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(此時作冷凝器)向外排放熱量，用于水側(cè)換熱器(此時作蒸發(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。通過切換四通換向閥來改變制冷劑在制冷環(huán)路的流動方向，以實現(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

2.1 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組優(yōu)點

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

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

雖然空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組存在很多優(yōu)點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)組的噪聲及震動相對水冷機(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)組的選型計算

3.1 空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計算方法

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，所以在選型時就要同時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)荷來選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組，對冬季熱負(fù)荷進(jìn)行校核計算；

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

3)采用比負(fù)荷系數(shù)法選擇空氣源熱泵機(jī)組[2]。

筆者通過具體工程實例對空氣-水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計算的第二種方法進(jìn)行簡單的闡述。

3.2 工程實例分析

3.2.1 工程概況

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

經(jīng)計算其夏季冷負(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)組選型時冬季需要進(jìn)行多種修正，故在設(shè)計選型時考慮采用第二種方法進(jìn)行選型計算。

3.2.2 選型計算

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)組的實際使用中，當(dāng)工況改變時，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，因此在選型時需要對機(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，由于機(jī)組使用時與其標(biāo)準(zhǔn)工況下的名義制熱量不同，所以需要對其制熱量進(jìn)行修正：

1)首先需要考慮使用地區(qū)的室外空調(diào)計算干球溫度修正，一般按產(chǎn)品樣本選?。灰话銖S家樣本都會給出不同溫度下的制熱量，本工程中選取的樣本單臺機(jī)組在室外計算干球溫度為-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，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、冬季室外計算溫度、濕度選取。本工程中取每小時融霜一次，因此對機(jī)組的制熱量進(jìn)行二次修正：104.2×0.9=93.78 kW。

3)由于室外空氣相對濕度的不同，熱泵的選型計算時亦需考慮機(jī)組供熱量隨室外相對濕度不同時而引起的變化，因此，在熱泵的選型時除了上述兩項修正外，還需考慮這一修正，此項修正也是設(shè)計選型時最容易忽視的修正。本工程中根據(jù)使用地區(qū)的室外空氣相對濕度選取的修正系數(shù)為0.74，故在考慮此項修正后單臺機(jī)組在本項目所在地的實際制熱量應(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)組在實際使用時的制熱量為69.40 kW/臺，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，取整后則該建筑在冬季時共需要8臺該型號的熱泵機(jī)組。在根據(jù)冬季熱負(fù)荷選擇機(jī)組后需對夏季負(fù)荷進(jìn)行校核，因為機(jī)組夏季時僅受室外環(huán)境溫度的影響，則只需對機(jī)組進(jìn)行一項修正。根據(jù)該機(jī)組樣本提供的參數(shù)，夏季時在出水溫度為7 ℃，室外環(huán)境為30 ℃時該機(jī)組的制冷量為：138.8 kW/臺，則根據(jù)建筑夏季負(fù)荷及單臺機(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，取整后則該建筑在夏季時共需要4臺該型號的熱泵機(jī)組。

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

4 結(jié) 論

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

1)使用地區(qū)室外空調(diào)計算干球溫度修正；

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)荷來選擇空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組，對夏季冷負(fù)荷進(jìn)行校核計算的方法進(jìn)行空氣—水熱泵空調(diào)機(jī)組的選型計算。

[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].全國暖通空調(diào)制冷1998年學(xué)術(shù)年會文集，1998

[3] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008