空氣源熱泵集中供熱水系統(tǒng)分析

邱 偉

（山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）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(shù)原理是從空氣中吸收熱量，使液態(tài)循環(huán)工質(zhì)蒸發(fā)變成氣態(tài)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后變成高溫高壓的蒸汽；高溫高壓的蒸汽流經(jīng)冷凝器將從空氣中吸取的熱量和壓縮機(jī)做工消耗的電能轉(zhuǎn)化成熱量傳給冷水，使冷水的水溫升高?？諝饽軣岜脼榻ㄖ峁崴?jié)能空間巨大，特別是學(xué)生宿舍、賓館、醫(yī)院等有集中熱水需求的場(chǎng)所。從2012年，住建部和財(cái)政部啟動(dòng)了“公共建筑節(jié)能改造重點(diǎn)示范城市”建設(shè)工作，重慶、上海、深圳、福州、廈門、青島等陸續(xù)被列為節(jié)能改造示范城市。隨著節(jié)能改造工作的推進(jìn)，空氣源熱泵系統(tǒng)熱水技術(shù)在高校學(xué)生宿舍、賓館及醫(yī)院得到了快速推廣。新建建筑中應(yīng)用空氣源熱泵系統(tǒng)，一般由具備資質(zhì)的設(shè)計(jì)院進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，并由建筑主體施工單位一并負(fù)責(zé)施工，應(yīng)用效果相對(duì)較好。針對(duì)既有建筑的節(jié)能改造，在設(shè)計(jì)安裝方面有些亟待解決的問(wèn)題。

2 建筑結(jié)合

2.1 建筑美觀

空氣源熱泵系統(tǒng)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(fēng)良好、避免噪音影響、建筑美觀?？諝庠礋岜玫陌惭b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(jié)構(gòu)安全

建筑的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)能夠承受空氣源熱泵、水箱等傳遞的荷載。建筑安裝系統(tǒng)時(shí)，需由建筑主體設(shè)計(jì)單位或具備相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位出具核載核算文件，滿足荷載需求時(shí)，才能安裝。凡外露的預(yù)埋件或連接件及鋼結(jié)構(gòu)、支架、邊框、緊固件應(yīng)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行防腐處理。使用過(guò)程中應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行定期檢查、定期防腐處理。

2.3 電氣安全

對(duì)原供電系統(tǒng)容量、電纜截面、斷路器限額值和整定值進(jìn)行復(fù)核。如果不能滿足需求，則應(yīng)重新設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)。金屬穿線管、鋼管、預(yù)埋件的金屬部位及屋面其它金屬構(gòu)件應(yīng)就近與屋面避雷帶可靠連接，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057的相關(guān)規(guī)定。從配電箱引出的配電線路應(yīng)穿鋼管，鋼管的一端應(yīng)與配電箱和PE線相連，另一端應(yīng)與空氣源熱泵設(shè)備相連，并應(yīng)就近與屋頂防雷裝置相連。當(dāng)鋼管因連接設(shè)備而中間斷開時(shí)應(yīng)設(shè)跨越線。

3 供水要求

3.1 存在問(wèn)題

筆者調(diào)研期間發(fā)現(xiàn)，建筑改造的空氣源熱水系統(tǒng)，存在比較多的問(wèn)題是：冷、熱水壓力不平衡，水量忽大忽小；水量不充足，存在無(wú)熱水洗澡的情況；水溫不恒定，水溫在40～50℃波動(dòng)，如果只對(duì)熱水量收費(fèi)，洗澡的費(fèi)用時(shí)高時(shí)低，用戶意見較大。公共建筑熱水項(xiàng)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(tǒng)系統(tǒng)供熱水方式的優(yōu)點(diǎn)恰恰是流量穩(wěn)定、水溫穩(wěn)定、水壓恒定。所以，如果這些問(wèn)題不解決，將給空氣源熱泵項(xiàng)目的進(jìn)一步推廣帶來(lái)較大影響。

3.2 供水壓力平衡

為了達(dá)到熱水系統(tǒng)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(tǒng)分區(qū)與冷水系統(tǒng)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(dá)到的，所以要求采用集中供水一般需采用循環(huán)加熱式熱泵機(jī)組。閉式系統(tǒng)采用變頻供水設(shè)備，可更好地解決供水壓力平衡問(wèn)題。

