壤-空氣熱泵及土壤-水熱泵等，表1列舉了現(xiàn)在工程上應(yīng)用較多的四種熱泵。其中空氣-水熱泵機組，即空氣熱源熱泵式冷熱水機組在工程上的應(yīng)用更為廣泛。熱泵機組分類表1分類空氣-空氣熱泵機組空氣-水熱泵機組水-水熱泵機組水-空氣熱泵機組特性以室外空氣為熱源制取室內(nèi)所需的冷風(fēng)、熱風(fēng)以空氣為熱源制取空調(diào)系統(tǒng)的冷水或熱水以環(huán)境水(地下水、江、河、海水等)為熱源制取所需要的冷熱水以環(huán)境水、循環(huán)水為熱源，制取室內(nèi)所需的冷熱風(fēng)示例家用、空調(diào)，VRV、MRV、ECO等一拖多空調(diào)系統(tǒng)空氣熱源熱泵冷熱水機組，簡稱風(fēng)冷熱泵水源熱泵式冷熱水機組水源熱泵式冷熱風(fēng)機組簡稱水環(huán)熱泵熱泵機組的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用，在二十世紀(jì)七十年代才開始在美國等發(fā)達國家走上良性發(fā)展的道路。1980年我國在上海自行設(shè)計與生產(chǎn)了第一臺以R12為工質(zhì)，壓縮機功率為55KW的空氣—水熱泵機組，并投入了實際工程應(yīng)用。始終至二十世紀(jì)八十年代末，空氣源熱泵冷熱水機組的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用在我國才有了較快的發(fā)展。剛開始，應(yīng)用熱泵的工程重要為沒條件設(shè)立鍋爐或地價房價太貴或無空間設(shè)冷凍機房的建筑，可供選用的只有少數(shù)幾個進口品牌的機組，機組形式比較單一，多為活塞壓縮整體式風(fēng)冷熱泵機組。這幾年采用熱泵的工程，無論在地區(qū)上或在建筑功效與規(guī)模上都有了很大的突破，熱泵機組的品牌、種類的選擇空間大為擴大，現(xiàn)有許多進口品牌，又有不少國產(chǎn)品牌，有活塞壓縮式熱泵機組，又有螺桿式機組，有整體式機組，又有模塊式熱泵機組，單臺機組制冷量從3RT-400RT，應(yīng)有盡有，并且機組的制冷、制熱性能、質(zhì)量、可靠性等都有明顯的提高。二、熱泵特性空氣源熱泵冷熱機組有以下特點：1、空調(diào)系統(tǒng)冷熱源合一，且置于建筑物屋面，不需要設(shè)專門的冷凍機房、鍋爐房，也省去了煙囪和冷卻水管道所占有的建筑空間。對于寸土寸金的都市繁華地段的建筑，或無條件設(shè)鍋爐房的建筑，空氣源熱泵冷熱水機組無疑是一種比較適宜的選擇。2、無冷卻水系統(tǒng)，無冷卻水系統(tǒng)動力消耗，無冷卻水損耗?？照{(diào)系統(tǒng)如采用水冷式冷水機組，自來水的損失不僅有蒸發(fā)損失、漂水損失、尚有排污損失、冬季防凍排水損失，夏季啟用時的系統(tǒng)沖洗損失，化學(xué)清洗稀釋損失等等，全部這些損失總和約折合冷卻水循環(huán)水量的2—5%，根據(jù)不同性質(zhì)的冷水機組，折合單位制冷量的損耗量為2-4t/100RT·h。這對我們某些嚴(yán)重缺少的都市來說，是一種比較可觀的數(shù)量。另外，相稱一部分工程在部分負(fù)荷狀況下冷卻水循環(huán)量保持不變?；蚋鶕?jù)主機運行臺數(shù)，只作對應(yīng)的臺數(shù)調(diào)節(jié)。我們以前的經(jīng)濟比較極少重視這一點。3、由于無鍋爐、無對應(yīng)的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，無煙氣，無冷卻水，系統(tǒng)安全、衛(wèi)生、簡潔。對于暖道專業(yè)來說，鍋爐房最有可能存在安全隱患，另外，冷卻水污染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導(dǎo)，從安全衛(wèi)生的角度，空氣源熱泵含有明顯優(yōu)勢。