空气源热泵冷热水机组.ppt

空气源热泵冷热机组,一、 概述,按新国际制冷辞典的定义，热泵就是以冷凝器放出的热量来供热的制冷系统；按照采暖通风空气调节技术语标准（GB50155-92），热泵被定义为能实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机。我们也可以称热泵为基于逆卡诺循环原理工作，既可以用来制冷，又可以用来供热的机组。热泵的分类多种多样，如果按与热泵的蒸发器和冷凝器换热的介质不同分类，热泵可以分为：空气-空气热泵，空气-水热泵，水-水热泵、水-空气热泵、土壤-空气热泵及土壤-水热泵等，下表列举了目前工程上应用较多的四种热泵。,热泵机组分类,二、热泵特性,近年来空气源热泵式冷热水机组广泛应用于办公楼、宾馆、医院、娱乐业、厂房、住宅等各行各业不同规模工程中，而且市场占有率一直较高，究其原因，皆因其有如下特点： 1、热泵机组夏季供冷，冬季供热，且置于建筑物屋面，不需要设专门的冷冻机房、锅炉房，也省去了烟囱和冷却水管道所占有的建筑空间。 对于寸土寸金的城市繁华地段的建筑，或无条件设锅炉房的建筑，空气源热泵冷热水机组无疑是一个比较合适的选择。 2、省去了冷却水系统和冷却塔、冷却水泵、管网及其水处理设备，无冷却水损耗，节省了这部分投资和运行费用。 空调系统如采用水冷式冷水机组，自来水的损失不仅有蒸发损失、漂水损失、还有排污损失、冬季防冻排水损失，夏季启用时的系统冲洗损失，化学清洗稀释损失等等，所有这些损失总和约折合冷却水循环水量的25%，根据不同性质的冷水机组，折合单位制冷量的损耗量为2-4t/100RTh。这对我们某些严重缺水的城市来说，是一个比较可观的数量。我们以前的经济比较很少重视这一点。,3、 由于无锅炉、无相应的燃料供应系统，无烟气，无冷却水，系统安全、卫生、简洁。 对于暖道专业来说，锅炉房最有可能存在安全隐患，另外，冷却水污染形成的军团菌感染的病例已有不少报导，从安全卫生的角度，空气源热泵具有明显优势。 4、系统设备少而集中，操作、维护管理简单方便。一些小型系统可以做到通过室内风机盘管的启停控制热泵机组的开关。中、大型设备可采用可编程控制器实现智能化自动控制。 5、单机容量从小到大， 规格齐全，工程适应性强， 利于系统细化划分，可分层、分块、分用户单元独立设置系统等。 6、COP值较高。对于南京这样冬冷夏热城市的一般建筑而言，热泵系统的全年能耗低于水冷机组加锅炉的空调系统。,但空气源热泵也存在一些不足： 1、造价较高。作为空调系统的冷热源方面的设备投资，空气源热泵冷热水机组造价较高，比水冷式机组加锅炉的方案的系统综合造价贵2030%，如只算冷热源设备，热泵的价格约为水冷机+锅炉的1.5-1.7倍。 2、空气源热泵冷热水机组常年暴露在室外，运行条件比水冷式冷水机组差，其寿命也相应要比水冷式冷水机组短。 3、热泵机组的噪音较大，对环境及相邻房间有一定影响。 热泵通常直接置于裙楼或顶层屋面，隔振隔音的效果，直接影响到相邻房间及周围一些房间的使用。合理的位置设置与隔振隔音措施的到位，热泵噪音的影响可以基本消除。,4、空气源热泵的性能随室外气候变化明显。室外空气温度高，要求供冷能力大及室外空气温度低，要求供热能力大时，其实际供冷、热能力却相反。 在额定工况下，气温35，出水7，空气源热泵夏季制冷性能系数COP值在3左右，冬季（空气7，出水45）如不计化霜损失，制热系数COPH值也在3左右或以上。但空气源热泵冷热水机组供冷能力随室外温度的升高而降低，机组消耗功率随室外环境温度的升高而增加。