注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

赤鱼追波

建筑日记

 
 
 

日志

 
 

风冷热泵空调系统  

2013-09-02 13:49:52|  分类: 洁净与空调 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

风冷热泵空调系统的设计

空调负荷包括空调冷负荷和空调热负荷。空调冷(热)负荷指为将室内的空气参数维持在设计参数状态,单位时间内需向建筑提供的冷(热)量。这是一个受室内设计参数,室内人员、设备等散热和散湿量,围护结构性质,室外空气环境参数(包括温度、湿度、气流速度等),太阳辐射强度等诸多因素影响的变量。让空调系统恰如其分地提供冷(热)量,以满足设计计算状态下建筑物的需求,并随时适应建筑物空调冷(热)负荷及其变化的需要是空调设计的根本目的。

在空调系统设计过程中,空调负荷计算是第一步。空调负荷的计算应包括空调设计计算负荷的确定和各时段负荷的分析;其次,设备的容量必须满足空调设计计算冷(热)负荷的要求;另外设备的配置应适应空调负荷变化的特点。在以空气源热泵型冷热水机组为冷源的空调系统设计中,热泵机组的容量既要考虑到大楼各部分的同时使用系数,还应考虑到热泵的实际制冷量和实际供热量会因设备间距限制等原因造成通风不畅,部分气流短路(这部分的出力损失约占5%左右)而受到影响,和室外换热器表面积灰和表面结垢、设备衰减等因素的影响,故所选择的热泵机组应考虑安全系数。

由公式来表示:

Q=β1·β2·QD.

式中:Q——热泵机组在设计工况下的制冷(供热)量,

KW QD——设计计算负荷,

KWβ1——同时使用系数,由具体工程定,一般为0.751.0

β2——安全系数,一般取1.051.10

另外,热泵机组既要满足系统夏季的供冷要求,又要满足系统冬季的供暖要求。不同供应商的热泵机组的额定制冷量、额定供热量的参数不尽相同,与各地区空调室外设计参数不一定一致。

对南京而言,一般供应商所提供的热泵机组额定制冷工况条件与实际一致或相近,一般空气干球温度为35℃,空调冷冻水进出水温度分别为12℃、7℃左右。而冬季制热的额定工况条件为室外空气温度78℃,进出水水温为50-55℃。

这一条件与南京地区冬季空调设计计算温度相差甚远。南京气候特征为冬冷夏热。对于一般办公、酒店为主的综合楼,冬季空调供暖设计计算热负荷约为夏季空调设计计算冷负荷的70-85%.在热泵机组选择时,应查看热泵机组对应于当地设计计算气象参数条件的真实出力。如果热泵机组在设计计算室外参数条件下的制冷量大于设计计算冷负荷,而制热量等于热负荷,则应以热负荷为准选择热泵。反之,如果制冷量满足设计计算冷负荷要求,而供热量大于所需热量,则可考虑部分选用风冷型冷水机组,部分选用风冷型热泵机组,以减少投资。一般情况下,按夏季冷负荷选定的热泵,能满足冬季供暖的要求。

机组类型与台数的确定

风冷热泵型冷热水机组根据压缩机的不同可分为涡旋式热泵机组、活塞式热泵机组和螺杆式热泵机组;按机组结构大小、组合规模不同,热泵机组可分为整体式热泵机组和模块式热泵机组。

整体式热泵机组与模块式热泵机组没有本质的区别,所谓模块式热泵就是指一台热泵机组由若干台热泵单元(有独立的制冷回路,独立的蒸发、冷凝,独立的框架,甚至有独立的控制板)并联而成,各单元增减组合灵活方便,任意一单元的故障不影响其余各单元的工作。

国内的热泵机组生产企业以生产模块式热泵机组为多,而整体式热泵机组从外观上看是一组合单元、一整体框架,虽然内部可有多台压缩机,甚至有两个以上的制冷回路,但它们之间一般不可再分解。

模块式热泵机组的主要优点是噪音低、振动小,由于系统总的制冷回路多,冬季化霜时对系统水温影响小,系统互备性也好。另外,热泵机组一般置于屋顶,模块式热泵机组由于各单元组合灵活,各单元尺寸小、重量轻,故具有运输、吊装、安装方便等优点。如工程较大,模块式热泵机组会由于制冷单元数量较多,而存在故障点多、维护量大的可能性,额定工况下的效率也略低于整体式机组。另外,由于模块化热泵一般采用板式换热器,对水质要求较高,对各单元之间水力平衡的要求也较高。综上所述,对较小系统,或对尺寸、重量、吊装等有特殊要求的场合,模块式热泵有其优越性。

