淺談空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型

(唐山三友化工股份有限公司設(shè)計(jì)公司，河北 唐山 063305)

1 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組工作原理

空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組是基于壓縮式制冷循環(huán)，利用冷媒作為載體，從室外空氣中吸取或排放熱量，以達(dá)到制冷或制熱需求的空調(diào)機(jī)組。夏季機(jī)組空氣側(cè)換熱器(此時(shí)作冷凝器)向外排放熱量，用于水側(cè)換熱器(此時(shí)作蒸發(fā)器)制備冷凍水，然后將制備的冷凍水輸送至末端制冷設(shè)備；冬季則利用室外空氣為熱源，依靠空氣側(cè)換熱器(此時(shí)作蒸發(fā)器)吸取室外空氣中的熱量，用于水側(cè)換熱器(此時(shí)作冷凝器)制備熱水，然后將制備的熱水輸送至用末端采暖設(shè)備。通過(guò)切換四通換向閥來(lái)改變制冷劑在制冷環(huán)路的流動(dòng)方向，以實(shí)現(xiàn)夏、冬季工況的切換。

2 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組優(yōu)點(diǎn)

隨著技術(shù)的進(jìn)步和其優(yōu)勢(shì)的逐漸突顯，空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的使用范圍逐漸由我國(guó)的夏熱冬冷地區(qū)擴(kuò)展到了寒冷地區(qū)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

1)利用空氣作為低位熱源，取之不盡，用之不竭；

2)一機(jī)兩用，夏季供冷，冬季供熱，冷熱源兼用；

3)夏季省去了冷卻塔和冷卻水系統(tǒng)，冬季省去鍋爐房；

4)露天安放，不占有效建筑面積；

5)機(jī)組有安全保護(hù)，運(yùn)行可靠，管理方便。

2.2 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組缺點(diǎn)

雖然空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組存在很多優(yōu)點(diǎn)但是還是存在一些不足：

1)機(jī)組常年在室外暴露，運(yùn)行環(huán)境差從而影響其使用壽命；

2)機(jī)組的噪聲及震動(dòng)相對(duì)水冷機(jī)組大；

3)機(jī)組的制冷、制熱性能隨室外氣候變化明顯；

4)換熱空氣熱容小導(dǎo)致?lián)Q熱器的體積增大，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量也隨之增大；

5)冬季室外溫度較低時(shí)容易結(jié)霜導(dǎo)致機(jī)組制熱能力下降。

3 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計(jì)算

3.1 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計(jì)算方法

空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組作為空調(diào)冷熱源，擔(dān)負(fù)著一機(jī)兩用的角色，夏季作為冷源，冬季作為熱源，所以在選型時(shí)就要同時(shí)考慮其制冷和制熱的性能[1]。既要滿足夏季制冷房間的冷負(fù)荷，又要滿足冬季采暖房間的熱負(fù)荷。目前有3種方案：

1)根據(jù)夏季冷負(fù)荷來(lái)選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組，對(duì)冬季熱負(fù)荷進(jìn)行校核計(jì)算；

2)根據(jù)冬季熱負(fù)荷來(lái)選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組，對(duì)夏季冷負(fù)荷進(jìn)行校核計(jì)算；

3)采用比負(fù)荷系數(shù)法選擇空氣源熱泵機(jī)組[2]。

筆者通過(guò)具體工程實(shí)例對(duì)空氣-水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計(jì)算的第二種方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

3.2 工程實(shí)例分析

3.2.1 工程概況

以某企業(yè)職工俱樂(lè)部為例，該俱樂(lè)部擬新加空調(diào)系統(tǒng)，夏季制冷，冬季制熱。由于多種條件限制，經(jīng)多種方案對(duì)比最后選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組作為冷熱源。

經(jīng)計(jì)算其夏季冷負(fù)荷為：492.65 kW，冬季熱負(fù)荷為：545.71 kW。由于該建筑物的使用特點(diǎn)及甲方特殊要求，因此建筑的冬季負(fù)荷略大于夏季負(fù)荷。由于冬季負(fù)荷略大于夏季且空氣-水熱泵空調(diào)機(jī)組選型時(shí)冬季需要進(jìn)行多種修正，故在設(shè)計(jì)選型時(shí)考慮采用第二種方法進(jìn)行選型計(jì)算。

3.2.2 選型計(jì)算

以某生產(chǎn)熱泵廠家樣本為例，首先確定熱泵機(jī)組的名義制冷量的工況為：環(huán)境溫度為35 ℃，出水溫度為7 ℃，冬季的名義制熱量的工況為：環(huán)境空氣干球溫度為7 ℃，濕球溫度為6 ℃，出水溫度為45 ℃。在機(jī)組的實(shí)際使用中，當(dāng)工況改變時(shí)，機(jī)組的制冷量、制熱量及相應(yīng)的功耗將隨環(huán)境溫度和出水溫度的變化而變化，因此在選型時(shí)需要對(duì)機(jī)組的名義工況的參數(shù)進(jìn)行修正。當(dāng)根據(jù)冬季熱負(fù)荷選型時(shí)，由于機(jī)組使用時(shí)與其標(biāo)準(zhǔn)工況下的名義制熱量不同，所以需要對(duì)其制熱量進(jìn)行修正：