当室外空气温度增至40时，制冷量一般要下降57%左右。空气源冷热水机组正常制冷的上限温度一般在43-50。需要指出的是，跟冷却塔不一样，制冷工况下相对湿度对空气源热泵没有不利影响，相反，相对湿度大，对冷却有利。对于象南京这样夏季相对湿度较高的地区，实际上风冷与水冷在冷却效果的差异上，比人们想象的要小。,空气源热泵冷热水机组的制热特性更为复杂，当盘管表面温度低于空气露点温度时，空气会结露，此时盘管表面发生了相变换热，有利于提高热泵机组的制热能力，但当盘管表面温度低于空气冰点温度（0以下）时，如果空气中的相对湿度同时达到某一程度，盘管表面就会结霜，如不及时化霜，霜层会越结越厚，影响空气实际流通量，并阻碍了盘管上的热交换，重者会结冰，压缩机出现低压保护停机。对应不同迎面风速和气候条件，热泵机组室外侧空气盘管上湿空气存在着三种状态，即结霜区，凝露区，干冷区(不结霜也不凝露)。结霜区与凝露区之间的曲线为转变曲线，它与焓湿图上的等湿球温度线接近。迎面风速越高，结霜区域越小。当环境干球温度为0时，迎面风速为2.5m/s、相对湿度为73%时，即开始结霜；而将迎面风速提高至4m/s, 则相对湿度达82%时，才开始结霜，所以提高风速可减缓结霜。一般情况下，室外空气干球温度在- 5 85%时结霜最为严重，当tw-5时，结霜速率减慢，这主要是由于湿空气中绝对含湿量减少的缘故。,热泵机组盘管上出现结霜，会影响机组的正常有效的供热，故必须定时化霜。目前大部分机组采用四通阀换向，进入制冷工况，并且室外轴流风机停转，使压缩机排气直接进入翅片管换热器以除去翅片表面的霜。目前用于风冷热泵及其它低温制冷设备的除霜控制常用的有以下两种： （1）时间一温度（压力）法：随着霜层的形成及增加，机组工作的蒸发温度（压力）会相应下降，蒸发器翅片管的温度也会下降，因此，设定一个蒸发温度（压力）或蒸发器翅片管的温度值及一个与上次除霜的时间间隔值，当传感器感受的温度（压力）及机组制热工作时间均达到设定值时，开始进行除霜循环。机组的除霜结束条件可根据温度、时间或压力。通过感受翅片管的温度达到某一值（一般设定为1215）或融霜时间达到某一设定值（该值根据使用区域而设）或排气压力达到某一设定值，融霜即告结束，机组又恢复制热运行。 （2）时间一温差法：在机组进入制热工况后，翅片管内的制冷剂和室外空气之间将保持适当的温差，随着霜层的形成及增加，该温差将增大，当其达到机组设定值，且距上一次的除霜间隔时间也达到设定值时，开始进行除霜循环。机组的除霜结束条件与方法（1）相同。,另外，目前有些学者提出自组织模糊控制除霜系统 热泵机组的运行参数如蒸发温度（压力）、蒸发器翅片管温度、供热量、风机电流、蒸发器两侧压差等随蒸发器表面结霜均有一定的变化规律，在结霜初期以上各量的变化不十分显著，当霜层达一定厚度后，各参数的变化变得明显起来。在结霜初期以上参量变化不大的原因是由于蒸发器表面结霜，加大了蒸发器表面换热面积及换热表面粗糙度，气流与蒸发器间的换热没有减弱，另外，结霜产生的热交换也加大了蒸发器与气流的换热量，但随着霜层增厚，霜层导热热阻逐渐起了主导作用，特别是霜层增加了气流流动阻力，使空气流量下降，热泵机组的运行参数的变化就表现出来了。因此，可根据热泵机组运行参数对结霜的响应，结合热泵机组的工作环境条件（大气温度、湿度）采用模糊控制算法，给出除霜循环的触发信号，在进行除霜循环期间，通过对除霜过程中热泵机组的状态（蒸发器翅片管的温升、进出水温等的变化）的监测，对上一次的控制量进行校正，这样可使除霜控制自动适应环境参数的变化，提高除霜控制水平，在除霜控制过程中，其控制系统还可对热泵机组的运行状况给出评价。