空氣源熱泵集中供熱水系統分析

邱 偉

（山西省煤炭規劃設計院（集團）有限公司，山西 太原 030000）

1 空氣源熱泵概述

空氣源熱泵供熱水技術原理是從空氣中吸收熱量，使液態循環工質蒸發變成氣態，經壓縮機壓縮后變成高溫高壓的蒸汽；高溫高壓的蒸汽流經冷凝器將從空氣中吸取的熱量和壓縮機做工消耗的電能轉化成熱量傳給冷水，使冷水的水溫升高。空氣能熱泵為建筑提供熱水，節能空間巨大，特別是學生宿舍、賓館、醫院等有集中熱水需求的場所。從2012年，住建部和財政部啟動了“公共建筑節能改造重點示范城市”建設工作，重慶、上海、深圳、福州、廈門、青島等陸續被列為節能改造示范城市。隨著節能改造工作的推進，空氣源熱泵系統熱水技術在高校學生宿舍、賓館及醫院得到了快速推廣。新建建筑中應用空氣源熱泵系統，一般由具備資質的設計院進行施工圖設計，并由建筑主體施工單位一并負責施工，應用效果相對較好。針對既有建筑的節能改造，在設計安裝方面有些亟待解決的問題。

2 建筑結合

2.1 建筑美觀

空氣源熱泵系統在建筑中的安裝位置主要考慮的因素是：荷載滿足要求、通風良好、避免噪音影響、建筑美觀。空氣源熱泵的安裝位置一般有三種：放置在屋頂、放置在地面、放置在裙樓頂。

2.2 結構安全

建筑的主體結構或結構構件，應能夠承受空氣源熱泵、水箱等傳遞的荷載。建筑安裝系統時，需由建筑主體設計單位或具備相應資質的設計單位出具核載核算文件，滿足荷載需求時，才能安裝。凡外露的預埋件或連接件及鋼結構、支架、邊框、緊固件應按國家有關標準規范進行防腐處理。使用過程中應根據具體情況進行定期檢查、定期防腐處理。

2.3 電氣安全

對原供電系統容量、電纜截面、斷路器限額值和整定值進行復核。如果不能滿足需求，則應重新設計配電系統。金屬穿線管、鋼管、預埋件的金屬部位及屋面其它金屬構件應就近與屋面避雷帶可靠連接，并應符合現行國家《建筑物防雷設計規范》GB50057的相關規定。從配電箱引出的配電線路應穿鋼管，鋼管的一端應與配電箱和PE線相連，另一端應與空氣源熱泵設備相連，并應就近與屋頂防雷裝置相連。當鋼管因連接設備而中間斷開時應設跨越線。

3 供水要求

3.1 存在問題

筆者調研期間發現，建筑改造的空氣源熱水系統，存在比較多的問題是：冷、熱水壓力不平衡，水量忽大忽小；水量不充足，存在無熱水洗澡的情況；水溫不恒定，水溫在40～50℃波動，如果只對熱水量收費，洗澡的費用時高時低，用戶意見較大。公共建筑熱水項目改造之前，一般是采用家用電熱水器、鍋爐等供水方式，傳統系統供熱水方式的優點恰恰是流量穩定、水溫穩定、水壓恒定。所以，如果這些問題不解決，將給空氣源熱泵項目的進一步推廣帶來較大影響。

3.2 供水壓力平衡

為了達到熱水系統冷、熱水供水壓力平衡，需滿足：保證用冷、熱水供水壓力差不宜大于0.02MPa；熱水系統分區與冷水系統一致，冷熱水管同程，水頭損失要相近等要求。一般情況開式水箱供水是很難達到的，所以要求采用集中供水一般需采用循環加熱式熱泵機組。閉式系統采用變頻供水設備，可更好地解決供水壓力平衡問題。

3.3 水量充足

水量充足是指系統可供應充足的符合設計溫度的水量。一般情況下，系統設計值都會根據用水量來設計空氣源熱泵容量和水箱的容積。出現水溫不充足的一個很大原因是采用單水箱系統，水箱同時承擔補水、加熱、供水的功能，造成了供熱水箱熱水溫差變化大。解決這個問題的做法是采用雙水箱形式，一個水箱專門負責加熱，達到設定的溫度后輸送到供熱水箱。

4 控制系統

4.1 概述

需根據當地的氣候條件，最冷月的平均溫度來選擇空氣源熱泵的類型，比如夏熱冬冷地區宜選用低溫型熱泵，另外出于制熱系統防凍控制考慮宜選用循環式熱泵。雙水箱系統（貯熱水箱+供熱水箱）（如圖1）采用循環式空氣源熱泵機組的熱水系統，將貯熱與供熱分開，可達到穩定供應生活熱水的目的，可實現全日供熱水和定時供熱水場所。

圖1 雙水箱系統圖

4.2 設計要點

1）空氣源熱泵機組制熱量，根據國家現行標準《建筑給水排水設計規范（2009年版）》 （GB50015-2003）中規定的用水定額來確定日用水量，再根據冷熱水溫度、熱泵機組工作時間（宜取12～15h）來計算。

2）水箱容積計算，貯熱水箱容積，貯熱水箱是一個定量加熱的容器，將空氣源熱泵加熱的，達到設計溫度的水輸送到恒溫水箱，其容積由設計者根據建筑項目用戶熱水使用量以及季節不同來確定。

3）供水箱容積，全日供熱水系統：根據設計小時耗熱量持續時間內（高峰用水時段）的耗水量與熱泵機組產水量的差值計算，安全系數取2.1～2.2。考慮經濟性，可適當增大供熱水箱容積，減少熱泵機組總裝機容量，降低設備投資。定時供熱水系統：根據定時供應最大時段的全部熱水量確定。

4.3 系統控制

1）貯熱水箱加熱控制，供熱水箱水位低于80%時，D1、D2開啟，D3、D4關閉，熱泵循環泵運行，對貯熱水箱進行加熱。

2）熱水轉移控制，貯熱水箱溫度≥55℃時，熱水提升泵運行，將熱水轉移至供熱水箱中； （2）貯熱水箱水位降至20%時，熱水提升泵停止運行，并開啟進水電磁閥補水。

3）供熱水箱加熱控制，供熱水箱溫度≤50℃時，D3、D4開啟，D1、D2關閉，熱泵循環泵運行，對供熱水箱進行保溫加熱；供熱水箱溫度≥55℃時，D3、D4關閉，熱泵循環泵停止運行。

4）回水控制，回水管溫度≤35℃時，回水電磁閥和回水泵運行；回水管溫度≥45℃時，回水電磁閥和回水泵停止運行。

5 結語

綜上所述，空氣源熱泵技術在建筑中應用，具有較大的節能潛力。在應用的過程中，我們應該注意避免一些不必要的問題，讓節能技術的應用深入人心，讓空氣源熱泵在我國的應用得到更好的發展。