空氣源熱泵機組因其節能環(huán)保、安全可靠等獨特的優(yōu)點(diǎn)，正被廣泛地應用于酒店、賓館、學(xué)校、醫院、工礦企業(yè)等眾多場(chǎng)合，但是它的應用也受到氣候條件的約束。

　　

　　傳統空氣源熱泵機組的局限性：

　　

　　當環(huán)境溫度低于-10℃，在實(shí)際運行時(shí)，會(huì )出現以下問(wèn)題：1)制熱量隨著(zhù)環(huán)境溫度的下降逐步衰減，如果配置的裝機容量不充足，會(huì )導致在寒冷惡劣低溫工況下系統的制熱量不能滿(mǎn)足要求;2)在低溫環(huán)境下，吸氣壓力低、制冷劑循環(huán)量小、壓縮比大、排氣溫度高等問(wèn)題，會(huì )使機組的可靠性降低。

　　

　　為了滿(mǎn)足北方市場(chǎng)冬季使用熱泵的需求，一些廠(chǎng)家相繼開(kāi)發(fā)了低溫熱泵機組。廣東長(cháng)菱結合應用z*新補氣技術(shù)及核心專(zhuān)利技術(shù)，突破熱泵受環(huán)境溫度等條件約束，同時(shí)研制生產(chǎn)出CL-H-系列低溫強熱型熱泵機組，低溫空氣源熱泵機組的應解決了傳統空氣源熱泵機組在低溫環(huán)境下可靠性差和制熱效率低的問(wèn)題，尤其適用于黃河流域、長(cháng)江以北、華北、西北等地區，大大擴展了風(fēng)冷熱泵機組的應用區域。目前，該產(chǎn)品已在我國北方地區得到廣泛的應用。

　　

　　一、工程概況

　　

　　北方某市一醫院，每天55℃熱水需求量為180T，要求每天定時(shí)集中供水。設計采用CL-H系列低溫強熱型空氣源熱泵機組提供集中供熱水系統。該系統安全可靠，比其它制熱水設備大大降低運行成本，即使在寒冷惡劣環(huán)境下，也能保證安全、舒適、衛生、環(huán)保、高效地給用戶(hù)提供生活用熱水。該系統由高性能風(fēng)冷低溫熱泵熱水機組、不銹鋼保溫水箱、自動(dòng)恒壓供水系統、熱水輸水管道線(xiàn)和自動(dòng)控制等系統組成，可定時(shí)提供恒溫、恒壓的生活熱水。

　　

　　二、設計思路

　　

　　按照定時(shí)供水特點(diǎn)及用水需求分析結果，須綜合考慮熱泵熱水機組加熱緩慢及其制熱量隨季節氣溫變化的特點(diǎn)，尤其在冬季寒冷情況下，熱泵熱水機組必須能保證有足夠的時(shí)間制備所需熱水。

　　

　　根據各用水點(diǎn)用水需求和供水特點(diǎn)，為了減少加熱能耗，同時(shí)滿(mǎn)足定時(shí)供應熱水要求，經(jīng)精心設計、性?xún)r(jià)比較，采用低溫熱泵中央熱水系統，具體如下：

　　

　　(1)為了解決定時(shí)集中供水問(wèn)題，結合熱泵機組各自加熱的特點(diǎn)，對熱水系統采用循環(huán)加熱的方式，儲熱水箱所補入的水溫達不到設定要求時(shí)，熱泵機組自動(dòng)根據設定要求隨時(shí)對其進(jìn)行加熱，保證供水時(shí)段內水溫相對恒定。

　　

　　(2)本設計方案綜合考慮了當地氣候特征及供水特點(diǎn)等因素來(lái)優(yōu)化設計。氣溫較高情況下，機組可互為備用，即使有一臺故障情況下，也不會(huì )影響供水。在冬季z*不利工況下，系統機組同時(shí)運行，即使在個(gè)別機組出現故障的情況下，可通過(guò)適當延長(cháng)工作時(shí)間來(lái)完成制熱;并且在供水期間機組仍可進(jìn)行工作，實(shí)現經(jīng)濟運行，安全可靠供水的目的。

　　

　　(3)系統的補冷水量及時(shí)間、供熱水時(shí)間、供水量、機組循環(huán)加熱的時(shí)間和溫度均可以根據不同季節的用熱水需求進(jìn)行適當的調整，也可以調整機組運行的臺數適應不同的用熱水需求和機組的維護保養。