,三、空气源热泵应用,热泵应用的重要方向是解决长江流域建筑物中央空调的冷热源问题。我国部分地区的气候特点是夏热冬冷。上海、浙江、江西、湖南、湖北全境，江苏、安徽、四川大部，陕西、河南南部，贵州东部，福建、广东、广西北部，甘肃南部的部分地区均属于夏热冬冷的气候。在这些地区很适宜应用空气源热泵冷热水机组，解决建筑物中央空调冷热源的问题。同时，再考虑到热泵的地球环保效益，使空气源热泵冷热水机组在这些地区的大、中、小城市中获得广泛的应用。目前，空气源热泵冷热水机组的地区应用范围仍有继续向北移动的趋势。,空气源热泵机组应用的技术经济原则：,1、冬季室外供暖计算温度低于-10的地区谨慎使用，此时机组的能效比为2.0左右，使用的经济性较差； 2、冬季室外空气相对湿度平均值高于70%的地区谨慎使用，湿度过高时空气换热器结霜严重，一般除霜耗能10%以内是必须的，过高则不经济。除霜时机组是在做无效运行，除霜不净，空气热交换器不能有效工作，因此除霜时间，要根据当地气温、湿度的具体情况来设定。 3、对夏季负荷高于冬季负荷1.5倍左右的用户更为适宜。空气源热泵型冷热水机组的冬季标准工况为环境温度7，水温为40/45，此时其制热能力高于夏季制冷能力约1.1倍，而在非标准工况下使用，比如环境温度为-10时，其制热能力约为标准工况下的65%，冬季机组的出力相当于夏季制冷能力的68%，即夏季负荷是冬季负荷的1.5倍时，热泵机组的利用率是最高的；,4、对使用时间集中在白天而夜间使用少的用户、设备机房占地紧张的用户宜优先考虑热泵机组方案； 5、关于冬季水温的设定，目前各厂家产品在冬季标准工况下，其能效比约为3，但在环境温度为-5，热水参数仍然为40/45时，其能效比下降为2.4左右，如果环境温度仍然为-5，而水温设定在45/50时，其能效比就下降为2.2左右，因此水温设定以40/45为宜，这就要求合理地设计水系统，对有辅助热源的，应将提高水温的功能分配给辅助热源，对没有辅助热源的系统，应考虑空调末端设备的热量出力修正；,选型方法：,尽管江南地区一般工程冷负荷大于热负荷，但空调设计人员应计算出工程夏季冷负荷及冬季热负荷，按机组制冷量空调冷负荷来选择热泵机组型号，然后看以下不等式是否成立：热泵机组在冬季室外空调计算温度（如：无锡地区为-5）下的制热量工程冬季热负荷。若该不等式成立，则热泵机组选型适宜。 若该不等式不成立，则应在空调水管上设辅助加热装置或增大热泵机组容量。江南地区一般工程以上不等式是成立的。,四、设计、制造执行标准,我国现行的带有热泵的单元式空气调节机、房间空气调节器标准如下： （1）GB/T7725-1996 房间空气调节器； （2）GB4706.32-1996 家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求； （3）ZBJ73026-1989 单元式空气调节机型式和基本参数 （4）ZBJ73046-1990 单元式空气调节机技术条件 （5）ZBJ73022-1989 单元式空气调节机试验方法 对于带有热泵装置的冷水机组标准，我国已发布了以下两项标准： （1）JB/T7227-1994 复合热源热泵型螺杆式冷水机组标准。 （2）GBT18430.12001蒸气压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组 对于热泵机组使用的重要部件四通电磁换向阀，已制订了行业标准：JB/T7230-1994热泵用四通电磁换向阀。