1)首先需要考慮使用地區(qū)的室外空調(diào)計(jì)算干球溫度修正，一般按產(chǎn)品樣本選取；一般廠家樣本都會(huì)給出不同溫度下的制熱量，本工程中選取的樣本單臺(tái)機(jī)組在室外計(jì)算干球溫度為-10 ℃，出水溫度為45 ℃下的制熱量為104.2 kW；

2)由于環(huán)境溫度在降至0 ℃以下時(shí)，空氣側(cè)換熱器表面結(jié)霜加速，蒸發(fā)溫度下降速率增加，機(jī)組制熱量下降加速[3]，因此在考慮了使用地區(qū)的室外空調(diào)計(jì)算干球溫度修正后還需要考慮機(jī)組融霜所引起的制熱量損失。一般情況下每小時(shí)融霜一次取0.9，兩次取0.8。融霜次數(shù)的選取也可根據(jù)機(jī)組的融霜控制方式、冬季室外計(jì)算溫度、濕度選取。本工程中取每小時(shí)融霜一次，因此對(duì)機(jī)組的制熱量進(jìn)行二次修正：104.2×0.9=93.78 kW。

3)由于室外空氣相對(duì)濕度的不同，熱泵的選型計(jì)算時(shí)亦需考慮機(jī)組供熱量隨室外相對(duì)濕度不同時(shí)而引起的變化，因此，在熱泵的選型時(shí)除了上述兩項(xiàng)修正外，還需考慮這一修正，此項(xiàng)修正也是設(shè)計(jì)選型時(shí)最容易忽視的修正。本工程中根據(jù)使用地區(qū)的室外空氣相對(duì)濕度選取的修正系數(shù)為0.74，故在考慮此項(xiàng)修正后單臺(tái)機(jī)組在本項(xiàng)目所在地的實(shí)際制熱量應(yīng)為：93.78×0.74=69.40 kW。

在考慮了以上三種修正后得到了該熱泵機(jī)組在實(shí)際使用時(shí)的制熱量為69.40 kW/臺(tái)，在根據(jù)建筑冬季熱負(fù)荷545.71 kW，可得出共需該機(jī)組：545.71÷69.40=7.86臺(tái)，取整后則該建筑在冬季時(shí)共需要8臺(tái)該型號(hào)的熱泵機(jī)組。在根據(jù)冬季熱負(fù)荷選擇機(jī)組后需對(duì)夏季負(fù)荷進(jìn)行校核，因?yàn)闄C(jī)組夏季時(shí)僅受室外環(huán)境溫度的影響，則只需對(duì)機(jī)組進(jìn)行一項(xiàng)修正。根據(jù)該機(jī)組樣本提供的參數(shù)，夏季時(shí)在出水溫度為7 ℃，室外環(huán)境為30 ℃時(shí)該機(jī)組的制冷量為：138.8 kW/臺(tái)，則根據(jù)建筑夏季負(fù)荷及單臺(tái)機(jī)組的制冷量可得出夏季需要機(jī)組的數(shù)量為：492.65÷138.8=3.55臺(tái)，取整后則該建筑在夏季時(shí)共需要4臺(tái)該型號(hào)的熱泵機(jī)組。

綜上，根據(jù)建筑冬季熱負(fù)荷選型時(shí)需要8臺(tái)機(jī)組，再根據(jù)夏季冷負(fù)荷校核需要4臺(tái)機(jī)組，則需要選擇8臺(tái)機(jī)組，冬季8臺(tái)機(jī)組全開(kāi)，夏季開(kāi)4臺(tái)機(jī)組。

4 結(jié) 論

通過(guò)上述工程實(shí)例對(duì)空氣-水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計(jì)算筆者認(rèn)為在選用空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組作為冷熱源時(shí)，一般情況下機(jī)組在冬季使用時(shí)需要考慮以下三個(gè)修正：

1)使用地區(qū)室外空調(diào)計(jì)算干球溫度修正；

2)機(jī)組冬季融霜修正；

3)使用地區(qū)室外空氣相對(duì)濕度修正。

在考慮上述修正后，機(jī)組的衰減一般較大，因此筆者認(rèn)為在綜合考慮了空調(diào)系統(tǒng)的冷、熱負(fù)荷后，如果相差較小的話可根據(jù)冬季熱負(fù)荷來(lái)選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組，對(duì)夏季冷負(fù)荷進(jìn)行校核計(jì)算的方法進(jìn)行空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計(jì)算。

[1] 姜益強(qiáng)，姚楊，鄧仕明，馬最良.空氣源熱泵冷水機(jī)組的選擇[J].暖通空調(diào)，2003.33(6)

[2] 般民.比負(fù)荷系數(shù)法—選用風(fēng)冷熱泵機(jī)組的新方法[C].全國(guó)暖通空調(diào)制冷1998年學(xué)術(shù)年會(huì)文集，1998

[3] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008