空气源热泵冷热水机组

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1、空气源热泵冷热机组一、 概述 按新国际制冷辞典的定义，热泵就是以冷凝器 放出的热量来供热的制冷系统；按照采暖通风空气 调节技术语标准（GB50155-92），热泵被定义为能 实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机。我们也可以 称热泵为基于逆卡诺循环原理工作，既可以用来制冷 ，又可以用来供热的机组。热泵的分类多种多样，如 果按与热泵的蒸发器和冷凝器换热的介质不同分类， 热泵可以分为：空气-空气热泵，空气-水热泵，水-水 热泵、水-空气热泵、土壤-空气热泵及土壤-水热泵等 ，下表列举了目前工程上应用较多的四种热泵。 热泵机组分类分类 空气-空气热泵 机组 空气-水热泵 机组 水-水热泵 机组 水-空气

2、热泵 机组 特征 以室外空气为热 源制取室内所需 的冷、热风 以空气为热 源 制取空调系统 的冷水或热水 以环境水（地 下水、江、河 、海水等）为 热源制取空调 系统所需的冷 热水 以环境水、循 环水为热 源 制取室内所需 的冷热风 示例 家用空调，VRV 等一拖多空调， 屋顶空调 空气热源热泵 冷热水机组（ 简称风冷热泵 ） 水源热泵 式 冷热水机组 水源热泵 式 冷热风 机组 （简称水环 热泵 ）二、热泵特性 近年来空气源热泵式冷热水机组广泛应用于办公楼、宾馆、医院、 娱乐业、厂房、住宅等各行各业不同规模工程中，而且市场占有率一直 较高，究其原因，皆因其有如下特点：1、热泵机组夏季供冷，冬

3、季供热，且置于建筑物屋面，不需要设专门 的冷冻机房、锅炉房，也省去了烟囱和冷却水管道所占有的建筑空间。对于寸土寸金的城市繁华地段的建筑，或无条件设锅炉房的建筑， 空气源热泵冷热水机组无疑是一个比较合适的选择。2、省去了冷却水系统和冷却塔、冷却水泵、管网及其水处理设备，无 冷却水损耗，节省了这部分投资和运行费用。空调系统如采用水冷式冷水机组，自来水的损失不仅有蒸发损失、 漂水损失、还有排污损失、冬季防冻排水损失，夏季启用时的系统冲洗 损失，化学清洗稀释损失等等，所有这些损失总和约折合冷却水循环水 量的25%，根据不同性质的冷水机组，折合单位制冷量的损耗量为2- 4t/100RTh。这对我们某些严

4、重缺水的城市来说，是一个比较可观的数 量。我们以前的经济比较很少重视这一点。 3、 由于无锅炉、无相应的燃料供应系统，无烟气，无冷却水，系统 安全、卫生、简洁。对于暖道专业来说，锅炉房最有可能存在安全隐患，另外，冷却水 污染形成的军团菌感染的病例已有不少报导，从安全卫生的角度，空气 源热泵具有明显优势。4、系统设备少而集中，操作、维护管理简单方便。一些小型系统可 以做到通过室内风机盘管的启停控制热泵机组的开关。中、大型设备可 采用可编程控制器实现智能化自动控制。5、单机容量从小到大， 规格齐全，工程适应性强， 利于系统细化 划分，可分层、分块、分用户单元独立设置系统等。6、COP值较高。对于南

5、京这样冬冷夏热城市的一般建筑而言，热泵 系统的全年能耗低于水冷机组加锅炉的空调系统。 但空气源热泵也存在一些不足：1、造价较高。作为空调系统的冷热源方面的设备投资，空气源热 泵冷热水机组造价较高，比水冷式机组加锅炉的方案的系统综合造价 贵2030%，如只算冷热源设备，热泵的价格约为水冷机+锅炉的1.5- 1.7倍。2、空气源热泵冷热水机组常年暴露在室外，运行条件比水冷式冷水 机组差，其寿命也相应要比水冷式冷水机组短。 3、热泵机组的噪音较大，对环境及相邻房间有一定影响。热泵通常直接置于裙楼或顶层屋面，隔振隔音的效果，直接影响到 相邻房间及周围一些房间的使用。合理的位置设置与隔振隔音措施的 到位

