空气源热泵热水系统设计分析.docx

空气源热泵热水系统设计分析

发表时间： 2017- 11- 16T17:07:55.600Z 来源：《基层建设》 2017年第23期 作者： 何鉴尧
[导读] 摘要：以传统能源为主要燃料制取生活热水的技术方式对环境造成不少污染，而且传统能源的一般不可再生性，促使越来越多的人 们开始关注新型能源。
华南理工大学建筑设计研究院 510641
摘要：以传统能源为主要燃料制取生活热水的技术方式对环境造成不少污染，而且传统能源的一般不可再生性，促使越来越多的人们 开始关注新型能源。空气源热泵机组也称为风冷热泵机组，其节约能源和安全性使该其在民用建筑生活热水制取系统领域得到了广泛利 用。本文介绍空气源热泵热水系统的设计要点，分析了技术难点，并介绍了某后勤职工宿舍生活热水工程案例。
关键词：空气源热泵；职工宿舍；热水系统设计
引言：空气源热泵技术成为近年来在建筑工程领域备受关注的新能源技术。由于在制热在节能降耗及环保方面的良好表现，空气源热 泵热水供应系统在学校、办公、公寓以及酒店工程项目中得到广发应用，全国很多城市都将空气源热泵热水技术作为建筑工程项目生活热 水节能方面的要求。本文对空气源热泵热水系统设计过程进行详细介绍，分析其要点及难点并提供笔者设计的某职校后勤职工宿舍空气源 热泵热水系统工程案例，为广大给水排水工程设计人员提供参考资料和工程实践经验。
一、空气源热泵技术
空气源热泵是一种热泵技术，有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。空气源热泵是由电动机驱动的，利用 蒸汽压缩制冷循环工作原理，以环境空气为冷(热)源制取冷(热)风或者冷(热)水的设备。空气源热泵利用空气中的热量作为低温热 源，经过传统空调器中的冷凝器或蒸发器进行热交换，然后通过循环系统，提取或释放热能，利用机组循环系统将能量转移到建筑物内， 满足用户对生活热水、地暖或空调等需求。
二、空气源热泵热水系统 组成
2.1空气源热泵热水系统热源
空气源热泵热水器是一种高效集热并转移能量的装置，根据逆卡诺循环的原理，采用电能驱动，通过传热工质，能够不断地从空气中 获取免费的低品位热能，并使之转换为高品位的热能，用于制取热水，达到系统所设定的热水温度，供给用户使用。
2.2空气源热泵热水系统 ( 1 )加热内循环水系统，内含一套加热内循环水泵以及相关调节阀门，与机组联动，将水初始温度循环加热到所设定的温度；
(2)热水恒温系统，内含一套恒温循环水泵以及热水放水水泵以及相关调节阀门，当热水箱里面的热水长时间不用或系统回水导致 箱内水温降低时，两套泵同时开启以保持系统循环水位；
( 3 )热水增压-回水系统，内含一套系统增压水泵、电接点压力表、电磁阀以及相关调节阀门，以保证整个系统热水正常供应。
(4)补水系统，内含一个补水电磁阀以及相关调节阀门，以保证系统的补水需求量与补水时间。加热内循环水系统则采用同程式管 路设计，有效保证了内循环水系统的阻力平衡。
三、空气源热泵热水系统自动运行控制
3.1系统开始阶段
补水电磁阀打开，当加热水箱的水位达到下限水位时，机组启动给水箱内冷水循环加热，当水温加热到55℃，机组停机，补水直到上 限水位，补水电磁阀关闭；
3.2系统放水阶段
当加热水箱内水温达到55℃、水位达到上限水位时，系统放水水泵启动，将加热水箱内热水放到蓄热箱里，直至加热水箱内的水位降 至下限水位后；
3.3蓄热水箱恒温阶段
当蓄水箱的水温降到45℃时，恒温循环水泵和放水水泵同时启动，直至水箱内水温升至55℃时，机组停止运行。 3.4系统供水恒温阶段
当供水系统的存水水温降到40℃时，外循环泵启动，水管中的水进入蓄热水箱混合，如果混合后水温低于水箱设定温度，则加热泵启 动，机组启动加热直到水温达到设定的水温55℃。
3.5系统增压供水阶段
当供水系统出水端的电接点压力表感应到最不利点压力低于设定值时，增压水泵启动，直至最不利点压力达到设定值，增压水泵停止 运行。
四、工程案例
.本项目后勤楼位于湖南省常德市某职业技术学院，职工宿舍位于第三层，总住宿职工人数约30人。
2.生活热水系统
( 1 )生活热水系统供应对象为第三层职工宿舍淋浴间，采用24小时供热，机械循环。热水系统设计小时耗热量约为40kw ，设计小时 热水量约0.6m³/h。本工程生活热水采用空气源热泵+电辅助加热供给，空气源热泵放置于首层室外西北角。
(2)生活热水系统运行原理及控制方式
该热水系统采用承压水箱，充分利用校区加压生活冷水水压，冷水由水箱底部进入，水箱水经空气源热泵机组加热后返回至承压水箱 顶部进入，热水供水管在水箱顶部出水供至职工宿舍，热回水由水箱底部进入，运行原理图如下。设备控制方式：
A ．空气源热泵+热泵循环泵--若承压储热水箱T1≤55°时热泵及热泵循环泵开，至T1≥60°时停止。
B ．热水循环回水泵--受回水管网末端温度控制，当T2≤50°C时开，至T2≥55°C时止。
C ．电加热器--在严寒季节，热泵制热量不足时，若承压储热水箱T1≤50°C时开，至T1≥60°C时停止。

3.系统设计特点
( 1 )热泵等设备平面布置问题
根据《城镇给水排水技术规范》 GB50788-2012 3.6.6条“给水加压、循环冷却等设备不得设置在居住用房的上层……” ，本系统空气源 热泵机组布置在室外，不设于屋面，有效避免设备震动及噪音问题。如屋面位置允许，可考虑将设备布置在屋面对应下方为走廊或公共活 动空间区域的范围。另考虑避震和消声需要，设备均需选用低噪声，降低噪声源；动力设备与水管的连接均设置软接头或橡胶避震喉；动 力设备与地面(或基础)接触处均采用减震器进行隔振。
( 2 )水箱选型问题
本系统采用承压水箱，利用了校区加压给水压力，简化供水管网，解决了开式水箱需设供水泵问题，降低运行成本。但承压水箱相对 造价较高，选取水箱过大将会造成投资浪费；选取水箱过小则会造成全天供水量不足，不能满足用户要求。水箱合理选型应该根据机组在 额定工况、生活热水耗热量、实际用水工况与用水量等综合因素来确定的。本系统根据实际情况，一般职工宿舍热水用水量较集中在18 ： 00~22：00这4个小时内，在空气源热泵同时运行情况下，考虑此段集中时间的贮水贮热量作为水箱容积选定，将大大提高整个系统的性价 比以及合理性。
结束语：空气源热泵热水机组是一种新型的高效、环保、安全的节能产品，已广泛应用于民用建筑生活热水系统，虽然该技术产品在 不断改进，但结合整个热水系统仍存在不少需细化及优化的地方，广大给排水工程师需在工程实践中不断总结和优化，才能发挥该技术的 高效节能优点。
参考文献：
[1]李阳.空气源热泵热水器除霜技术现状分析[J].民营科技， 2011 ，( 01 )