,五、五洲空气源热泵冷（热）水机组特点,1选用世界名牌柔性涡旋压缩机及半封闭双螺杆压缩机，COP值比目前市场上最先进的活塞式压缩机还高12%；,（1）世界名牌风冷热泵机组专用螺杆压缩机采用第三代线型及精确的转子加工技术，大大减少泄漏和损失。喷油润滑密封使转子在啮合时不直接接触而几乎无磨损。 （2）螺杆压缩机采用半封闭紧凑型结构，把电机、螺杆及油分置于一体，电机直接驱动螺杆避免联轴器造成的密封问题。 （3）螺杆压缩机电机采用回气冷却，使电机在较适宜的温度下运行，从而提升机组适应恶劣工况的能力，延长电机使用寿命。 （4）高精度SKF、FAG零间隙轴承、低铁损矽钢片与高效率槽型设计之专用耐氟耐油马达、轴向连续性输气加专利型排气腔设计，降低了振动和噪音 （5）螺杆压缩机采用双重液体喷射保护，分别控制排气温度和电机线圈温度，有效保护压缩机在各种工况下正常运行。 （6）螺杆压缩机内保配有先进的保护模块，分别对排气温度，电机线圈温度、油位、油压差等进行实时监控保护，确保机组正常运行。,2模块化设计理念、标准化管理模式、国际化采购途径、规模化生产能力，保证机组优异的可靠性，并控制设计制造成本，降低用户的初投资； 空气源热泵冷（热）水机组均采用模块化结构，涡旋式机组由2种基本模块（LS(R)F70、LS(R)F140）任意组合而成，螺杆式机组由10种基本模块（从LSBLG(R)F125LSBLG(R)F390）任意组合而成。所有模块单元在电脑控制器的集中控制下，按照负荷情况，调整模块运行数量，使机组制冷量和实际需求相一致，达到最好的节能效果。 各模块制冷系统相对独立，相互之间又具有完全的兼容性。任何一个制冷回路发生异常情况都不会影响其他制冷回路的正常运行，电脑会在某一回路发生故障时，发出指令由其他备用状态的回路接替故障回路的运行，机组的供冷、供热量保持相对稳定。 模块化结构的设计，使机组可以以标准的模块单元进行生产和运输。在安装现场组合成完整的机组，标准的模块单元体积小、重量轻，因而可减少运输、吊装过程中的大量费用；若机组置于楼顶，则对承重有一定要求，采用模块机组可分开摆放以利于分散载荷。用户还可以根据需要分期分批实现任意模块组合，有效地控制投资费用。,模块机在启动时，由电脑控制逐台步进起动，减少了对电网的电流冲击，降低了电气装置容量。 模块机组通过压机数量的合理配置，增加机组卸载能力，全面提升机组的部份负荷效率，而在冬季制热时，多机头又能有效减少除霜对机组制热的影响。 模块化机组唯一的缺点就是，其进出水管口较多，这方面的工程量稍微有所增加。 3机组对各压缩机实时监控，自动调整其运行时间，保证各压缩机均衡磨损，等寿命运行，提高整机使用寿命。 4空气侧换热器采用高效内螺纹铜管与由亲水膜材料制成的波纹强化铝翅片经机械涨管而成，具有效率高，不易结灰，尤其冬季不易结霜的特点。 空气侧换热器采用加大型设计，加大传热面积，降低传热温差，使机组可适用于夏季45高温工况下制冷，冬季-15低温工况下制热。且夏季运行良好，冬季不易结霜。 5采用复合材料、优化流道设计的航空技术旋翼式低噪声轴流风机，耐腐蚀、不易断裂，噪声、振动均低于同类其它产品。对于某些追求高品味的用户，我们还可提供进口产品，如捷克斯耐美（CIE）镰刀翼型压铸铝叶片轴流风机。,6水侧换热器采用卧式壳管式结构，采用优质高效换热管,提升换热能力。采用加大换热面积和水侧污垢系数的设计,从而降低传热温差、提升机组COP值和减少水垢对机组性能的影响。 所有壳管式换热器都经过严格的探伤试验,确保作为压力容器的安全性和可靠性。换热器端板及孔板都是由数控中心一体加工成型,铜管与端板采用精密滚珠涨管器扩管固定。