至于活塞式热泵机组与螺杆式热泵机组,从理论上讲,螺杆式热泵机组的运动部件少,维护量少,效率高,噪音也低。但由于热泵的噪音很大一部分来源于风机,而且压缩机的噪音可以通过加隔音罩等办法降低,故实际上螺杆式热泵的噪音比活塞式热泵的噪音略低(约3-5dBA))。另外,对于热泵机组的热阻主要在室外换热器侧,热泵的效率受两器面积等因素的影响,故从工程角度出发,螺杆式热泵与活塞型热泵在效率上的差异有限,但螺杆式热泵的价格高于活塞式热泵。

关于制冷剂问题,有条件时尽可能选用对环境影响小的制冷剂,如R134aR407C等,其中应优选R407C,其次是R134a;从制冷剂价格考虑,目前最便宜的是R22.

热泵机组的位置

热泵机组的位置有下列几种:一是置于裙楼顶,二是置于塔楼顶,三是置于窗台,四是置于净高较高的室内。

考虑到吊装及日后更换等原因,热泵机组较多的置于裙楼顶。

当热泵机组置于裙楼顶时,要评估其对主楼及周围环境的影响,较大的热泵机组(≥200RT),单机噪音在75~85dbA)左右。有必要时可加隔音屏障,或在主楼靠机组侧避免开门,做双层窗或高质量中空玻璃取代普通单层玻璃窗。

布置于窗台的热泵机组往往是每层要求独立配置、单独计量的场所,只限于较小容量的热泵机组,宜采用侧进风侧排风的形式。选用上排风热泵机组时应安装导流风管,改成侧排风。

即使室内有较高净空,热泵机组置于室内是不可取的,受条件限制必须设置于室内时,室内应有穿堂风可利用,要有足够的进风面积,并将排风通过风道有组织地排至室外,防止气流短路。加接排风管时,对风机应作相应的调整,避免因阻力的增加而减少通风量。比较理想的方法还是将热泵机组置于塔楼顶,使热泵机组有良好的通风条件,并使噪音影响面降为最小。

但应注意,热泵机组不能临近住宅或其他对噪音要求较高的房间布置,不得紧贴住宅(客房)上面或下面布置热泵机组及水泵。热泵机组宜采用弹簧减振器隔振,减振器型号及布置点经计算确定。热泵机组靠女儿墙及主楼的距离大于3m,机组间的间距不宜小于3m,有条件时距离应加大。热泵机组的布置除考虑对周围环境影响小,通风好外,还应考虑管线布置、设备吊装及以后的更换等因素,有条件时留出1~2台机组位置,为以后发展留下余地,并为设备安装及更换考虑足够的荷载条件。

水泵的选择与布置

水泵的数量宜与热泵机组的台数相对应。热泵机组与水泵的连接方式宜采用一对一串联的方式,热泵机组与水泵联动。热泵机组数量较多时,水泵可贴临热泵机组布置,水泵应具有防水性能并加挡雨吸音罩;热泵机组数量较少时,水泵宜集中布置于室内。备用水泵可采用先不安装而临时替换的方法。如果水泵采用先水泵组并联再与并联的热泵机组相串联的方式,则并联的热泵机组数量不宜超过6台,并应有可靠的水力平衡措施。这种连接方式应将水泵布置于临近热泵的室内,也可以置于地下室,水泵的台数应考虑12台的备用泵。在选择水泵规格时,尽可能选低转速泵,以减低噪音,水泵的流量可按系统所需流量的1.1倍选取,水泵的扬程应等于系统所需克服的总阻力。水泵的功耗应控制在热泵出力的1/30之内。水泵的布置要有一定的间距,有条件时预留1~2台水泵的安装位置以备发展之需。水泵也应有可靠的隔振措施。

末端设备的选择(一级)

夏季工况条件下,热泵机组额定供回水温度分别为7℃和12℃,这与一般空调器的额定工况相一致,空调器的选择计算与其他形式的空调系统相一致。

冬季工况条件,热泵空调系统在额定条件下(室外空气8℃),热泵机组的额定供回水温度一般分别在47℃、42℃。

而当室外温度较低时,热泵空调系统的供水温度一般维持在3940℃。这一水温条件明显低于锅炉供热系统的额定供回水温度(分别为60℃和50℃),也即低于一般空调器性能参数表中给出的额定进出水温度(也分别为60℃和50℃),由于水温不一样,空调器的散热量有明显差异。有学者因此认为热泵空调系统的末端设备应在夏季工况计算选择结果的基础上有所放大。但根据我们的计算,南京地区热泵空调系统的末端可以采用夏季制冷工况条件下的计算选择结果。这一方面是由于南京地区一般建筑物的采暖热负荷小于夏季供冷冷负荷,另外,同样的空调器,60℃进水温度条件下的供热量明显大于7℃进水条件下的制冷量。冬季当进水温度降至3940℃时,空调器的散热量能满足室内供暖的要求。

