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浙江AM8亚美钢管有限公司
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空氣源熱泵機組設計利用及相關案例分析

浏览次数:428日期:2019-11-13

空氣源熱泵機組(簡稱“熱泵機組”)自二十世紀四十年代發明至今,其技術已日臻完善 ,已廣泛利用於辦公樓、賓館、文娛業、廠房、室第等各行各業不同規模工程中,市場占有率一向較高,究其啟事,皆因其有如下優點 :熱泵機組夏季供冷 ,冬季供熱,不需另設鍋爐房;主機安裝在屋頂,可省往冷凍機房土建投資及冷卻係統投資;COP值較高,主動化程度高。

一、 熱泵機組類型及其特點:

1.渦旋式壓縮機熱泵機組:渦旋式壓縮機為容積式壓縮機,具有運轉平穩、振動小、噪音低等優點,常用的空氣-空氣熱泵機組,適用於中、小型工程。

2.活塞式壓縮機熱泵機組: 活塞式壓縮機為容積式壓縮機,結構複雜、轉速低、振動大、噪音大 、單機容量較小,多機頭組合可拚裝成100萬大卡/時擺布熱泵機組,COP=3.0~3.5;

3. 螺杆式壓縮機熱泵機組: 螺杆式壓縮機也為容積式壓縮機,結構簡單、運轉平穩、振動小、噪音低、壽命長 ,COP=3.5~4.5,適用於中、小型工程,多機頭熱泵機組可用於較大工程。單螺杆為平衡式單向運轉,磨損小,無軸向推力 ,其排氣效率比雙螺杆略低 。

二、 熱泵機組設計:

1.選用原則: 熱泵機組有優點也有缺點,與同容量單冷冷水機組相比,其用電量大,造價高,冬季隨室外氣溫下降製熱量衰減嚴重、結霜嚴重等,是以,

①當某工程有蒸汽源時,空調冷熱源應盡量采用“單冷冷水機組加熱交換器”方案。無錫市正在形成城市蒸汽熱力網 ,我們應優先采用以上方案。

②本人以為醫院、賓館等對冬季采熱溫度要求較高的工程不適宜采用熱泵機組,辦公樓、飯店等工程則較適宜,由於它們一般白天使用,熱泵機組製熱量衰減小,就算采熱效果差些,室內職員可多穿衣服,影響小些。

2.選型方法: 盡管江南地區一般工程冷負荷大於熱負荷,但空調設計職員應計算出工程夏季冷負荷及冬季熱負荷,按機組製冷量≥空調冷負荷來選擇熱泵機組型號,然後看以下不等式是否成立:熱泵機組在冬季室外空調計算溫度(如:無錫地區為-5℃)下的製熱量≥工程冬季熱負荷。①若該不等式成立,則熱泵機組選型適宜。② 若該不等式不成立,則應在空調水管上設輔助加熱裝配或增大熱泵機組容量。江南地區一般工程以上不等式是成立的。

3. 活塞式及螺杆式熱泵機組若幹性能比較: 很多廠家銷售職員出於貿易利益,往往片麵甚至惡意中傷某品牌或活塞、螺杆式熱泵機組,我們設計職員不能被一葉障目,要認真細致地了解各類機型性能,作出精確的選型判定。

①燒壓縮機題目 :啟事之一是蒸發器選型不對所致,例如,活塞式或螺杆式熱泵機組(采 用F-22製冷劑)選用滿液式蒸發器時因回油困難就易燒壓縮機;啟事之二是潤滑係統有雜質導致潤滑油髒或壓縮機吸氣過濾網因雜質堵塞而被吸破導致雜質吸進壓縮機等,雜質易損壞電機盡緣層;啟事之三是過熱保護、過壓保護、短路保護等失靈所致;

②液擊題目:實在液擊對活塞式及螺杆式壓縮機都是不利的,兩者壓縮效率都要降低;

③壓縮機效率的控製題目:活塞式及螺杆式熱泵機組製冷(熱)量由其容量調節電磁閥調節,活塞式壓縮機部分負荷時可減少運行氣缸數來調節,螺杆式壓縮機則靠滑閥調節。在部分負荷時,兩者軸功率均降低,運行COP值差未幾[1];

④潤滑油題目:活塞式及螺杆式壓縮機在夏冬季均需對潤滑油加熱,使潤滑油中製冷劑 揮發出來 ,保證壓縮機正常潤滑;

⑤維護保養題目:活塞式壓縮機零部件約268個,易損件多 ,1000小時需中修,維修量大;而螺杆式壓縮機零部件約26個,易損件少,無故障運轉時間長。在正常運行下,若幹年後隻要更換潤滑油、過濾器、軸承等;

⑥噪音題目 :螺杆式熱泵機組首要噪音源是風機,機組一般噪音在80dB(A) 擺布,是以機組應選用低噪音、轉速低、振動小(經消息平衡測試)的風機產品,如選用德國施樂百公司軸流風機,100RT螺杆式熱泵機組噪音可控製在74dB(A)擺布。而活塞式熱泵機組噪音一般在80dB(A)以上。我們要重視噪音的標準測法及測音室與普通環境下的區別題目;

⑦我們也要重視廠家樣本上熱泵機組冬季製熱量是在8℃環境溫度下的值,不是冬季空調計算溫度下之值。 三 、熱泵機組設計案例分析: 以下把本人近幾年在設計中碰到的或見到的熱泵機組案例分析於後,與同行們共同探討。

