空气源热泵冷热水机组噪声测试与分析

空气源热泵冷热水机组噪声测试与分析

空气源热泵冷水机组（以下简称空气源热泵装置）是一种节能设备。在中国的夏、冬、冬期间，越来越多的用户使用集中空调系统中使用空气源热泵装置。特别是在办公室、银行、商店等基于白天使用的建筑中。据对上海、南京、武汉、重庆、成都等城市的不完全统计,集中空调的冷热源使用该机组的比例,已达到25%～30%,而且有继续扩大和向北延伸的趋势。但在其设计选型中常常遇到一些技术问题,笔者对这些问题提出一些看法,供同行们讨论。1机组制热量kh空气源热泵机组的制冷量Q0按下式计算Q0=q0K1(1)式中Q0——机组制冷量,kW;q0——产品样本中机组的名义工况(室外空气干球温度为35℃,冷水出水温度为7℃时)制冷量,kW;K1——夏季室外空调计算干球温度的修正系数,按产品样本或技术说明书选取,如厂家未提供,可近似按表1选取。机组的制热量Qh按下式计算:Qh=qhK2K3(2)式中Qh——机组制热量,kW;qh——产品样本中名义工况(室外空气干球温度为7℃,湿球温度为6℃,热水出水温度为45℃时)制热量,kW;K2——冬季室外空调计算干球温度修正系数,按产品样本或技术说明书选取,如厂家未提供可近似按表2选取;K3——机组化霜修正系数,每h化霜1次取0.9,化霜2次取0.8,每h化霜次数可按所选机组化霜控制方式选取或向厂家查询。2机组噪声分析由于空气源热泵机组多数是安装在屋顶上的,应考虑机组噪声对周边建筑环境(居住建筑室内允许A声级噪声白天为50dB,夜间为40dB)的影响,尤其是在夜间运行时。若噪声超标不但会遭到投诉,还会被勒令停止运行。文献规定了噪声的测量方法。文献对国内外10家公司生产的19种空气源热泵和冷水机组(容量在350kW左右)进行了现场测试,测点布置在机组两侧距进风口1m处(测点高1.5m),取两者平均值,实测结果为:A声级噪声大于等于85dB的有4种;大于等于80dB的有1种;大于等于75dB的有17种;小于75dB的有2种。得出的结论是:压缩机的噪声大小因机型不同而异,全封闭压缩机比半封闭压缩机的噪声低;螺杆式压缩机比活塞式压缩机的噪声低;压缩机带隔声箱比不带隔声箱的噪声低(带多孔吸声材料的隔声箱的实测隔声量为4～6dB);轴流风机噪声大小因叶片翼形不同而异,配8极电机(720r/min)比配6极电机(960r/min)噪声低;压缩机带隔声箱的机组排风口处噪声值大于进风口处,不带隔声箱的机组排风口处噪声值小于进风口处。目前很多厂家的产品样本中未提供机组的噪声值,有的提供的是距机组2m,3m处的噪声值;有的厂家机组有标准型和低噪声型(有的还有超低噪声型)。距机组距离不同,噪声值不同,不同距离处的噪声可用下式计算:L=L0−20lgrr0+3L=L0-20lgrr0+3dB(3)式中L——r处的A声级噪声,dB;L0——r0处的A声级噪声,dB;r——距机组的距离,m;r0——基准距离,m。如r0=1m,L0=80dB,则r=2m时,L=80dB-20lg(2/1)dB+3dB=77dB,即2m处噪声较1m处噪声低3dB。采用此公式也可以计算热泵机组与周围可能受影响的建筑物(房间、环境)应保持的距离。因此机组选型和设计过程中必须注意机组噪声的大小和对环境的影响。