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1、 第一章第一章 空气源空气源热泵热泵技技术术介介绍绍所谓热泵，就是靠电能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。也就是说，热泵可以把不能直接利用的低品位热能(空气、土壤、井水、河水、太阳能、工业废水等)转换为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能(煤、石油、燃气、电能等)的目的。类似于人们把水自低水头压送至高水头的机械称为“水泵”，把气体自低压区送至高压区的机械称为“气泵”（在我国习称气体压缩机），因而把这种输送热能的机械称为“热泵”。因此，在矿物能源逐渐短缺、环境问题日益严重的当今世界，利用低位能的热泵技术已引起人们的关注和重视。空气源热泵的历史以压缩式最悠久。它可追溯到 18 世纪初
2、叶，可以说1824 年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础。热泵的发展受制于能源价格与技术条件，所以其历史较为曲折，有高潮有低潮，但热泵发展的前景肯定是光明的。当前热泵研究的方向是向高温高效发展，即开发高温热泵并最大限度提高 COP（性能系数 Coefficient of Performance）值，同时积极发展吸收和化学热泵等。空气源热泵热水机组的制造、推广和使用在我国只是最近 10 年的事，但由于其相对传统制取热水设备的高效节能、环保、安全、智能化控制、不占用永久性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注。热泵热水机组以清洁再生原料（空气电）为能源，既不使用也不产生对人体有害的气体，同时也
3、减少了温室效应和大气污染。目前，在我国电力资源短缺的前提下，采用热泵热水机组制取热水，既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作，省却了专用锅炉房。在设备结构上真正实现了水、电分离，确保了用户的安全。第一节第一节 热泵工作原理热泵工作原理热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。通俗的说，如同在自然界中水总是由高处流向低处一样，热量也总是从高温传向低温。但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温热源传递到高温热源，所以热泵实质上是一种热量提升装置。热泵的作用就是从周围环境中吸取热量（这些被吸取的热量可以是
4、地热、太阳能、空气的能量） ，并把它传递给被加热的对象（温度较高的媒质） 。热泵热水装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）压缩冷凝（放出热量）节流再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。热泵热水机组工作时，蒸发器吸收环境热能，压缩机吸入常温低压介质气体，经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器，高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水，并冷凝成低温高压的液体。后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发，低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸收热量后蒸发，变成低温低压的气体。蒸发产生的气体再次被吸入压缩机，开始又
5、一轮同样的工作过程。这样的循环过程连续不断，周而复始，从而达到不断制热的目的。热泵原理示意图如下：热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量 Q QA A通过蒸发器进行吸收；热泵本身做功消耗的能量，有部分转化为热能 Q QB B；热泵循环工质在冷凝器中释放的热量 Q QC C等于 Q QA A+Q QB B，由此可以看出，热泵输出的能量为机组做功产生的热能 Q QB B和热泵在环境中吸收的热量 Q QA A；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。热泵的节能原理如下图所示举例：TFS-SKR760（S）机组，热泵系统输入功率 6.88 kW，周围环境温度20，输出的制热功率却达到 31kW，这意味着热
6、泵工作时从周围环境吸收了大量的免费热能。在此过程中，系统仅仅只消耗了 6.88 kW 的电能，却能等同于输入功率为 31kW/0.95=32.63 kW 的传统电热水器完成的工作，系统能效系数COP 高达 450% 。 （COP = 制热量/输入功率）热泵热水机组是利用热泵技术原理，在热泵系统的工作循环中，将免费能源空气热能搬运到水中，从而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效、环保、节能型热泵产品。它的最高热效率可达 590%，年平均热效率可达 360%。在制取低温（60 摄氏度以下）的热能方面，以消耗电能或燃料的化学能这种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式，因为在这一领域，热泵系统的制热
7、效率可以轻易的超出传统方式数倍以上；因此，制60热水费用小于太阳能辅助电加热系统；比电热锅炉节电80%；比燃油锅炉节省耗能费用50%；制热水量可以根据需求自动调节。适 应温度范围在-1050的地区。热泵热水机组适用于宾馆酒店、饭店、度假村、泳池、桑拿浴场、公寓、工厂、大专院校、医院、疗养院等需要热水的单位使用，尤其在燃油越来越紧张的今天，更体现了热泵的优越性。第二节第二节 热泵热水机组特点热泵热水机组特点节能节能 热泵从室外的空气中获取热量，仅消耗少量电能，可把消耗的电能转化成 3 倍以上的热能实现供热。环保环保 热泵热水机组在运行时无任何排放及污染，绿色环保，符合环保要求。安全安全 消除了普
