风冷热泵冷热水机组的选型与工程设计

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1、风冷热泵冷热水机组的选型与工程设计风冷热泵冷热水机组的选型与工程设计http:/ 3%C0%E4%C8%C8%CB%AE%BB%FA%D7%E9%B5%C4%D1%A1%D0%CD%D3%EB%B 9%A4%B3%CC%C9%E8%BC%C6.htm风冷热泵冷热水机组是九十年代在我国开始应用的一种新型空调主机，此 类机组既可供冷又可供热，省却了锅炉房和冷却水系统，安装灵活方便。机组 运行采用微电脑控制，可靠性较高。因此在长江流域的许多空调工程中得以广 泛采用。但由于各地气候条件不同，再加上工程设计方面也缺少经验。因此在 使用中也发现了不少问题。本文作者根据自己近年来的工程经验谈几点体会， 以供

2、广大同行参考。在进行一个工程的设计过程中，如果当地气候环境允许，同时经过技术经 济分析比较后确定该工程空调冷热源采用风冷热泵机组，那么设计人员应该着 手对国内外相关厂家的产品进行分析比较，为用户选择一款较为经济合理的热 泵产品。选型的主要内容首先是机组的总体性能分析，它包括热泵机组的制冷 量、制热量、COP 值、噪声、外形尺寸、运行重量等参数。其次，分析该类热 泵的内部配置，它包括压缩机型式、冷凝器结构及布置、热力膨胀阀的配置、 蒸发器型式、能量调节方式、融霜方式、安全保护及自动控制项目等等。在进 行上述分析比较后我们就可以选择一款较为理想的机组，接下来的工作就是进 行设备布置，这过程中我们必

3、须考虑设备之间的合理间距，辅助热源的配置以 及多台热泵整体运行噪声对周围环境的影响等。下面就以上几方面的问题分别 加以阐述。风冷热泵的性能分析风冷热泵的性能分析风冷热泵的冷热量：这两个参数是决定风冷热泵正常使用的最关键参数， 它是指风冷热泵的进风温度、进出水温度在设计工况下时其所具备的制冷量或 制热量。它可从有关厂家提供的产品样本中查得。但目前在设计中也发现这样 的情况，那就是有的厂商所提供的样本参数并未经过测试而是抄自其它厂家的 相关样本。这给设计人员的正确选型带来了一定困难。因此笔者建议在有条件 的情况下设计人员可根据有关厂家的风冷热泵所配置的压缩机型号，从压缩机 生产厂家处获得该压缩机的

4、变工况性能曲线，根据热泵的设计工况查得该压缩 机在热泵设计工况下的制冷量和制热量，从而判断该样本所提供参数的真伪。风冷热泵的 COP 值：该值是确定风冷热泵性能好坏的重要参数，其值的高 低直接影响到风冷热泵使用中的耗电量，因此，应尽量选择 COP 值高的机组。 目前我国国家标准是 COP 值为 2.57，多数进口或合资品牌的 COP 在 3 左右，个 别进口品牌的高效型机组其值可达到 3.8。噪声：噪声也是衡量一台风冷热泵机组的重要参数，它直接关系到热泵运 行时对周围环境的影响。国内有关专家曾根据工程实测对各类进口热泵的噪声 划分为三档，第一档在 85dB 以上、第二档在 7585dB 之间、

5、第三档在 75dB 以 下。我们在进行工程设计选型中应优先选择噪声在 80dB 以下的机组。外型尺寸：风冷热泵机组大多布置在室外屋顶，它在进行设备布置时对设 备与周围墙面的间距、设备之间的间距都有明确要求，因此我们在进行设备选 型时必须考虑所选设备尺寸是否符合设备布置的尺寸要求。在性能相同的前提 下应优先选用尺寸较小的机组，以减小设备的占地面积。运行重量：由于风冷热泵机组大多布置在屋面，因此在选型时必须考虑屋 面的承重能力，必要时应与结构专业协商，增强屋面的承重能力。但在设备选 型时我们应优先选择运行重量较轻的机组。风冷热泵的系统分析风冷热泵的系统分析所谓风冷热泵的系统分析，就是在风冷热泵的选

6、型过程中除了比较各自的 制冷量、制热量、COP 值、噪声、运行重量、外形尺寸等参数外，还要对其各 自的压缩机型式、冷凝器型式及布置、热力膨胀阀的配置、蒸发器型式、除霜 方式、能量调节方式以及热泵系统的自控和安全保护等等加以分析，比较其各 自在系统配置方面的优缺点。 压缩机的型式：目前用于风冷热泵的压缩机型式主要有活塞式、涡旋式、螺杆式三种型式。 根据热泵工作的特点是运行时间长、压缩比大等情况，笔者认为涡旋式和螺杆 式压缩机将成为热泵压缩机的主流。其理由是：1、涡旋式和螺杆式压缩机较活塞式压缩机具有传动件少，从而使压缩机的 磨擦损耗相应减少，整机的效率相应提高。2、由于热泵机组的压缩比较大，因此