此外,习惯上按中档参数选择空调器,本身就有一定的裕量。如果热泵空调系统有4个以上的制冷回路,化霜对水温不会造成明显的波动,故不会影响室内温度的波动。但当热泵系统只有12个回路时,为减少化霜对室内温度的影响,有条件时,可将空调器启停控制与水温同步,如当水温低于35℃时,空调器风机停止运转,当水温高于35℃时风机恢复运转。这样可有效提高室内的舒适性。

风冷热泵机组

风冷热泵机组是由压缩机——换热器——节流器——吸热器——压缩机等装置构成的一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程(温度高达100℃),它进入换热器后释放出高温热量加热水,同时自己被冷却并转化为流液态,当它运行到吸热器后,液态迅速吸热蒸发再次转化为气态,同时温度下降至零下20℃——30℃,这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。

特点

1.风冷热泵机组属中小型机组,适用于200-10000平方米的建筑物。

2.空调系统冷热源合一,更适用于同时具有采暖和制冷需求的用户,省去了锅炉房。

3.机组户外安装,省去了冷冻机房,节约了建筑投资。

4.风冷热泵机组的一次能源利用率可达90%,节约了能源消耗,大大降低了用户成本。

5.无须冷却塔,同时省去了冷却水泵和管路,减少了附加设备的投资。

6.风冷系统替代冷却水系统,更适用于缺水地区。

性能

冷热量

这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。

COP

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COP3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、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。

系统

风冷热泵机组的系统分析,就是在风冷热泵的选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

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.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。

保护控制

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)

工程设计

风冷热泵

风冷热泵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。

因此风冷热泵应尽可能布置在室外,进风应通畅,排风不应受到阻挡。避免造成气流短路。如有阻挡物,应符合一定的要求。许多生产等单位提供的设计手册中对机组之间的间距及机组与墙间的距离均有明确要求,大致如下:机组间的距离应保持在2米以上,机组与主体建筑(或高度较高的女儿墙)间的距离应保持在3米以上。另外为避免排风短路在机组上部不应设置挡雨棚之类的遮挡物。如果机组必须布置在室内,应采取提高风机静压的办法,接风管将排风排至室外。排风口的风速要大(7/秒),使其具有一定的射程,而进风口速度则要小(2/秒),进排风口垂直高差应尽可能大,以避免气流短路。

辅助热源

风冷热泵冬季的供热量是随室外气温的下降而降低,室外气温每降低1℃,供热量大约降低2%;而随室外气温的下降,室内需热量却需增加,所以应考虑设置辅助热源,辅助热源可以是电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、汽-水热交换器等等。根据工程经验风冷热泵机组每1RT制冷是配置0.6kW辅助热源是较为稳妥的,这样的配置可以充分保证整幢建筑在冬季的空调效果。当然许多工程出于投资的考虑往往不配置辅助热源,这也是许多采用热泵的建筑在冬季空调效果不好的其中一个原因。

影响风冷热泵冬季供热量的主要原因是冬季室外空气的相对湿度,特别是室外空气相对湿度大于75%的地区,风冷热泵的结霜较快;除霜时须停止供热,使机组的总供热量下降,功耗增大。因此笔者建议冬季室外空气相对湿度平均值高于75%的地区不宜使用此类机组。如若有其它原因而必须选用热泵机组的话,应考虑配置辅助热源。

噪声控制

风冷热泵空调工程的噪声控制首先是在设备选型阶段就要优先选择噪声较低的品牌,单台风冷热泵的噪声一般在6585dB之间,每增加一台机组,整体噪声将增加3dB,当一个工程中热泵的台数较多时则噪声就较难控制。因此在选用热泵的工程中机组的台数不宜过多,换句话讲就是热泵不宜在大型空调工程中采用,一般情况一个工程的热泵台数不应超过5台。

另外,在机组的布置中除应考虑排风通畅,避免排风回流以外,在机组的底座及进出水管处必须安装减震装置,隔震效率要满足设计要求。在供冷、供热站内的空调水主干管道要安装有减震的吊架或支架,防止机组和水泵的振动通过管道传到其它地方。

再则,在有条件的情况下机组应尽可能布置在主楼屋面,减小其噪声对主楼本身和周围环境的影响。

  评论这张
 
阅读(345)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017