水侧都经1.6Mpa、氟侧都经3.0Mpa的压力试验，确保机组的密封性。,7采用动态匹配设计，全面提升机组适应各种工况的能力和效率。 8特定工况还设置热气旁通和经济器，有效提升机组效率和冬季低温工况时的蒸发温度，减少机组结霜。 9除了使用常规的制冷剂外，也可生产使用R134a和R407C作为制冷工质的环保型机组。 10所有制冷配件及阀件均采用国际名牌产品，全面提升机组的运行可靠性。,12人性化的微电脑自动控制系统 控制系统的完善与否，直接影响到机组的性能。目前大多采用人性化的微电脑自动控制系统 （1） 完善的系统配置 保护措施完善的自动控制系统，压缩机为全封闭形式的机组采用单片机进行控制；压缩机为半封闭螺杆形式的机组采用著名品牌的工业级可编程控制器进行控制。人性化的液晶可触摸式显示屏，中文菜单界面，能随时监控机组运行状态。具有控制逻辑强，抗干扰耐寒热性高，反应灵敏等特点。 （2） 运行管理功能 机组按所设定的运行日及运行时段自动开关机，并根据负荷状态自动调整所投入的模块数，使输出冷量与所需冷量最佳匹配，并保证各压缩机均衡磨损，以提高整机使用寿命。 （3） 自动防冻功能 机组安装于冬季环境温度较低处，较长时间（一周左右）停机时，为防止系统内水冻结，可启动自动防冻功能，达到安全便捷功效。 （4） 安全报警功能 机组各系统保护装置设有：高低压超限、冷冻出水防冻、延时启动、压缩机过载、风机过载、逆相、缺相、过欠电压、水流量过低、油位过低、油压差等保护，并具有外部连锁等功能。 （5） 远程监控功能 可根据用户需要通过RS485标准串行通讯口与计算机或调制解调器（MODEM）通讯的连接口连接，进入BAS和公众电信交换网，进行远程通讯监控。,13以“尽量减少机组结霜概率”做为机组除霜的第一设计理念，通过对空气侧换热器结构、材料、换热面积、风速等的调整，来减少空气侧换热器的传热温差，提升机组蒸发温度。在某些特定场合，还设置了热气旁通，从而减少机组结霜的概率。 在除霜方式上采用控制器进行智能化除霜，真正体现按需除霜的精神。机组通过传感器实时监测蒸发压力，当其发生量变且相应其它要求也满足时，即开始除霜，当机组中压开关动作达到设定次数或除霜时间达标时，除霜即宣告结束。 除霜时，为了避免水温波动过大，规定在同一个时间内两个系统不允许同时进行。当一个系统进入除霜时，另一个系统进入等待状态，直到第一个系统除霜结束，才能进行除霜。但对于多模块机组来说，设置除霜最长等待时间：即当一台机组正在除霜时其它机组也满足除霜条件而进入除霜等待的最长时间。设置除霜最长等待时间可避免当一台机组除霜条件符合时过长的等待时间，从而避免其工作条件的恶化。 除霜结束时，相应设立吹干程序，即除霜将要结束时，先打开风机，把换热器上的水分吹干净后，再进入制热模式，确保机组每次除霜结束，投入运行时，都像是第一次开机一样，从而加大除霜间隔时间。,14通过对产品进行特殊设计可生产带有热回收的风冷冷（热）水机组，即在一般常规的风冷热泵机组中增加一辅助水冷冷凝器，以实现以下5种运行模式： （1）单制冷； （2）制冷并热回收； （3）制冷、热回收和对大气排热； （4）制热； （5）制热并热回收。 15对某些特定产品采用高低压力值数字化显示 采用高灵敏度高低压力传感器，其数值直接在液晶显示屏上显示，便于远程监控机组运行时的吸排气压力，并附加设定高低压力超限保护，提高机组可靠性。 16节流装置采用双热力膨胀阀，以适应制冷、制热不同工况制冷剂循环量变化大等特点。,六、机组安装、使用注意事项,安装注意事项 （1）机组