案例Ⅰ:A工程為曆史悠長且具有地方特色的對外營業飯店,設在屋麵上的六台中心空調熱泵機組型號為YCA90H(製冷量:81KW),水泵型號為SB-X80-65-155K(90T/H;31M;11KW) 。圖一為屋頂熱泵機組管道布置平麵圖。 係統運行後,發現部分熱泵機組啟動不了。本人先對冷凍水泵檢查,發現水泵運行電流為額定電流的一半,水泵廠承認質量有題目,換葉輪後其參數基本接近於設計值。係統再次運行後 ,個別熱泵機組啟動不了的題目仍然存在,這說明該題目的根源不是水泵維修前後冷凍水流量大小題目。這時候有的設計職員開始懷疑一泵拖六台熱泵機組方案不行,冷凍水管為異程式也不行,利用泵、熱泵機組逐一對應方案。本人始終以為上麵兩種方案都可行。後本人發現個別熱泵機組甚至是出水管上水流開關的調整螺絲調至下限,仍也啟動不了,要用起子硬壓平衡板機組才能開啟。經現場反複研究水流開關構造後,終究發現在水流開關平衡板的另一端有一個很不起眼的小螺絲,它與前麵講到的調整螺絲感化力相反,它們一起調整使平衡板調至適當位置,水流開關才能正常工作。故障排除後,係統運行正常至今 。

案例Ⅱ:B工程熱泵機組型號同A工程 ,為五台,它采用一台熱泵機組串聯一台水泵然後再並聯形式,係統運行基本正常,隻是五路並聯熱泵機組、水泵出現水流量較大,使熱泵機組出水溫度在10℃以上。 案例Ⅲ:C工程為十八層高層建築,麵積近20000M

2,屋頂設三台698KW活塞式熱泵機組,屋頂四周為高2.8M鋼筋混凝土女兒牆,虛線部分為正方梯形外形的鋼架玻璃幕牆,幕牆外圈底邊比屋麵高1.80M,內圈頂麵鏤空,但麵積較小。本人發現這些情況後以為: 熱泵機組悶在玻璃罩內,必將影響機組夏天冷凝器散熱效果及冬天蒸發器散冷效果,經一段開啟時間後將使熱泵機組冷凝器高壓保護(夏季)及蒸發器低壓保護(冬季)而停機。是以本人建議把梯形玻璃幕牆罩取消掉,但業主怕影響立麵效果而不同意取消 ,在此情況下隻能把幕牆外圈底邊抬至屋麵上2.8M,把幕牆內圈頂麵適當擴大鏤空麵積 。 今年夏季該工程三台熱泵機組運行時其冷凍水出水溫度部分實測數據見表一。 表一 熱泵機組夏季某天冷凍水出水溫度 室外幹球溫度℃ X機組(℃) Y機組(℃) Z機組(℃) 37~38 14~15 8~9 6.8~7 30 15.1 14.1 11.1 從表一可見,Z機組運行正常,Y機組稍欠缺,X機組運行狀況較差。在炎熱的大伏天 ,當三台機組同時開啟時,出現X機組主動停機現象 ,所以業主一般把X機組作為短時間使用,而大部分時間開機方案為:Y+Z;X+Z;Y或Z,這時候機組運行均正常。之所以出現以上情形,本人覺得:

①機組身童貞兒牆加玻璃罩內,“穿堂風”較小,大氣不能立即衝散稀釋機組四周的冷熱環境;

②東南西三進風麵雖有進風現象,但並沒有完全形成理想的頂排熱側進新風氣流形式:Y、Z機組正上方為玻璃罩梯形頂麵鏤空處(離機組頂高差約7.50M),熱氣可衝出玻璃罩,而X機組緊靠西玻璃牆,其正上方為斜玻璃罩,機組排出熱氣衝向斜玻璃,無法直接排至罩外,相反熱氣反彈向下,朝四周蔓延;

③每台熱泵機組冷凝器排風量達19×104M3/H,當Y、Z機組運行時無回流現象,但當三台機組全部開啟,冷凝器透風量較大,在X機組兩側有回流現象,使X 、Y機組冷凝散熱不暢,蒸發溫度進步,機組製冷量下降。 解決辦法:在X機組冷凝器排出口上連拂塵管,負氣流導向玻璃罩外。 案例Ⅳ:無獨占偶,D工程(二十一層)初步設計時二台698KW活塞式熱泵機組設在主樓屋頂 ,高大船形玻璃幕牆把熱泵機組包得嚴嚴實實,在精美造形幕牆頂部隻有較少的透氣處。設計職員得知C工程情況後,立即將熱泵機組改至寬敞的裙房屋頂。

四、 結論:

1、熱通設計職員應針對設計工程具體情況進行綜合經濟性能比較,經方案優化後確定是否采用熱泵係統,有蒸汽或客房、病房大樓宜優先采用單冷主機加熱交換係統;

2、熱通設計職員一定要精確計算工程冷熱負荷,確保熱泵機組滿足工程夏冬季負荷需要;

3、螺杆式熱泵機組無論是COP值還是維護用度、振動頻率、噪音等性能均優於活塞式熱泵機組;

4、中小型工程采用的小型多台熱泵機組配一泵製或對應配泵製均可 ,但多台泵最好不超過三台[3];

5、我們應重視熱泵機組運行環境 ,在滿足熱泵機組運行環境的條件下才能答應建築師們對建築的美觀要求

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