6、，热泵噪音的影响可以基本消除。 4、空气源热泵的性能随室外气候变化明显。室外空气温度高，要求 供冷能力大及室外空气温度低，要求供热能力大时，其实际供冷、热能 力却相反。在额定工况下，气温35，出水7，空气源热泵夏季制冷性能系数 COP值在3左右，冬季（空气7，出水45）如不计化霜损失，制热系 数COPH值也在3左右或以上。但空气源热泵冷热水机组供冷能力随室外 温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。当室 外空气温度增至40时，制冷量一般要下降57%左右。空气源冷热水 机组正常制冷的上限温度一般在43-50。需要指出的是，跟冷却塔不 一样，制冷工况下相对湿度对空气源热泵没有不利

7、影响，相反，相对湿 度大，对冷却有利。对于象南京这样夏季相对湿度较高的地区，实际上 风冷与水冷在冷却效果的差异上，比人们想象的要小。空气源热泵冷热水机组的制热特性更为复杂，当盘管表面温度低于 空气露点温度时，空气会结露，此时盘管表面发生了相变换热，有利于 提高热泵机组的制热能力，但当盘管表面温度低于空气冰点温度（0以 下）时，如果空气中的相对湿度同时达到某一程度，盘管表面就会结霜 ，如不及时化霜，霜层会越结越厚，影响空气实际流通量，并阻碍了盘 管上的热交换，重者会结冰，压缩机出现低压保护停机。对应不同迎面 风速和气候条件，热泵机组室外侧空气盘管上湿空气存在着三种状态， 即结霜区，凝露区，干冷区

8、(不结霜也不凝露)。结霜区与凝露区之间的 曲线为转变曲线，它与焓湿图上的等湿球温度线接近。迎面风速越高， 结霜区域越小。当环境干球温度为0时，迎面风速为2.5m/s、相对湿度 为73%时，即开始结霜；而将迎面风速提高至4m/s, 则相对湿度达82%时 ，才开始结霜，所以提高风速可减缓结霜。一般情况下，室外空气干球 温度在- 5 85%时结霜最为严重，当tw-5 时，结霜速率减慢，这主要是由于湿空气中绝对含湿量减少的缘故。热泵机组盘管上出现结霜，会影响机组的正常有效的供热，故必须定 时化霜。目前大部分机组采用四通阀换向，进入制冷工况，并且室外轴流风 机停转，使压缩机排气直接进入翅片管换热器以除去

9、翅片表面的霜。目前用 于风冷热泵及其它低温制冷设备的除霜控制常用的有以下两种：（1）时间一温度（压力）法：随着霜层的形成及增加，机组工作的蒸发 温度（压力）会相应下降，蒸发器翅片管的温度也会下降，因此，设定一个 蒸发温度（压力）或蒸发器翅片管的温度值及一个与上次除霜的时间间隔值 ，当传感器感受的温度（压力）及机组制热工作时间均达到设定值时，开始 进行除霜循环。机组的除霜结束条件可根据温度、时间或压力。通过感受翅 片管的温度达到某一值（一般设定为1215）或融霜时间达到某一设定值 （该值根据使用区域而设）或排气压力达到某一设定值，融霜即告结束，机 组又恢复制热运行。（2）时间一温差法：在机组进入

10、制热工况后，翅片管内的制冷剂和室外 空气之间将保持适当的温差，随着霜层的形成及增加，该温差将增大，当其 达到机组设定值，且距上一次的除霜间隔时间也达到设定值时，开始进行除 霜循环。机组的除霜结束条件与方法（1）相同。另外，目前有些学者提出自组织模糊控制除霜系统热泵机组的运行参数如蒸发温度（压力）、蒸发器翅片管温度、供热 量、风机电流、蒸发器两侧压差等随蒸发器表面结霜均有一定的变化规 律，在结霜初期以上各量的变化不十分显著，当霜层达一定厚度后，各 参数的变化变得明显起来。在结霜初期以上参量变化不大的原因是由于 蒸发器表面结霜，加大了蒸发器表面换热面积及换热表面粗糙度，气流 与蒸发器间的换热没有减

11、弱，另外，结霜产生的热交换也加大了蒸发器 与气流的换热量，但随着霜层增厚，霜层导热热阻逐渐起了主导作用， 特别是霜层增加了气流流动阻力，使空气流量下降，热泵机组的运行参 数的变化就表现出来了。因此，可根据热泵机组运行参数对结霜的响应 ，结合热泵机组的工作环境条件（大气温度、湿度）采用模糊控制算法 ，给出除霜循环的触发信号，在进行除霜循环期间，通过对除霜过程中 热泵机组的状态（蒸发器翅片管的温升、进出水温等的变化）的监测， 对上一次的控制量进行校正，这样可使除霜控制自动适应环境参数的变 化，提高除霜控制水平，在除霜控制过程中，其控制系统还可对热泵机 组的运行状况给出评价。 三、空气源热泵应用 热

