小議空氣源熱泵系統的特點及設計中易出現的問題

王玉謙

摘? ? 要：近年來隨著“煤改電”政策的不斷發展，空氣源熱泵因其自身的一些優勢應用原來越多，隨之而來也同樣產生許多問題。本文結合工程設計實例，探討空氣源熱泵設計過程中容易出現的問題及解決措施。

關鍵詞：空氣源熱泵;性能系數;修正;耗電輸冷（熱）比

1? 前言

空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節能裝置。它是熱泵的一種形式。相比地源熱泵，空氣源熱泵沒有地域限制，不會破壞土壤的全年熱平衡，不占用大面積空地，節約建筑空間。具體應用于實際工程有如下優點：（1）放置于屋面即可，不需要專門設置機房，鍋爐房，極大的節省了建筑空間，對于寸土寸金的建筑來說，無疑為甲方節省了許多建筑空間，從而產生更多的經濟效益。（2）每個機組的模塊單元都采用全封閉制冷壓縮機，電腦控制可以自動使各制冷回路按順序運行，啟動后備制冷系統并進行局部維修，銀耳提高了整個機組運行的可靠性。（3）舒適方便、自動化、智能化程度高，調控方便，可連續加熱且運行成本低。

與此同時，空氣源熱泵機組也存在一些缺點：（1）室外溫度越低，空氣源熱泵冬季制熱效果越差。（2）當機組工作時，當蒸發器盤管溫度低于露點溫度時，其表面產生冷凝水，冷凝水低于0℃時結霜，會使蒸發器散熱肋片間的通風間隙局部或者全部結霜阻塞，從而增大熱阻和風阻，影響換熱和制熱效果。（3）系統為定流量系統，末端根據需求調整水量的靈活度差。

正因如此，在空氣源熱泵系統設計中需要從源頭設計注意以下一些問題。

2? 主機選型

根據GB50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節規范》空氣源熱泵機組的有效制熱量應根據室外空調計算溫度分別采用溫度修正系數和融霜修正系數進行修正。筆者結合實際工程做主機選型的分析計算，先將工程概況做如下介紹。

工程概況：工程為石家莊某綜合服務樓。建筑面積6192m2。建筑層數：4層。工程要求采用空氣源熱泵同時滿足冬夏供暖和空調的要求。夏季空調供回水溫度為7/12℃，冬季空調供水溫度為50℃。末端采用風機盤管+新風形式。

該建筑物夏季冷負荷：650.75kW，冷負荷指標為105.10W/m2;冬季熱負荷為509.95kW，熱負荷指標為82.30W/m2。

根據樣本實際情況，同時考慮溫度及融霜影響修正后，環境溫度與制熱能力的百分比曲線如圖1。

當室外溫度為-10℃時（石家莊冬季室外計算干球溫度為-8.8℃），制熱能力衰減百分比為70%，RHAE125HA型號機組有效制熱量為465×0.7=325.5kW（冬季機組額定制熱量為465kW），選兩臺相同型號即可滿足使用要求。

實際工程中，設計容易根據冷負荷直接選擇機組而忽略熱負荷修正的問題。若根據冷負荷選機組，。RHAE95HA機組額定制冷量為330kW， 則根據樣本實際選擇兩臺型號為RHAE95HA即可。冬季機組額定制熱量為350kW，根據圖1考慮到溫度及融霜影響修正后單臺機組有效制熱量為350×0.7=245kW，若同樣兩臺機組有效制熱量為245×2=490kW<509.95kW （建筑物冬季計算熱負荷）。不滿足實際使用要求。

3? 循環水泵選型

空氣源熱泵之所以越來越廣泛被應用于實際工程中除了其自身能效比較高，環保性外，其使用范圍廣也是優點之一。出水溫度為5℃～50℃之間，可以滿足冬夏不同季節空調的需求。對于同一套冷熱源系統來講，冬夏負荷差別不大的情況下，冷熱水溫差差別不大，阻力特性相似的情況下，從減少投資和占用面積角度出發，可共用循環水泵。

實際選型時候，容易出現以下問題：（1）只按照夏季選擇循環水泵，冬季沒有校核，此時，不滿足使用要求。（2）冬季供回水溫差選擇不合理，當負荷相近時候，若溫差過大，導致水泵流量過小（泵的流量和揚程成反比），此時揚程會變大，泵不能在高效區運行。（3）當溫差選擇過大，耗電輸熱比計算限值偏小，水泵的節能計算容易不滿足要求。

此時，需要調整冬季供回水溫差，以上所有問題均會解決。結合實際工程將循環水泵的選擇做如下計算（取冬季空調供回水溫差4℃）：

夏季：泵的計算流量為0.86×650.75/5=111.92m3/h，考慮每個機組配一個循環水泵（機組自帶），單個泵的計算流量為111.92/2=56m3/h。

冬季：泵的計算流量為0.86×509.95/4=109.64m3/h，考慮每個機組配一個循環水泵（機組自帶），單個泵的計算流量為109.64/2=54.9m3/h。

共用一個循環水泵，此時水泵流量按照最不利情況，取56m3/h。

循環水泵揚程包含機組（6.5m）水頭損失、沿程和局部阻力損失、電動兩通閥阻力損失（2.5m）、風機盤管阻力損失（5m）及循環水泵和相關管路對應閥門的阻力損失（5m）。系統總供回水管路長度為160m，平均比摩阻取200Pa/m。

循環水泵揚程= 6.5（機組）+（160）×1.5×200/9.8/1000+2.5（電動兩通閥）+5（風盤末端阻力）+5（泵房內循環水泵對應的閥門）=24m

根據GB50189—2015《公共建筑節能設計標準》的要求，為了合理的選擇水泵，降低水泵能耗，對水泵的耗電輸冷（熱）比滿足要求。

循環水泵的耗電輸冷比計算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/650.75=0.0075≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（28+0.02×300）/5=0.0262

循環水泵的耗電輸熱比計算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/509.95=0.0096≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（21+0.0024×300）/5=0.0209

經計算，循環水泵的耗電輸冷（熱）比均滿足節能要求。水泵的計算流量和揚程為56m3/h，計算揚程為24m。

4? 末端管路閥門設置

空氣源熱泵機組采用模塊式機組，其內的模塊單元的水系統即蒸發器與冷凝器的進、出水沒有相應的隔斷措施，不適用于變流量運行，因此空氣源熱泵系統屬于定流量系統。末端需配置與定流量系統匹配的電動三通閥。但由于電動三通閥造價較高，使其實際使用中受到很大限制。

如何解決造價與實際應用矛盾的問題？筆者認為末端設置依然可以采用變流量系統中常用的電動兩通閥，滿足末端根據實際需要調整用戶水流量的使用需求。與末端設置電動三通閥不同的是，需要在總供回水干管處設置自力式壓差控制閥，使末端多余的流量通過壓差控制閥旁通進入供水管，從而保證系統總流量恒定。

5? 結束語

總之，空氣源熱泵作為冷熱源主機的空調系統在設計過程中需要注意一些問題，比如主機選型考慮溫度和融霜修正;循環水泵的選擇考慮滿足節能和實際使用需求;末端閥門匹配適應度問題等。做好暖通設計，是我們每個暖通人應盡的責任。

參考文獻：

[1] GB 50736—2012.民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] GB 50189—2015.公共建筑節能設計標準[S].