4、系統(tǒng)設(shè)備少而集中，操作、維護管理簡樸方便。某些小型系統(tǒng)能夠做到通過室內(nèi)風(fēng)機盤管的啟?？刂茻岜脵C組的開關(guān)。5、單機容量從3RT至400RT，規(guī)格齊全，工程適應(yīng)性強，利于系統(tǒng)細化劃分，可分層、分塊、分顧客單元獨立設(shè)立系統(tǒng)等。6、夏天運行COP值較水冷機組較低，耗電較多，冬季運行節(jié)省能源消耗。對于冬冷夏熱都市的普通建筑而言，熱泵系統(tǒng)的全年能耗低于水冷機組加鍋爐的空調(diào)系統(tǒng)，但按現(xiàn)在的能源價格，熱泵系統(tǒng)的全年運行費用高于水冷機組加鍋爐方案。7、造價較高。作為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源方面的設(shè)備投資，空氣源熱泵冷熱水機組造價較高，比水冷式機組加鍋爐的方案的系統(tǒng)綜合造價貴20—30%，如只算冷熱源設(shè)備，熱泵的價格約為水冷機+鍋爐的1.5-1.7倍。8、空氣源熱泵冷熱水機組常年暴露在室外，運行條件比水冷式冷水機組差，其壽命也對應(yīng)要比水冷式冷水機組短。9、熱泵機組的噪音較大，對環(huán)境及相鄰房間有一定影響。熱泵普通直接置于裙樓或頂層屋面，隔振隔音的效果，直接影響到貼鄰房間及周邊某些房間的使用。合理的位置設(shè)立與隔振隔音方法的到位，熱泵噪音的影響能夠基本消除。10、空氣源熱泵的性能隨室外氣候變化明顯。室外空氣溫度高于40-45℃或低于-10～-15三、熱泵出力與氣候在額定工況下，氣溫35℃，出水7℃，空氣源熱泵夏季制冷性能系數(shù)COP值在3.0左右，冬季(空氣7℃，出水45℃)如不計化霜損失，制熱系數(shù)COPH值也在3.0左右，空氣源熱泵的制冷、制熱性能與室外氣候有直接的關(guān)系,空氣源熱泵冷熱水機組供冷能力隨室外溫度的升高而減少，機組消耗功率隨室外環(huán)境溫度的升高而增加。當(dāng)室外空氣溫度增至40℃時，制冷量普通要下降5—空氣源熱泵冷熱水機組的制熱特性更為復(fù)雜，當(dāng)盤管表面溫度低于空氣露點溫度時，空氣會結(jié)露，此時盤管表面發(fā)生了相變換熱，有助于提高熱泵機組的制熱能力，但當(dāng)盤管表面溫度低于空氣冰點溫度(0℃下列)時，如果空氣中的相對濕度同時達成某一程度，盤管表面就會結(jié)霜，如不及時化霜，霜層會越結(jié)越厚，影響空氣實際流通量，并妨礙了盤管上的熱交換，重者會結(jié)冰，壓縮機出現(xiàn)低壓保護停機。對應(yīng)不同迎面風(fēng)速和氣候條件，熱泵機組室外側(cè)空氣盤管上濕空氣存在著三種狀態(tài)，即結(jié)霜區(qū)，凝露區(qū)，干冷區(qū)(不結(jié)霜也不凝露)。結(jié)霜轉(zhuǎn)變曲線，它與焓濕圖上的等濕球溫度線靠近。當(dāng)迎面風(fēng)速為2.5M/S、環(huán)境溫度為0℃、相對濕度為73%時，盤管上即開始結(jié)霜,如將迎面風(fēng)速提高至4M/S,環(huán)境溫度為0℃，則相對濕度達82%時，盤管才開始結(jié)霜，提高風(fēng)速可減緩積霜。面風(fēng)速為2M/S時，室外空氣干球溫度在0—5熱泵機組盤管上出現(xiàn)結(jié)霜，會影響機組的正常有效的供熱，故必須定時化霜?，F(xiàn)在大部分機組采用反向循環(huán)來化霜，此時不僅這一部分壓縮機停止供熱運行，并且作制冷運轉(zhuǎn)，故系統(tǒng)供熱量受明顯影響。結(jié)霜嚴(yán)重時，平均半小時化一次霜，一次化霜的時間為5分鐘左右，因化霜減少的供熱量達17%左右。