7、对于活塞式压缩机在相同的余隙容积 下其容积效率下降，从而造成整机效率的下降。而涡旋式和螺杆式压缩机不存 在这方面的问题。3、用于风冷热泵的压缩机其工作环境较其它在普通空调工况下工作的压缩 机要恶劣，每的运行时间也较长，工况变化范围也较大，因此对压缩机的可靠 性要求就较高。涡旋式和螺杆式压缩机具有零部件少，结构紧凑的特点，所以 尤其适用于热泵机组。4、目前所采用的风冷热泵机组一般都采用热气除霜的方法来排除冬季供热 工况下空气侧换热器上积聚的霜。在除霜开始和结束时，系统要进行反向运行， 在原冷凝一方盘管中所积聚的液体制冷剂由于其中压力突然降低为吸汽压力而 大量涌向压缩机，造成压缩机的湿冲程，这对于

8、涡旋式和螺杆式压缩机而言并 没有什么大问题，而这对于活塞式压缩机来讲极易造成气阀和连杆的损坏。5、另外就热泵压缩机本身而言涡旋式和半封闭螺杆式比活塞式的噪声要低。冷凝器的型式与布置冷凝器所用翅片型式目前主要有开窗片和波纹片两种，开窗片换热效率较 高，因此前两年生产的热泵机组中经常得以采用。但由于我国城市大气质量较 差，而这类翅片极易积灰，且较难清理，使用时间一长，换热效果大大下降。 所以当前热泵用冷凝器多采用波纹片配内螺纹铜管，其具有换热效率较高，不 易积灰，风阻小等特点。冷凝器的翅片间距也很讲究，作为冷凝器使用时以肋化比高、传热系统数 大为好，故希望片距小些较好。但当其作为蒸发器使用时，翅片

9、一结霜，使用 时的换热效果就会大大降低，因此希望片距大一些；一般片距以 3mm 为宜。冷凝器的布置型式同其换热效果和外形尺寸有着直接的关系。通常热泵的 冷凝盘管布置成直型盘管、V 型盘管、W 型盘管三种型式。但 V 型盘管间的较大 空间内除了轴流风机外并无其它零部件，空间利用率低。直型盘管间虽然集中 布置了压缩机、四通阀、蒸发器等系统有关零部件，但由于盘管高度较高，迎 风面速不均匀，冷凝器换热效率较低，且气流组织不理想，空气阻力较大。而 W 型布置克服了上述缺点，不仅可改善气流组织提高换热效率，降低空气阻力， 而且由于在同样空间条件下，冷凝盘管传热面积增大，空间利用率较高，从而 缩小了机组外形

10、尺寸。 热力膨胀阀配置现在热泵制冷系统中有采用单膨胀阀和双膨胀阀两种方式，所谓双膨胀阀 就是制热工况和制冷工况各采用一只膨胀阀。如果系统采用一只膨胀阀，按标 准制冷工况进行选型，由于热泵系统在制热工况下运行时系统的制热量随着环 境温度的下降也随之下降。这时膨胀阀的制热能力也会有所下降，但其下降的 幅度要小于系统制热能力的下降。这样在制热工况下随着环境温度的下降，对 系统而言所配置膨胀阀显得过大。过大的膨胀阀会引起蒸发器供液过多，蒸发 压力上升，与室外空气换热量减少，从而导致热泵供热量的减少。当前许多厂家的热泵机组多采用双膨胀阀型式，制冷膨胀阀按标准制冷工 况来选择。制热膨胀阀如若按标准制热工况

11、来选择，那在低温工况下运行时膨 胀阀会显得过大，所以根据笔者自己的体会建议制热膨胀阀按环境温度-7， 热水进口温度 40，出口温度 45来选型，按这样条件计算后选定的膨胀阀能 在不低于-15的环境温度下正常运行。蒸发器型式蒸发器型式目前在风冷热泵机组中常用的蒸发器主要是板式换热器和干式壳管式换热 器。板式换热器多用在小型风冷热泵中，它具有传热效率高、蒸发器不易积油 的特点；尤其是新的带有内置式分配装置的板块解决了板片间制冷剂分配均匀性这一关键问题，能在相同的出水温度下提高蒸发温度 152，提高了制冷 效率。干式壳管式蒸发器多用在大中型风冷热泵中，目前其传热管已广泛采用 高效管，因此换热效率有很