8、通热水机组系统中的易燃、易爆、触电、煤气中毒等安全隐患。可靠可靠 产品运行性能稳定，使用寿命长，维护费用低。简单简单 可安装在屋顶、阳台、庭院、地下室等位置，无需专用机房，不占用永久性居住面积。结构独特结构独特 换热器独特设计，结构紧凑美观，气流组织分布均匀，效率高，换热充分。智能控制智能控制 依据模糊控制原理，动态检测用户负荷，快速达到设定温度后，保持负荷动态匹配，平稳运行。智能柔性除霜，可以根据不同地区的气候条件设定除霜参数和控制方案，使除霜更彻底、更灵活、更节能。模块化设计模块化设计 可根据用户的实际需要灵活添加。全天候运行全天候运行 一年四季全天候运行，不受夜晚、阴天、雨雪等恶劣天气影
9、响。健康舒适健康舒适 提供舒适热水，稳定适宜的温度，保证人体的舒适度。经济节资经济节资 机组制热效率高，节省投资运行费用。第二章第二章 设备设备介介绍绍1 热泵热水机组产品型号及技术参数产品型号性能数据TFS-SKR270（D）TFS-SKR480（S）TFS-SKR760（S）TFS-SKR840（S）TFS-SKR1600（S）1名义制热量kW1119.63136722额定功率kW2.434.636.888.2516.63电源形式220-1-50380-3-50380-3-50380-3-50380-3-504额定电流A11.659.014.117.031.05最大运行电流A14.5511
10、.216.019.439.25功率6内置水泵（可选）电流kWA0.271.180.542.40.821.30.821.3功率7辅助电加热（可选）电流kWA3.013.65.07.69.013.612.018.28名义产水量L/h27048076084016009名义水流量m3/h1.873.335.275.7811.0510最大水流量m3/h2.504.507.117.81511水阻力损失kPa455060707012最高出水温度606060606013噪声dB(A)5860626366注名义工况温度条件：环境干球温度 20，湿球温度 15；机组进水 40，出水 45；水阻力损失是指机组名义工
11、况时的水阻力损失，不带内置水泵的机组可以此作为选配水泵的依据；水泵和辅助电加热不属于机组的标准配置；如果需要，请在定货时说明。带“”者的数据不包括水泵以及辅助电加热；2.性能曲线TFS-SKR270制热性能曲线2468101214-505101520253035环境温度制热量kW出水45出水50出水55出水60TFS-SKR480制热性能曲线481216202428-505101520253035环境温度制热量kW出水45出水50出水55出水60TFS-SKR760制热性能曲线481216202428323640-505101520253035环境温度制热量kW出水45出水50出水55出水60
12、TFS-SKR840制热性能曲线12182430364248-50510152025303545环境温度制热量kW出水45出水50出水55出水60TFS-SKR1600制热性能曲线30405060708090-505101520253035环境温度制热量kW出水45出水50出水55出水60第三章第三章 设计选设计选型型1 机组选型计算热泵热水机组选型时需确定下列设计条件：系统热负荷（kW）自来水补水温度（）热水设计温度（）环境温度（） （冬季室外极限温度，和冬季室外计算温度）水系统热损失选型步骤：1.1.查询当地气象，水文参数，确定自来水补水温度，环境温度；1.2.计算系统热负荷；热负荷计算公
13、式：Q=V* c（tr-tl）k/860(k.cal/ kW.h)式中：Q系统热负荷（kW.h） ；V设计热水量（L） ；c水的比热，取 1k.cal/(L)；tr设计热水温度（） ；tl自来水补水温度（）k考虑水系统热损失的安全系数，取 1.051.201.3.确定机组工作时间，名义工况下确定机组的型号和数量；机组的数量确定： N=Q/T.W N机组数量（台）Q系统热负荷（kW.h）T名义工况下设计运行时间（一般取 1016 小时）W名义工况下机组制热量（kW）1.4.按冬季温度条件校核机组制热量。按项目当地冬季计算温度，查询热泵热水机组的性能曲线，确定机组冬季计算温度时的制热量，按热泵热水
14、机组最长工作时间来核对机组日制热总量，如满足不了制热要求，重新调整机组型号和数量，或者加辅助电加热和其它补热方式。其它设备选型：循环水泵：依据机组水流量，机组内部水阻力损失和系统水阻力确定。水箱有效容积：依据日用水总量，和用水规律、机组制热量来确定。实例计算下面通过实例来说明热泵热水机组的选型计算过程。典型实例：宾馆客房热水系统工程，地点：上海；日用水量：36 m3，水温：55。计算过程：第一步，查询气象参数。上海地区的气象参数：年平均气温 16，冬季室外计算干球温度-4，相对湿度 75%，冬季平均气温 5左右，最低气温-5，自来水温度是 15；夏季室外计算干球温度 34，湿球 28.2，自来
15、水温度是20。气候条件比较适合空气源热泵热水机组的使用。第二步，确定总用水量，并根据总热水量确定总热负荷。总用水量 36 m3/天。取安全系数 K=1.1，则总热负荷：Q=V* c（tr-tl）K/860(kcal/ kW.h)=36000*（55-20）1.1/860=1611 kW.h第三步，选定机组的型号，计算机组数量。设定机组工作时间 12h/天。假设选用 TFS-SKR840（S）机组，该机组名义工况下的制热量为 36kW。计算机组数量： N=Q/T.W =1611/12*36=3.73 4 台第四步，校核冬季工况的制热量。取安全系数 K=1.2。则冬季总热负荷：Qd=V* c（tr-tl）K/860(kcal/ kW.h)=36000*（55-15）1.2/860=2009 kW.h按冬季室外计算温度-5 度校核，冬季机组工作时间按 16h/天，则单台机组实际需要的制热量：Qc= Qd/（N.T）=2009/（416）=31.4kW参考机组性能曲线图，该机组在环境温度-5时的制热量约为 19kW，所以要选择的辅助电加热功率：Wf=（31.4- 19）=12.412kW结论：4 台 TFS-SKR840 热泵热水机组能够满足该项目的要求。2.热水系统工程设计与安装根据各种不同的建筑用水