另外，室外溫度減少時，熱泵機組的出力明顯減少。0℃條件下，熱泵機組的實際出率為額定工況下的70%左右。-6℃狀況下，出力只有額定工況下的62%左右，-10℃條件下供熱量只有額定工況下的55%左右。雨雪嚴(yán)寒天氣對熱泵出力有明顯影響，重則影響正常運行，某些顧客采用人為延長化霜時間、澆溫水等辦法去除冰霜。環(huán)境氣溫低于-10℃—在夏季熱、冬季冷，濕度又高的地區(qū),冬季氣溫低于-5℃共有69個小時,白天8:00-18:00時段氣溫低于-5℃共有7個小時。1994年夏季氣溫高于37℃共有10個小時.1993年、1994年,冬季熱泵處在結(jié)霜工作分辨別有1613小時和1527小時(換熱器迎風(fēng)面風(fēng)速為2.0m/s)，如只計及白天8:00-18:00時段,1993年、1994年,冬季熱泵處在結(jié)霜工作分辨別有711小時和653小時(換熱器迎風(fēng)面風(fēng)速為2.0m四、熱泵應(yīng)用在夏季熱、冬季冷，濕度又高的都市，僅管許多人對本地冬季熱泵供暖的可靠性和合理性持一定的懷疑態(tài)度，但由于空氣源熱泵的上述某些優(yōu)點，空氣源熱泵冷熱水機組的發(fā)展也相稱的快。二十世紀(jì)九十年代初就有工程開始采用空氣源熱泵冷熱水機組。至1995—1998年投入使用的空氣源熱泵數(shù)量明顯增加。據(jù)我們現(xiàn)在掌握的資料，采用空氣源熱泵冷熱水機組為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的工程現(xiàn)在有250項左右。其中，某設(shè)計院這幾年選用熱泵為冷熱源的項目約有35項之多，占該院空調(diào)工程項目數(shù)的30%左右。某工程師一種人先后有近10個項目采用了空氣源熱泵冷熱水機組作為空調(diào)冷熱源。在我們所理解的以空氣源熱泵冷熱水機組為冷熱源的項目中有商場、寫字樓、辦公樓、酒店、廠房、綜合樓等。表2、表3的統(tǒng)計成果反映了空氣源熱泵冷熱水機組在應(yīng)用的大概狀況。不同功效建筑使用空氣源熱泵冷熱水機組比例表2建筑功效寫字辦公樓商場酒店(客房)工寓(別墅)廠房服務(wù)醫(yī)院綜合樓項目數(shù)10016121263058比例52.8%8.5%6.3%6.3%3.2%16%2.6%4.3%不同機型所占比例，效果評價表3比較項目國別機組構(gòu)造壓縮機制冷供熱效果國產(chǎn)進口整體機模塊機活塞螺桿好中差比例68%32%77%23%72%28%15%70%15%需要指出的是，這里指的進口為外資獨資組裝或原裝進口產(chǎn)品，另外，國產(chǎn)份額(工程項目數(shù)量)占的比例較高跟某時期某臺資公司較好的銷售業(yè)績有關(guān)系，近來，工程用熱泵機組進口產(chǎn)品的市場占有率有上升之趨勢。雖通過數(shù)年的消化，工程用熱泵機組市場并沒有象家用空調(diào)同樣，國內(nèi)公司沒有獲得優(yōu)勢地位，這是很值得我們思考的問題。從調(diào)查的成果看，這幾年空氣源熱泵冷熱水機組的發(fā)展很快，且大多數(shù)工程的熱泵空調(diào)系統(tǒng)還是能基本滿足所需的制冷供熱規(guī)定的。下面就幾個典型工程的狀況作些介紹。長江貿(mào)易大樓1991年設(shè)計，1994年建成投入使用的當(dāng)代化寫字樓，大樓建筑面積約3.5萬m2，建筑總高度95米，其中地下一層，地上23層。外圍護構(gòu)造為全玻璃幕墻。大樓選用6臺美國約克公司AWHC-200熱泵機組6臺，裝機額定制冷量為3672KW(1044RT)，面積冷指標(biāo)為105W/m2，熱泵額定制熱量為107W/m2。熱泵機組置于主樓頂層屋面，系統(tǒng)配備8臺水泵，每臺泵的循環(huán)水量為200m3/h，揚程為32mH2熱泵機組采用彈簧減振器減振，水泵也采用彈簧減振臺座減振。