12、大提高。但总的来讲不及板式换热器。而且其回油 相对困难，常积存于换热器底部。如在底部设回油管与吸汽管相通，则由于有 液体制冷剂带入，导致制冷剂过热度不稳定，影响膨胀阀的工作和系统的制冷 量。轴流风机的配置轴流风机的配置首先要满足冷凝器(空气侧换热器)的换热要求，根据经验 风冷热泵机组所配轴流风机风量与标准制冷量(环境温度 35，出水温度 7) 之比大约在 0.0710.095/kJ 之间，此外还要保证冷凝器迎风面的风速，因为 这关系到冬季运行时空气侧换热器的结霜速度，迎风面风速越大冬季运行时越 不容易结霜。但风量过大风机的功耗也要增大，同时噪声也要增大，因此一般 情况下迎风面风速取 35m/s

13、。另外，风机配置时还要考虑噪声，目前一般选 用大直径、低转速、且叶片扭转角度较小的轴流风机以降低风机噪声。能量调节方式能量调节方式目前在风冷热泵机组中常用的能量调节方式有压缩机台数控制、压缩机间 隙运行、气缸卸载调节(活塞式)、变频调速(涡旋式)、滑阀无级调节(螺杆式)。 从能量调节方式中我们可以看出台数控制、压缩机间隙运行、气缸卸载调节都 是属于有级调节，而变频调速和滑阀无级调节属于无级调节。无级调节具有节 能、噪声和振动小、起动性能好同时也降低了对供电系统的干扰。从这点也可 看出涡旋式和螺杆式压缩机的优热。除霜方式除霜方式各生产厂生产的机组其除霜方法基本相同，大多采用热汽除霜法；所不同 是

14、除霜的控制技术。常见的有压差控制法、温差控制法、温度时间控制法，其 中以温度时间控制法最为普遍。这种控制技术中除霜参数的设置最为关键。除 霜参数包括除霜温度、除霜时间、除霜间隔。除霜温度是由通过位于膨胀阀后 的感温元件来感应节流后的液体温度，一般设定值为-5，除霜时间隔是计时 器控制，一般定为 4min。除霜时间也是由计时器控制，一般不超过 10min。热 泵发温度下降到-5，并且距上一次除霜时间间隔够 40min，机组就进入除霜 模式。如果除霜时间超过 1010min 而盘管内的液体温度仍未上升到+5，机组 也要停止化霜恢复制热。在上述三个参数中除霜时间间隔是直接受环境影响的，但目前多数厂家

15、的 除霜时间隔仍采用固定值，这种做法导致在低温高湿地区结霜严重的情况下， 由于没有到设定时间而不能进行除霜，从而造成霜层过厚甚至冻结，机组低压 保护而停机的现象。这个问题应在机组调试中加以注意。因此笔者建议一方面 在热泵的除霜参数设置上应该因地制宜，不能一概而论。另一方面就是前面曾 提到的在低温高湿的地区不宜使用热泵机组。安全保护与控制安全保护与控制目前国内风冷热泵机组的保护与控制多采用计算机控制，其又包括可编程 控制和微电脑控制，两者的控制原理大致相同。一台风冷热泵的安全保护系统至少要包括以下几个方面1)吸气压力过低保护2)排气压力过高保护3)油压保护4)冷水温度过低保护5)水侧换热器断水保

16、护6)压缩机启动时间间隔保护7)压缩机内藏电机过热保护8)电机过载保护9)电源电压过低保护10)三相电缺相保护11)油温控制风冷热泵控制至少要包括1)除霜控制2)多台压缩机顺序控制3)能量调节4)故障停机与显示5)远程控制接口(用于远程设置运行参数以及控制机组启停、将机组运行参 数和故障内容显示于控制终端) 风冷热泵的工程设计风冷热泵的工程设计风冷热泵的布置：风冷热泵冷热水机组在使用中不同程度的都存在这样一种现象，即夏季制 冷量不足，冬季制热量不足的现象。造成这种现象的原因是多方面的，这里除 了设备本身的因素外也有工程设计中的问题。主要是设备布置不合理造成气流 短路，夏季机组高温排风被重新吸入，造成进风温度过高冷凝压力上升，导致 机组制冷量下降；冬季正在融霜的机组排出的湿空气被旁边正在供暖的机组吸 入造成吸入空气湿度过高，加剧了供暖机组的结霜速度，从而使其融霜时间延 长，供暖时间减少，从而使机组的供热量减少。