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    低溫空氣源熱泵熱水機組在北方地區的應用
    來源:諾冰制冷   發布時間:2017-9-4
          低溫空氣源熱泵熱水機組因其節能環保、安全可靠等獨特的優點,正被廣泛地應用于酒店、賓館、學校、醫院、工礦企業等眾多場合,但是低溫空氣源熱泵熱水機組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:
      
      當環境溫度低于-10℃,在實際運行時,會出現以下問題:1)制熱量隨著環境溫度的下降逐步衰減,如果配置的裝機容量不充足,會導致在寒冷惡劣低溫工況下系統的制熱量不能滿足要求;2)在低溫環境下,吸氣壓力低、制冷劑循環量小、壓縮比大、排氣溫度高等問題,會使機組的可靠性降低。
      
      為了滿足北方市場冬季使用熱泵的需求,一些廠家相繼開發了低溫空氣源熱泵熱水機組。結合應用最新補氣技術及核心專利技術,突破熱泵受環境溫度等條件約束,同時研制生產出一系列低溫空氣源熱泵熱水機組,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境下可靠性差和制熱效率低的問題,尤其適用于黃河流域、長江以北、華北、西北等地區,大大擴展了低溫空氣源熱泵熱水機組的應用區域。目前,該產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,要求每天定時集中供水。設計采用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,即使在寒冷惡劣環境下,也能保證安全、舒適、衛生、環保、高效地給用戶提供生活用熱水。該系統由高性能風冷低溫熱泵熱水機組、不銹鋼保溫水箱、自動恒壓供水系統、熱水輸水管道線和自動控制等系統組成,可定時提供恒溫、恒壓的生活熱水。
      
      二、設計思路
      
      按照定時供水特點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,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間制備所需熱水。
      
      根據各用水點用水需求和供水特點,為了減少加熱能耗,同時滿足定時供應熱水要求,經精心設計、性價比較,采用低溫熱泵中央熱水系統,具體如下:
      
      (1)為了解決定時集中供水問題,結合低溫空氣源熱泵熱水機組各自加熱的特點,對熱水系統采用循環加熱的方式,儲熱水箱所補入的水溫達不到設定要求時,熱泵機組自動根據設定要求隨時對其進行加熱,保證供水時段內水溫相對恒定。
      
      (2)本設計方案綜合考慮了當地氣候特征及供水特點等因素來優化設計。氣溫較高情況下,機組可互為備用,即使有一臺故障情況下,也不會影響供水。在冬季最不利工況下,系統機組同時運行,即使在個別機組出現故障的情況下,可通過適當延長工作時間來完成制熱;并且在供水期間機組仍可進行工作,實現經濟運行,安全可靠供水的目的。
      
      (3)系統的補冷水量及時間、供熱水時間、供水量、機組循環加熱的時間和溫度均可以根據不同季節的用熱水需求進行適當的調整,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.《采暖通風與空氣調節設計規范》(GB50019-2003);
      
      2.《商業或工業用及類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量驗收規范》(GB50242-2002);
      
      7.用戶的相關要求和意見。
      
      四、設計方案主要考慮的幾個問題
      
      (1)低溫空氣源熱泵熱水機組熱水供應的可靠性,特別是在惡劣寒冷環境下能否穩定地工作。
      
      (2)機組安裝的位置通風效果一定要良好。
      
      (3)水箱安裝的位置承重要求是否符合。
      
      (4)按照實際用水要求進行配水,保證最大用水量時的用水要求。
      
      (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、先進性、可靠性。
      
      (7)控制系統的全自動化、智能化、先進性、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調性,日常維護檢修方便性等。
      
      (9)在保證工程品質的前提下,盡可能降低工程造價,提高工程的性價比。
      
      (10)考慮系統冬季防凍、夏季高溫、防雷、防臺風、平時防污染等安全問題。
      
      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參數:
      
      額定制熱量:72kW;
      
      名義產水量:1550L/h;
      
      額定功率:17kW;
      
      溫度范圍:-20℃~45℃。
      
      注:本技術參數是在工況:環境干球溫度20℃、濕球溫度15℃、進水溫度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電能可以產生860kcal熱量。
      
      b、日用熱水需熱量計算
      
      自來水平均溫度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
      
     低溫空氣源熱泵熱水機組特性,高溫條件下熱效率高,低溫條件下熱效率低。因此,機組配置應滿足冬季最冷天氣條件下的熱水供應,其它季節便可輕松滿足需求。
      
      根據低溫環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熱泵機組進行加熱,加熱時間以10小時/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機組實際每天加熱時間:
      
      7200000千卡÷860千卡/kW·h÷72kW÷12=9.69小時
      
      在該地區冬季低溫(-11℃)下,機組實際制熱量為40.8kW,用12臺CL-H-220K/D機組實際每天加熱時間:
      
      8100000千卡÷860千卡/kW·h÷40.8kW÷12=19.23小時
      
      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境下每天180噸熱水供應。
      
      六、儲熱水箱及循環泵設計
      
      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,每個水箱容積30m3,一共6個,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聚胺脂發泡保溫,外殼為不銹鋼制作。
      
      2、循環泵
      
      根據實際需要,水泵的選取本著在滿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。本系統全部采用著名品牌“威樂”水泵。
      
      七、循環加熱系統介紹
      
      1、低溫空氣源熱泵熱水機組加熱控制
      
      低溫空氣源熱泵熱水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,熱泵機組就通過設在恒溫水箱底部的測溫探頭所探測的水溫來進行加熱,則熱泵機組和循環泵開啟工作,儲熱水箱或恒溫水箱的水通過熱泵機組循環加熱,直至達到設定的使用溫度時循環停止,空氣源熱泵機組和循環水泵也停止工作。循環工作,以確保任何氣候條件下儲熱水箱中的水在各供水時段開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閥由時間控制器自動控制,可自動實現定時集中供水。
      
      同時為保證各個用水點供水的溫度(即開水龍頭出熱水),系統還配套設置1套定時回水裝置,即在每次定時供水前20min(可根據實際情況設定時間),先后打開回水電磁閥和回水泵,把樓下管網內的冷水輸送回到水箱,以保證打開水龍頭就出熱水,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,通過控制電磁閥自動進水和停水。可實現定時補水,并具備手動上水和停水功能,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,機組在滿足以下條件時自動進入防凍工作中:機組待機狀態下,當出水溫度≤3℃且持續5秒,則機組進入防凍結模式運行。在停電時,可通過手動排空機組和循環管道里的水,以防止換熱器和管路凍裂。
      
      5、其它控制
      
      系統對低溫空氣源熱泵熱水機組、水箱及水泵等還設有相應的保護程序包括壓縮機延時啟動保護、排氣溫度過高保護、系統高低壓力保護、水流不足溫差保護、出水溫度過高保護、壓縮機過電流保護、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工作,運行安全可靠,無須專人管理。
     
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