寒冷地区空气源热泵冷热水机组应用探讨.pdf

寒冷地区空气源热泵冷热水机组应用探讨 张奕宜 兰州有色冶金设计研究院 甘肃 兰州 730000 摘 要 介绍了空气源热泵冷热水机组的特点 探讨了空气源热泵冷热水机组在北方寒冷地区设计 选用时的一些体会 关键词 空气源 热泵 冷热水机组 特点 制冷 供热 辅助热源 中图分类号 TU831 6 过去我国北方寒冷地区由于夏季最高温度峰值 较低 高温天气持续时间短 所以在关注室内环境的 问题上 一直比较注重于冬季供热 近年来 随着人 民生活水平的不断提高 对室内环境的要求也越来 越高 对夏季制冷也提出了更高的要求 因此不但有 越来越多的新建建筑采用了中央空调系统 而且也 有很多旧有建筑诸如商场 宾馆 办公楼等存在空调 改扩建的情况 本文仅就空调系统选用空气源热泵 冷热水机组作为冷热源时谈一些浅见 1 空气源热泵冷热水机组的特点 1 空气源热泵冷热水机组是一种单元整体式 机组 集制冷 加热 送风 空气净化 电器控制等于 一体 机组结构紧凑 自带冷热源 常以模块化设计 组合方便 2 机组在结构上考虑了防雨措施 安装于屋顶 或室外平台上时 可不设防雨和遮阳设施 3 机组自带全电脑控制 自动化程度高 而且 机组电器连接紧凑 现场只需连接少量的控制线和 主电源线即可 4 机组采用风冷却系统 所以机组安装于屋顶 或室外平台上 不占用室内的有效面积 省却冷却水 系统 但其有一个显著的弱点 就是当供热运行时 随着室外温度的降低 其供热量逐渐减少 而此时建 筑物的热负荷却在逐渐增加 当制冷运行时 随着室 外温度的升高 其供冷量逐渐减少 而此时建筑物的 冷负荷却在逐渐增加 2 空气源热泵冷热水机组在空调改扩建工 程中的应用 对于空调改扩建工程而言 一般原建筑已有采 暖供热系统 新增的空调系统主要应用于夏季制冷 过渡季节的供热及最冷天气时的附加供热 由于北方寒冷地区夏季最高温度峰值较低 高 温天气持续时间短 采用风冷形式可满足夏季绝大 多数天气状况时的制冷要求 以兰州地区某商场为 例 既是在空调改扩建工程中采用了风冷形式 经过 一个夏季的运行 仅在最高气温持续的几天里达不 到室内设计温度的要求 其余时间均运行状况良好 过渡季节的供热运行时 由于室外温度不是很低 因 此热泵机组的效率是比较高的 而最冷天气时的附 加供热运行 虽然热泵机组的效率偏低 但由于原采 暖系统已满足供热要求 因此对附加供热量的要求 并不高 所以采用空气源热泵冷热水机组作为新增 空调系统的冷热源 可以使新增空调系统满足使用 要求 另外 采用空气源热泵冷热水机组作为新增空 调系统的冷热源 也减少了使用水冷机组在改造工 程中的一些困难 例如水冷机组需要在室内占用机 房 而机房位置的选取需考虑系统配置 剪力墙的位 置 噪音振动对周围房间的影响等诸多因素 对于布 局开间已建成的建筑物来说有时还是比较困难的 显然 空气源热泵机组因为置于室外而省去了这一 难题 再例如水冷机的冷却水系统 对于已建成的建 筑物来说 其安装过程中的工作量往往大于新建建 筑 而空气源热泵机组因为采用风冷系统 不但节省 了冷却水系统的设备投资 而且也免去了安装的工 作量 因此笔者认为在空调改扩建工程中 应优先考 虑采用空气源热泵冷热水机组作为新增空调系统冷 热源的方案 下转第111页 第20卷 第8期 2004年8月 甘 肃 科 技 Gansu Science and Technology Vol 20 No 8 Aug 2004 二级用电负荷较小时 可采用两路独立的电源供电 或一路正常电源加应急电源供电 无法得双电源 时 只能采用一路正常电源加应急电源的供电方式 当可以取得双电源时 今后又将会有很多一 二级用 电负荷 应采用两路独立的电源供电 当可以取得双 电源 今后发展规划一 二级用电负荷又不多 应对 两路独立的电源供电和一路正常电源加应急电源两 种供电方案作经济比较 根据经济比较结果进行选 择 3 当消防负荷为二级 无其它一级用电负荷时 按照二级用电负荷供电要求进行设计 当无法取得 6kV及以上专用电源 或取得6kV及以上专用电源 不经济时 可采用一路正常电源加应急电源供电的 供电方式 4 当一 二级负荷主要是消防泵时 其中一个或 两个消防泵可采用柴油机或汽油机驱动泵作为消防 电源 3 3 应急电源选择 应急电源一般采用自备柴油发电机组 蓄电池 组 不间断电源 UPS 应急电源 EPS 由于消防 用电设备允许中断供电的时间不同 在消防供电设 计中 对应急电源选择也不相同 对于供电中断时间 为毫秒级的用电负荷就只能采用蓄电池组 UPS或 EPS 一般来说 应急电源系统是几种应急电源的 组合方案 对于电力拖动设备 因供电允许中断的时间一 般都大于15s 采用自备柴油发电机组作为应急电源 比较经济 当消防负荷较小 或负荷较大的消防泵采 用柴油机或汽油机驱动泵作为消防电源而其它消防 负荷较小时 应急电源可采用EPS或UPS 事故应急照明设备一般采用蓄电池组集中或分 散供电 对于报警和通讯设备 一般采用UPS 蓄电池组 或干电池作为应急电源 4 结束语 在消防电源设计时 应首先划分出消防负荷的 用电等级 根据消防负荷的等级 大小和特点与当地 的供电条件和其它负荷情况及今后的发展要求相结 合 经济合理地确定消防电源方案 上接第103页 3 空气源热泵冷热水机组在新建建筑空调 系统中的应用 新建建筑采用中央空调系统时 一般不再设采 暖系统 因此 中央空调系统需担负起建筑物全年的 制冷供热负荷 由于北方地区的建筑物冬季耗热量 指标大于夏季制冷量指标 因此如采用空气源热泵 冷热水机组作为空调系统唯一的冷热源时 需按照 冬季热负荷选取设备容量 冬季所有机组同时运行 夏季部分机组运行 前面已经谈到空气源热泵机组 采用风冷的形式 其弱点在于供热 冷 量的不稳定 而北方地区的冬季最低气温峰值低 低温天气持续 时间长 对冬季的供热要求比较高 所以采用这一方 案 投入比较大 却不能很好地满足空调系统的使用 需要 因此增设辅助热源是合理的 在辅助热源规模的选取上 可根据夏季冷负荷 确定空气源热泵机组的规模 以此计算出空气源热 泵机组在冬季可负担的热负荷 再计算出建筑物的 总热负荷 扣除空气源热泵机组负担的热负荷 其余 热负荷采用燃油或燃气锅炉供给 这一方案中空气 源热泵机组在整个供热季节始终运行 由于空气源 热泵机组随着室外温度的降低 效率也不断降低 而 锅炉的效率并不受室外温度的影响 因此当室外温 度低于某一个值时 空气源热泵机组的效率将低于 锅炉的效率 如果在这一阶段依然采用空气源热泵 机组与锅炉同时运行 势必增加一次能源的消耗量 从节约一次能源的角度出发 在确定辅助热源的规 模时 可采用最佳能源利用率平衡点温度概念 即确 定一转换温度 在此温度以上 运行热