12、泵应用的重要方向是解决长江流域建筑物中央空调的冷热 源问题。我国部分地区的气候特点是夏热冬冷。上海、浙江、江 西、湖南、湖北全境，江苏、安徽、四川大部，陕西、河南南部 ，贵州东部，福建、广东、广西北部，甘肃南部的部分地区均属 于夏热冬冷的气候。在这些地区很适宜应用空气源热泵冷热水机 组，解决建筑物中央空调冷热源的问题。同时，再考虑到热泵的 地球环保效益，使空气源热泵冷热水机组在这些地区的大、中、 小城市中获得广泛的应用。目前，空气源热泵冷热水机组的地区 应用范围仍有继续向北移动的趋势。 空气源热泵机组应用的技术经济原则： 1、冬季室外供暖计算温度低于-10的地区谨慎使用，此时机组 的能效比为2

13、.0左右，使用的经济性较差；2、冬季室外空气相对湿度平均值高于70%的地区谨慎使用，湿度 过高时空气换热器结霜严重，一般除霜耗能10%以内是必须的，过高 则不经济。除霜时机组是在做无效运行，除霜不净，空气热交换器不 能有效工作，因此除霜时间，要根据当地气温、湿度的具体情况来设 定。3、对夏季负荷高于冬季负荷1.5倍左右的用户更为适宜。空气源 热泵型冷热水机组的冬季标准工况为环境温度7，水温为40/45， 此时其制热能力高于夏季制冷能力约1.1倍，而在非标准工况下使用 ，比如环境温度为-10时，其制热能力约为标准工况下的65%，冬季 机组的出力相当于夏季制冷能力的68%，即夏季负荷是冬季负荷的1

14、.5 倍时，热泵机组的利用率是最高的； 4、对使用时间集中在白天而夜间使用少的用户、设备机房占地 紧张的用户宜优先考虑热泵机组方案；5、关于冬季水温的设定，目前各厂家产品在冬季标准工况下， 其能效比约为3，但在环境温度为-5，热水参数仍然为40/45时 ，其能效比下降为2.4左右，如果环境温度仍然为-5，而水温设定 在45/50时，其能效比就下降为2.2左右，因此水温设定以40/45 为宜，这就要求合理地设计水系统，对有辅助热源的，应将提高水 温的功能分配给辅助热源，对没有辅助热源的系统，应考虑空调末 端设备的热量出力修正；选型方法： 尽管江南地区一般工程冷负荷大于热负荷，但空调设计人员应 计

15、算出工程夏季冷负荷及冬季热负荷，按机组制冷量空调冷负荷 来选择热泵机组型号，然后看以下不等式是否成立：热泵机组在冬 季室外空调计算温度（如：无锡地区为-5）下的制热量工程冬 季热负荷。若该不等式成立，则热泵机组选型适宜。 若该不 等式不成立，则应在空调水管上设辅助加热装置或增大热泵机组容 量。江南地区一般工程以上不等式是成立的。 四、设计、制造执行标准我国现行的带有热泵的单元式空气调节机、房间空气调节器标准 如下： （1）GB/T7725-1996 房间空气调节器； （2）GB4706.32-1996 家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除 湿机的特殊要求； （3）ZBJ73026-198

16、9 单元式空气调节机型式和基本参数 （4）ZBJ73046-1990 单元式空气调节机技术条件 （5）ZBJ73022-1989 单元式空气调节机试验方法对于带有热泵装置的冷水机组标准，我国已发布了以下两项标准： （1）JB/T7227-1994 复合热源热泵型螺杆式冷水机组标准。 （2）GBT18430.12001蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工商业用 和类似用途的冷水（热泵）机组对于热泵机组使用的重要部件四通电磁换向阀，已制订了行业标 准：JB/T7230-1994热泵用四通电磁换向阀。五、五洲空气源热泵冷（热）水机组特点 1选用世界名牌柔性涡旋压缩机及半封闭双螺杆压缩机，COP值比目前市 场上最先进的活塞式压缩机还高12%；（1）世界名牌风冷热泵机组专用螺杆压缩机采用第三代线型及精确的转子加 工技术，大大减少泄漏和损失。喷油润滑密封使转子在啮合时不直接接触而几乎 无磨损。 （2）螺杆压缩机采用半封闭紧凑型结构，把电机、螺杆及油分置于一体，电 机直接驱动螺杆避免联轴器造成的密封问题。 （3）螺杆压缩机