空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)計為變水量，主機為定水量臺數(shù)控制。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和測量，大樓工作人員對空調(diào)滿意度較高，夏季某天在吸氣溫度40℃狀況下(局部排除有短路吸入現(xiàn)象)，系統(tǒng)出水7.58℃，回水12℃，水溫差為4.42℃(熱泵運行5臺，水泵運行3臺，尚有少數(shù)樓層未投入使用)，室內(nèi)基本滿足26℃某外貿(mào)公司辦公大樓建筑面積約2.7萬m2，共21層，總高度為90米，大樓外圍護構(gòu)造為半玻璃幕墻構(gòu)造，大樓于1996年1月開始建成關(guān)投入使用。大樓選用美國約克公司生產(chǎn)的AWHC-200型熱泵機組4臺，額定總制冷量為2448KW，額定供熱量為2500KW，折合單位面積冷指標(biāo)91W/m2，供暖面積指標(biāo)93W/m2(對應(yīng)熱泵額定工況，氣溫7℃，出水45℃)。熱泵置于塔樓頂層，頂層屋蓋為三角形水平開口百葉坡頂。系統(tǒng)選配5臺IS125-100-400型水泵5臺，水泵額定流量為100m3/h，額定揚程50mH2O,電機功率30KW，水泵4用一備，水泵機組先并聯(lián)后再與并聯(lián)連接的熱泵組串聯(lián)。該空調(diào)系統(tǒng)采用了系統(tǒng)變水量空調(diào)自控方式。大樓尚有部分的樓層尚未投入使用，已開通的房間的溫度、濕度基本能滿足設(shè)計和人員舒適的規(guī)定。但由于過分強調(diào)外形美觀，將設(shè)立設(shè)泵的屋頂層罩上三角形水平百葉頂蓋，使熱泵通風(fēng)不暢，由于大量的氣流短路，較熱天氣無法正常運行，后將熱泵所在樓層以熱泵排風(fēng)機出風(fēng)口為界，將空調(diào)劃成上下兩部分。斜屋頂上部分百葉作為排氣用，斜屋頂下部分百葉作吸氣用。狀況雖有改善，但由于百葉為水平，故排吸氣流短路的現(xiàn)象較明顯，熱泵高低壓保護性停機時有發(fā)生。水泵的配備也過大。造成系統(tǒng)運行費用據(jù)高不下。夏天現(xiàn)場測試表明，在室外環(huán)境溫度為33℃條件下，某臺熱泵機組由于氣流短路，實際吸氣溫度達成45℃明日大酒店，建筑面積約7800M2，其中20%左右為酒店公共用房80%左右為客房。酒店共選用3臺110RT熱泵，實際只用2臺。冬季使用效果良好，某晚，室外溫度0-2℃，天氣多云，熱泵出水溫度維持在39-41℃五、應(yīng)用中的問題在所調(diào)查的項目中，即使大多數(shù)工程的熱泵還是能滿足制冷供暖的基本規(guī)定，但能同時符合設(shè)計合理、投資及運行經(jīng)濟、減振隔噪效果明顯，冷暖效果優(yōu)良等規(guī)定的項目極少。諸多工程也存在著這樣、那樣的問題。重要可歸納為：1、熱泵質(zhì)量及售后服務(wù)問題2、設(shè)計方面的問題(a.方案不適宜;b.主機選擇不當(dāng);c.主機位置不當(dāng);d.水泵等設(shè)備匹配不當(dāng);e.水系統(tǒng)組織不當(dāng))3、安裝質(zhì)量問題4、業(yè)主決策的主觀性5、運行與維護管理不善六、結(jié)論：1、空氣源熱泵冷熱水機組在本地能夠作為空調(diào)系統(tǒng)冷熱源之一應(yīng)用于各類工程；2、普通狀況下，按夏季負(fù)荷選定的熱泵能滿足凍季負(fù)荷規(guī)定，可不另設(shè)輔助加熱器，但所選熱泵應(yīng)有良好的制熱性能，熱泵組應(yīng)有不不大于4-6個獨立的制冷回路。另外建筑圍護構(gòu)造應(yīng)有良好的保溫