以达到允许环境噪声标准为原则,优先考虑选用噪声低、振动小的机组,以不需要采取降噪声措施或只采取简单处理措施为前提;机组应尽可能安装在主楼屋顶上,因其噪声对主楼本身及周围环境影响小;如果安装在裙房屋顶上,要注意防止其噪声对主楼房间和周围邻近房屋的干扰。3除霜措施及效果空气源热泵机组在冬季供热工况运行时,最大的一个问题是当室外气温较低,机组蒸发温度t0低于0℃时,室外侧空气盘管换热器肋片表面会结霜,需采取除霜措施。根据有关文献报道和现场跟踪测试结果,除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2%,而由于除霜控制方法问题,大约27%的除霜动作是在肋片表面结霜不严重,不需要除霜的情况下进行的。目前的除霜及其控制方法很多,但具体实施起来却或多或少地存在一些问题,如出现多余的除霜动作或需要除霜时而不发出信号等。可以说有效的除霜控制方法及措施还在不断地发展和研究之中。设计选型中应特别注意机组除霜措施的可靠性。4螺杆式压缩机目前空气源热泵机组116kW以下的多用全封闭活塞式或涡旋式压缩机,大于116kW的机组多用半封闭活塞式或半封闭螺杆式压缩机,本文主要是针对后者讨论。目前主要有两种看法,一种看法认为活塞式压缩机易于拆装;使用、维修方便;国内使用活塞式压缩机的经验成熟,压缩机出了问题可自行维修解决;鉴于国内使用螺杆式压缩机的热泵机组曾出现过数例烧坏电机的事故,故认为使用活塞式压缩机的机组好。另一种看法是螺杆式压缩机结构简单(只有3个部件)、紧凑;能适用大压比工况;对湿行程不敏感;有良好的容量调节特性;故对热泵来讲应是一种较为理想的压缩机。笔者认为,虽然初期的空气源热泵机组采用活塞式压缩机居多,但螺杆式压缩机随着技术的发展和产品的成熟,日渐显示出其优越性。螺杆式压缩机应用于热泵机组始于20世纪70年代,80～90年代得到了飞跃发展。虽然螺杆式压缩机对润滑油质量和油温要求高,但只要在热泵设计和使用中注意油的质量,采用有效的冷却及回油措施,其可靠性应高于活塞式压缩机。5部分负荷性能系数t进干空气源热泵机组的能耗指标有:名义工况制冷性能系数COPc,名义工况制热性能系数COPh,部分负荷性能系数,单位均为kW/kW。近20年的集中空调系统的设计和运行管理经验表明,集中空调系统大部分时间均处于部分负荷下运行,按照设计负荷,在满负荷下运行的时间不足1%,因此,部分负荷下的能耗指标已成为冷水(热泵)机组性能好坏的一项重要指标。即要求机组不仅在满负荷时效率高,而且在部分负荷运行时效率也要高。文献规定,根据压缩机的类型和机组制冷量的大小,其名义工况制冷性能系数不应低于表1的数值。按国标规定,具有两级或多级卸载的冷水(热泵)机组,应在规定的工况下按100%,75%,50%和25%负荷工况点测定部分负荷性能特性(包括制冷量、消耗总电功率和性能系数)。其规定工况除冷凝器进风干球温度外,其余参数均采用名义工况值。冷凝器进风干球温度按下式计算:如负荷100%,t进干=0.14℃×100+21℃=35℃(即名义工况值);负荷为75%时,t进干=0.14℃×75+21℃=31.5℃。部分负荷性能系数应以名义工况时的百分数表示。名义工况制热性能系数COPh,按国标规定,应符合表1的规定。6冷热水温度调节回路目前空气源热泵机组常用的节流装置有:a)单个热力膨胀阀,即冬夏用同一个热力膨胀阀;b)用一个双流向热力膨胀阀,该膨胀阀的正流向(夏天)和反流向(冬天)均可实现节流和调节制冷剂流量;c)用两个热力膨胀阀,即冬夏各用一个热力膨胀阀;d)电子膨胀阀。