空氣源熱泵在大連地區的設計應用

趙莉

摘要：介紹了大連地區某項目空氣源熱泵系統的設計實例。文中對常用幾種生活熱水加熱方式進行對比，確定采用空氣源熱泵加熱系統，以及熱泵系統的設計計算、系統優化、運行管理的設計方案進行了介紹。

關鍵詞：方案對比；空氣源熱泵

引言

項目為大連市旅順高級中學，規劃用地面積：94679m2，總建筑面積：45975m2。熱水使用區域為浴室及廚房熱水。最大熱水日用水量為80噸/天。能源配套方面該區域周邊擁有市政熱水管網（僅冬季供熱）。建設初期曾對比分析過燃油鍋爐、燃氣鍋爐、電熱水器、太陽能熱水器、空氣源熱泵等設計方案，見附表1

從上表可以看出，現行各種熱水加熱設備中，空氣源熱泵熱水機組平均加熱一噸水所需費用是最少的。

針對本工程的具體特點，通過對多種方案的反復考慮論證，最后決定采用空氣源熱泵系統。

一、空氣源熱泵系統設計

1.選型計算及參數

1.1設計參數

（1）最高日用水量為80噸，最大小時用水量為26噸，高峰時間按2小時計算。

（2）冷水溫度：夏季20℃，過度季15℃，冬季5℃。

1.2水箱選擇

按工程需求，設計1個40噸加熱水箱，1個40噸保溫水箱；采用倒水的方式，保證熱水用水。

1.3加熱時間

根據場地情況初步選8臺超低溫型空氣源熱泵。

（1）正常天氣情況下，超低溫型空氣源熱泵的額定功率為8.25KW，制熱量為36KW。春夏秋三季加熱時間：

80000L×（55℃-15℃）/（36KW×8×860）=13小時

即采用8臺超低溫型空氣源熱泵，13小時加熱產出80噸55℃熱水。

（2）在特殊天氣情況下，超低溫型空氣源熱泵的額定功率為8.15KW，制熱量為23KW。冬季加熱時間：

80000L×（55℃-5℃）/（23KW×8臺×860）=25小時

即采用8臺超低溫型空氣源熱泵加熱80噸55℃熱水需要25小時，加熱時間過長，此時采用板式換熱器管網換熱來輔助加熱，以保證正常用熱水。

二、水箱補水方式

水箱補水采用液位傳感器控制電磁閥裝置和遙控浮球閥雙重控制保護。當電磁閥出現故障時，遙控浮球閥自動關閉，補水時避免溢出水箱。浮球閥補水缺點是缺水補水，容易出現混合水，降低熱水溫度。液位傳感器補水，熱水用完時才能自動補水，避免出現混合水。

補水共有三種方式：

1.定時補水：可以多次設定補水時間，達到設定時間即開始補水。

2.定位補水：可以設定多段水位，當水箱水位低于設定水位時即開始補水。

3.手動補水：可以人工隨時補水。

三、加熱過程

8臺熱泵機組通過蓄熱循環泵先將加熱水箱里的水循環加熱至設定溫度時，熱水置換泵啟動將加熱水箱的熱水抽取補給到保溫水箱中，如此往復循環補給，直至2個水箱都裝滿熱水，最后由熱水給水泵送給各個用水點。

初次運行時，冷水先補滿加熱水箱，當控制系統檢測到水箱溫度低于設定溫度時，先行啟動蓄熱循環泵，30秒后開始啟動1#熱泵機組，間隔10秒后再啟動2#熱泵機組，再間隔10秒后啟動3#熱泵機組………依次類推，直到熱泵機組全部啟動運行。當系統檢測到加熱水箱水溫高于設定溫度時，先停止8#熱泵機組，間隔10秒后再停止7#熱泵機組，再間隔10秒后停止6#熱泵機組………依次類推，直到1#熱泵機組停止運行。30秒后，蓄熱循環泵也停止運行，系統處于非加熱狀態。

四、供水管網回水設計

為保證用戶在用熱水時間內管網內的水溫處于穩定狀態，設計系統安裝一套定溫回水裝置。當管網內的水溫低于設定溫度時，水泵自動將管路內的水打入水箱，保證管網內始終保持相對的恒溫水，用戶打開龍頭是熱水。

五、輔助加熱

在室外氣溫達到極限-15℃以下時，熱泵機組能效比降低，滿足不了制熱需求，輔助加熱設備自動啟動，管網換熱系統通過板式換熱器換熱來為水箱水加熱，當水箱水溫達到設定溫度時，自動停止。

六、防凍設計

為保證在冬季寒冷天氣時系統防止凍壞，本套系統設置管道循環防凍裝置及電伴熱帶保溫防凍功能，其工作原理為：當水箱的水溫高于15℃，管道溫度低于4℃時，循環泵啟動，啟動管道循環防凍裝置，當管道溫度達到10℃時，循環泵停止。當系統啟動管道循環防凍10分鐘，管道溫度無變化時，停止管道循環防凍，啟動保溫伴熱帶，當管道溫度達到10℃時，保溫伴熱帶防凍系統自動關閉。兩套系統保證管道冬季不凍，安全可靠。

七、水箱材質

水箱采用SUS304食品級不銹鋼；鋼板厚度3mm保溫采用100mm 聚氨酯發泡，外殼采用彩鋼板；現場模塊拼裝。

八、結語

空氣源熱泵熱水機組，可以在夜間集中生產熱水，供白天使用，實現移峰填谷平衡用電負荷的作用，同時，粉塵、二氧化碳、二氧化硫均實現零排放。空氣源熱泵目前在北方地區應用較少，除受建筑功能影響、初投資較高等客觀因素影響外，其作為一項新技術的社會認知度較低，技術成熟性有待考驗等也是一個重要的因素。本工程采用空氣源熱泵技術，合理利用可再生能源，可滿足生活熱水功能，并且結合工程實際情況，符合節能減排的國策。希望本工程的設計經驗能對其它工程可起到一定的參考價值。

參考文獻：

[1]核工業第二研究設計院，主編.《給水排水設計手冊第二冊建筑給水排水第二版》.北京：中國建筑工業出版社，2001.