　　

　　三、設計依據

　　

　　1.《采暖通風(fēng)與空氣調節設計規范》(GB50019-2003);

　　

　　2.《商業(yè)或工業(yè)用及類(lèi)似用途的熱泵熱水機》(GB/T21362-2008);

　　

　　3.《建筑給水排水設計規范》(GB50015-2003);

　　

　　4.《室外給水設計規范》(GB50013-2006);

　　

　　5.《給水排水制圖標準》(GB/T50106-2010);

　　

　　6.《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗收規范》(GB50242-2002);

　　

　　7.用戶(hù)的相關(guān)要求和意見(jiàn)。

　　

　　四、設計方案主要考慮的幾個(gè)問(wèn)題

　　

　　(1)空氣能熱泵熱水系統熱水供應的可靠性，特別是在惡劣寒冷環(huán)境下能否穩定地工作。

　　

　　(2)機組安裝的位置通風(fēng)效果一定要良好。

　　

　　(3)水箱安裝的位置承重要求是否符合。

　　

　　(4)按照實(shí)際用水要求進(jìn)行配水，保證z*大用水量時(shí)的用水要求。

　　

　　(5)空氣能熱水系統的控制柜安裝位置一定要方便操作和維修。

　　

　　(6)空氣能熱泵熱水系統運行方式的合理性、先進(jìn)性、可靠性。

　　

　　(7)控制系統的全自動(dòng)化、智能化、先進(jìn)性、低溫運行可靠性。

　　

　　(8)空氣能熱泵熱水系統的布局與擺放與建筑物的協(xié)調性，日常維護檢修方便性等。

　　

　　(9)在保證工程品質(zhì)的前提下，盡可能降低工程造價(jià)，提高工程的性?xún)r(jià)比。

　　

　　(10)考慮系統冬季防凍、夏季高溫、防雷、防臺風(fēng)、平時(shí)防污染等安全問(wèn)題。

　　

　　五、設計選型

　　

　　1、基本數據：

　　

　　每天需要55℃熱水180T;

　　

　　該地區年平均氣溫14.3℃，極限低溫：-11℃。

　　

　　2、設備參數：

　　

　　CL-H-220K/D低溫強熱型熱泵機組基本技術(shù)參數：

　　

　　額定制熱量：72kW;

　　

　　名義產(chǎn)水量：1550L/h;

　　

　　額定功率：17kW;

　　

　　溫度范圍：-20℃～45℃。

　　

　　注：本技術(shù)參數是在工況：環(huán)境干球溫度20℃、濕球溫度15℃、進(jìn)水溫度15℃、出水溫度55℃條件下測得。

　　

　　3、熱量計算與機型選擇：

　　

　　(1)熱水需熱量計算

　　

　　a、應用數據

　　

　　1L水溫升1℃需要1kcal熱量，消耗1kW·h電能可以產(chǎn)生860kcal熱量。

　　

　　b、日用熱水需熱量計算

　　

　　自來(lái)水平均溫度15℃，熱水要求溫度55℃。

　　

　　標況下日需熱量：

　　

　　Q=1kcal/kg·℃×180000kg×(55-15)℃=7200000kcal。

　　

　　冬天，自來(lái)水平均溫度10℃，熱水要求溫度55℃。

　　

　　低溫工況下日需熱量：

　　

　　Q=1kcal/kg·℃×180000kg×(55-10)℃=8100000kcal。

　　

　　(2)機組選型及數量計算

　　

　　空氣源熱泵特性，高溫條件下熱效率高，低溫條件下熱效率低。因此，機組配置應滿(mǎn)足冬季z*冷天氣條件下的熱水供應，其它季節便可輕松滿(mǎn)足需求。

　　

　　根據低溫環(huán)境下熱水需求量及樓頂承重情況，設計采用低溫強熱型CL-H-220K/D熱泵機組進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間以10小時(shí)/天計算。

　　

　　機組數量計算：7200000千卡÷860千卡/kW·h÷72kW÷10h≈12臺

　　

　　標準工況下，用12臺CL-H-220K/D機組實(shí)際每天加熱時(shí)間：

　　

　　7200000千卡÷860千卡/kW·h÷72kW÷12=9.69小時(shí)

　　