3.3 水量充足

水量充足是指系統(tǒng)可供應(yīng)充足的符合設(shè)計(jì)溫度的水量。一般情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)值都會(huì)根據(jù)用水量來(lái)設(shè)計(jì)空氣源熱泵容量和水箱的容積。出現(xiàn)水溫不充足的一個(gè)很大原因是采用單水箱系統(tǒng)，水箱同時(shí)承擔(dān)補(bǔ)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(gè)問(wèn)題的做法是采用雙水箱形式，一個(gè)水箱專門負(fù)責(zé)加熱，達(dá)到設(shè)定的溫度后輸送到供熱水箱。

4 控制系統(tǒng)

4.1 概述

需根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，最冷月的平均溫度來(lái)選擇空氣源熱泵的類型，比如夏熱冬冷地區(qū)宜選用低溫型熱泵，另外出于制熱系統(tǒng)防凍控制考慮宜選用循環(huán)式熱泵。雙水箱系統(tǒng)（貯熱水箱+供熱水箱）（如圖1）采用循環(huán)式空氣源熱泵機(jī)組的熱水系統(tǒng)，將貯熱與供熱分開，可達(dá)到穩(wěn)定供應(yīng)生活熱水的目的，可實(shí)現(xiàn)全日供熱水和定時(shí)供熱水場(chǎng)所。

圖1 雙水箱系統(tǒng)圖

4.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）空氣源熱泵機(jī)組制熱量，根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（2009年版）》 （GB50015-2003）中規(guī)定的用水定額來(lái)確定日用水量，再根據(jù)冷熱水溫度、熱泵機(jī)組工作時(shí)間（宜取12～15h）來(lái)計(jì)算。

2）水箱容積計(jì)算，貯熱水箱容積，貯熱水箱是一個(gè)定量加熱的容器，將空氣源熱泵加熱的，達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的水輸送到恒溫水箱，其容積由設(shè)計(jì)者根據(jù)建筑項(xiàng)目用戶熱水使用量以及季節(jié)不同來(lái)確定。

3）供水箱容積，全日供熱水系統(tǒng)：根據(jù)設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間內(nèi)（高峰用水時(shí)段）的耗水量與熱泵機(jī)組產(chǎn)水量的差值計(jì)算，安全系數(shù)取2.1～2.2?？紤]經(jīng)濟(jì)性，可適當(dāng)增大供熱水箱容積，減少熱泵機(jī)組總裝機(jī)容量，降低設(shè)備投資。定時(shí)供熱水系統(tǒng)：根據(jù)定時(shí)供應(yīng)最大時(shí)段的全部熱水量確定。

4.3 系統(tǒng)控制

1）貯熱水箱加熱控制，供熱水箱水位低于80%時(shí)，D1、D2開啟，D3、D4關(guān)閉，熱泵循環(huán)泵運(yùn)行，對(duì)貯熱水箱進(jìn)行加熱。

2）熱水轉(zhuǎn)移控制，貯熱水箱溫度≥55℃時(shí)，熱水提升泵運(yùn)行，將熱水轉(zhuǎn)移至供熱水箱中； （2）貯熱水箱水位降至20%時(shí)，熱水提升泵停止運(yùn)行，并開啟進(jìn)水電磁閥補(bǔ)水。

3）供熱水箱加熱控制，供熱水箱溫度≤50℃時(shí)，D3、D4開啟，D1、D2關(guān)閉，熱泵循環(huán)泵運(yùn)行，對(duì)供熱水箱進(jìn)行保溫加熱；供熱水箱溫度≥55℃時(shí)，D3、D4關(guān)閉，熱泵循環(huán)泵停止運(yùn)行。

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

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，空氣源熱泵技術(shù)在建筑中應(yīng)用，具有較大的節(jié)能潛力。在應(yīng)用的過(guò)程中，我們應(yīng)該注意避免一些不必要的問(wèn)題，讓節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用深入人心，讓空氣源熱泵在我國(guó)的應(yīng)用得到更好的發(fā)展。