电子膨胀阀具有以下优点:a)可以随制冷量的大小精确地调节制冷剂流量;b)使从蒸发器出来的蒸气过热度保持很小(0～2℃);c)不受冷(热)水及室外空气温度的影响;d)在冬季除霜循环中,可以及时地达到除霜所需的开度;e)采用电子膨胀阀可以更有效地适应负荷变化,提高机组部分负荷下的性能系数。目前已有许多机组采用电子膨胀阀,如某公司的30AQA/30GH/30GT型空气源热泵及风冷冷水机组采用EXV电子膨胀阀,据介绍在低负荷下的运转效率较采用热力膨胀阀的机组高28%,冷(热)水温度控制精度为±0.1℃。关于电子膨胀阀的控制问题,建议在蒸发器出口管上设温度和压力传感器(可得到对应的t0),把压力、温度信号传至控制器,通过运算在保证蒸发器出口有过热度((1±0.5)℃)情况下,控制电子膨胀阀的开大、关小,实现制冷剂流量的无级调节。据了解,国外某公司350kW左右的机组使用的电子膨胀阀+2只传感器+控制器的售价在1万元左右,增加的投资预计1～2年内可以收回。7前置水泵安装位置的确定空气源热泵机组采用内置水泵可节省所占屋顶的面积;免去水泵安装及土建施工费用;不必为水泵单独设立配电柜及相应的控制装置;水泵直接由机组控制,避免水泵与机组配合不当而影响正常使用;可实现全自动管理;大大降低水泵产生的噪声与振动。因此,内置水泵对用户很有好处。目前很多厂家都宣传其产品可以装内置水泵,有的厂家甚至在样本机组图中画出了水泵的安装位置。众所周知,空气源热泵机组的振源主要是压缩机和风扇,在机组整体设计时,充分考虑了整机的质心、设备质量的惯性矩、扰力和扰力矩等对机组平衡性的影响,使机组在运行中尽量达到平衡,产生的振动最小。在机组内加上1～2台水泵,由于水泵转速高、振动大,如果安装位置不当、基础防振处理不好,就可能与机组产生共振,大大增加机组的振动和噪声。为防止内置水泵导致机组的振动和噪声加大,生产厂家在整体设计时应考虑好内置水泵的安装位置,进出水管路的连接应通畅,而不是到现场在机组内随意找个地方安装上水泵就行了;水泵的基础必须采用防振基础,管路采用防振支架。8产品防腐法的选择由于机组一般安装在屋顶上,常年风吹雨淋,特别是我国部分城市的空气污染和酸雨现象严重,沿海地区空气中盐分较多,有些机组使用1～2年已锈斑累累,严重降低机组使用寿命,在设备选择时对该问题应引起足够重视。目前产品的防腐作法有:a)机组的顶板、底板、框架、面板全部用不锈钢材料制造;b)框架为经镀锌处理的一般角钢、槽钢,面板、顶板等用烤漆钢板或彩色钢板;c)顶板、底板用不锈钢钢板,框架用铝合金,面板用镀锌板,表面经磷酸锌处理后,再烤聚酯漆;d)顶板为不锈钢,底板为镀锌钢板,表面涂环氧树脂,框架为铝合金,面板用镀锌钢板,表面喷涂PVC面层;e)不锈钢框架铝合金面板、顶板,底板用经过防腐处理的镀锌钢板。机组装配用的螺丝、螺帽及辅助金属材料,均经镀锌处理或采用不锈钢材料。9进风侧和机组高度的距离空气源热泵机组应尽量布置在室外屋顶上,进风应通畅,排风不应受到阻挡,避免造成气流短路。很多工程实践证明,由于布置不当,热泵机组不能正常工作,有的甚至引起多年官司,劳民伤财。在布置时应特别注意热泵机组的上方和进风侧的水平间距。根据文献的计算,当排风口风速为10m/s时,其射程达到14.243m;某公司空气源热泵产品样本中