　　在該地區冬季低溫(-11℃)下，機組實(shí)際制熱量為40.8kW，用12臺CL-H-220K/D機組實(shí)際每天加熱時(shí)間：

　　

　　8100000千卡÷860千卡/kW·h÷40.8kW÷12=19.23小時(shí)

　　

　　根據以上計算，本案例選擇12臺CL-H-220K/D機組可保證在寒冷惡劣環(huán)境下每天180噸熱水供應。

　　

　　六、儲熱水箱及循環(huán)泵設計

　　

　　1、水箱設計

　　

　　每日需熱水量為180T，根據樓頂承壓情況，水箱設計在樓頂，高度不應太高，必須制作基礎放置水箱。設計采用矩形保溫水箱，每個(gè)水箱容積30m3，一共6個(gè)，底座采用工字鋼和槽鋼制造。水箱為雙層保溫水箱，內膽采用304不銹鋼材料制作，中間保溫層采用厚90mm聚胺脂發(fā)泡保溫，外殼為不銹鋼制作。

　　

　　2、循環(huán)泵

　　

　　根據實(shí)際需要，水泵的選取本著(zhù)在滿(mǎn)足流量及揚程的情況下，盡量選取一些小功率、低噪聲、高壽命的水泵。本系統全部采用著(zhù)名品牌“威樂(lè )”水泵。

　　

　　七、循環(huán)加熱系統介紹

　　

　　1、空氣源熱泵加熱控制

　　

　　空氣源熱泵機組受恒溫供水水箱的水溫、水位控制。當水箱內的水溫達不到設定使用溫度，熱泵機組就通過(guò)設在恒溫水箱底部的測溫探頭所探測的水溫來(lái)進(jìn)行加熱，則熱泵機組和循環(huán)泵開(kāi)啟工作，儲熱水箱或恒溫水箱的水通過(guò)熱泵機組循環(huán)加熱，直至達到設定的使用溫度時(shí)循環(huán)停止，空氣源熱泵機組和循環(huán)水泵也停止工作。循環(huán)工作，以確保任何氣候條件下儲熱水箱中的水在各供水時(shí)段開(kāi)始供水前或供水期間水溫恒定，即使因回水或熱損等原因導致水溫下降，也能及時(shí)得到加熱，控制供水溫度相對恒定。

　　

　　2、供、回水控制

　　

　　熱水供水系統采用電動(dòng)閥由時(shí)間控制器自動(dòng)控制，可自動(dòng)實(shí)現定時(shí)集中供水。

　　

　　同時(shí)為保證各個(gè)用水點(diǎn)供水的溫度(即開(kāi)水龍頭出熱水)，系統還配套設置1套定時(shí)回水裝置，即在每次定時(shí)供水前20min(可根據實(shí)際情況設定時(shí)間)，先后打開(kāi)回水電磁閥和回水泵，把樓下管網(wǎng)內的冷水輸送回到水箱，以保證打開(kāi)水龍頭就出熱水，也避免了頻繁回水的能源浪費。

　　

　　3、補冷水控制

　　

　　冷水補水系統根據水箱水位，通過(guò)控制電磁閥自動(dòng)進(jìn)水和停水?？蓪?shí)現定時(shí)補水，并具備手動(dòng)上水和停水功能，水位上下限可根據天氣情況和自己所需水量任意設定。也可設定溫度，實(shí)現恒溫補水，保持水箱設定的溫度。

　　

　　4、防凍控制

　　

　　冬季為防止水管﹑水泵凍裂，機組在滿(mǎn)足以下條件時(shí)自動(dòng)進(jìn)入防凍工作中：機組待機狀態(tài)下，當出水溫度≤3℃且持續5秒，則機組進(jìn)入防凍結模式運行。在停電時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)排空機組和循環(huán)管道里的水，以防止換熱器和管路凍裂。

　　

　　5、其它控制

　　

　　系統對空氣熱泵機組、水箱及水泵等還設有相應的保護程序包括壓縮機延時(shí)啟動(dòng)保護、排氣溫度過(guò)高保護、系統高低壓力保護、水流不足溫差保護、出水溫度過(guò)高保護、壓縮機過(guò)電流保護、缺相逆相保護、傳感器故障報警保護等，完全按設定要求全自動(dòng)工作，運行安全可靠，無(wú)須專(zhuān)人管理。