空氣源熱泵機組設計應用及案例分析|最新資料

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，已廣泛應用于辦公樓、賓館、娛樂業、廠房、住宅等各行各業不同規模工程中，市場占有率一直較高，究其原因，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，可省去冷凍機房土建投資及冷卻系統投資；COP值較高，自動化程度高。
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，適用于中、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，結構復雜、轉速低、振動大、噪音大、單機容量較小，多機頭組合可拼裝成100萬大卡/時左右熱泵機組，COP=3.0～3.5；
3. 螺桿式壓縮機熱泵機組：
螺桿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,適用于中、小型工程，多機頭熱泵機組可用于較大工程。單螺桿為平衡式單向運轉，磨損小，無軸向推力，其排氣效率比雙螺桿略低。
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制熱量衰減嚴重、結霜嚴重等，因此，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本人認為醫院、賓館等對冬季采暖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，因為它們一般白天使用，熱泵機組制熱量衰減小，就算采暖效果差些，室內人員可多穿衣服，影響小些。
2．選型方法：
盡管江南地區一般工程冷負荷大于熱負荷，但空調設計人員應計算出工程夏季冷負荷及冬季熱負荷，按機組制冷量≥空調冷負荷來選擇熱泵機組型號，然后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℃）下的制熱量≥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置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. 活塞式及螺桿式熱泵機組若干性能比較：
許多廠家銷售人員出于商業利益，往往片面甚至惡意中傷某品牌或活塞、螺桿式熱泵機組，我們設計人員不能被一葉障目，要認真細致地了解各類機型性能，作出正確的選型判斷。 ①燒壓縮機問題：原因之一是蒸發器選型不對所致，例如，活塞式或螺桿式熱泵機組（采
用F-22制冷劑）選用滿液式蒸發器時因回油困難就易燒壓縮機；原因之二是潤滑系統有雜質致使潤滑油臟或壓縮機吸氣過濾網因雜質堵塞而被吸破致使雜質吸入壓縮機等，雜質易損壞電機絕緣層；原因之三是過熱保護、過壓保護、短路保護等失靈所致；
②液擊問題：其實液擊對活塞式及螺桿式壓縮機都是不利的，兩者壓縮效率都要降低；
③壓縮機效率的控制問題：活塞式及螺桿式熱泵機組制冷（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，螺桿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值差不多［1］；
④潤滑油問題：活塞式及螺桿式壓縮機在夏冬季均需對潤滑油加熱，使潤滑油中制冷劑
揮發出來，保證壓縮機正常潤滑；
⑤維護保養問題：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；而螺桿式壓縮機零部件約26個，易損件少，無故障運轉時間長。在正常運行下，若干年后只要更換潤滑油、過濾器、軸承等；
⑥噪音問題：螺桿式熱泵機組主要噪音源是風機，機組一般噪音在80dB(A) 左右，因此機組應選用低噪音、轉速低、振動小（經動靜平衡測試）的風機產品，如選用德國施樂百公司軸流風機，100RT螺桿式熱泵機組噪音可控制在74dB(A)左右。而活塞式熱泵機組噪音一般在80dB(A)以上。我們要注意噪音的標準測法及測音室與普通環境下的區別問題；
⑦我們也要注意廠家樣本上熱泵機組冬季制熱量是在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遇到的或見到的熱泵機組案例分析于后，與同行們共同探討。
案例Ⅰ：A工程為歷史悠久且具有地方特色的對外營業飯店，設在屋面上的六臺中央空調熱泵機組型號為YCA90H（制冷量：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面圖。
系統運行后，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，水泵廠承認質量有問題，換葉輪后其參數基本接近于設計值。系統再次運行后，個別熱泵機組啟動不了的問題依然存在，這說明該問題的根源不是水泵維修前后冷凍水流量大小問題。這時有的設計人員開始懷疑一泵拖六臺熱泵機組方案不行，冷凍水管為異程式也不行，應用泵、熱泵機組一一對應方案。本人始終認為上面兩種方案都可行。后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。經現場反復研究水流開關構造后，終于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，它與前面講到的調整螺絲作用力相反，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。故障排除后，系統運行正常至今。
案例Ⅱ：B工程熱泵機組型號同A工程，為五臺，它采用一臺熱泵機組串聯一臺水泵然后再并聯形式，系統運行基本正常，只是五路并聯熱泵機組、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筑，面積近20000M2，屋頂設三臺698KW活塞式熱泵機組，其平面圖見圖二。圖中屋頂四周為高2.8M鋼筋混凝土女兒墻,虛線部分為正方梯形形狀的鋼架玻璃幕墻,幕墻外圈底邊比屋面高1.80M,內圈頂面鏤空，但面積較小。本人發現這些情況后認為： 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，經一段開啟時間后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。因此本人建議把梯形玻璃幕墻罩取消掉，但業主怕影響立面效果而不同意取消，在此情況下只能把幕墻外圈底邊抬至屋面上2.8M，把幕墻內圈頂面適當擴大鏤空面積。
今年夏季該工程三臺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
室外干球溫度℃ 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，當三臺機組同時開啟時，出現X機組自動停機現象，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，這時機組運行均正常。之所以出現以上情形，本人以為：①機組身處女兒墻加玻璃罩內，“穿堂風”較小，大氣不能立即沖散稀釋機組周圍的冷熱環境；②東南西三進風面雖有進風現象，但并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面鏤空處（離機組頂高差約7.50M），熱氣可沖出玻璃罩，而X機組緊靠西玻璃墻，其正上方為斜玻璃罩，機組排出熱氣沖向斜玻璃，無法直接排至罩外，相反熱氣反彈向下，朝四周蔓延；③每臺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，但當三臺機組全部開啟，冷凝器通風量較大，在X機組兩側有回流現象，使X、Y機組冷凝散熱不暢，蒸發溫度提高，機組制冷量下降。
解決辦法：在X機組冷凝器排出口上連接風管，使氣流導向玻璃罩外。
案例Ⅳ：無獨有偶，D工程（二十一層）初步設計時二臺698KW活塞式熱泵機組設在主樓屋頂，高大船形玻璃幕墻把熱泵機組包得嚴嚴實實，在精美造形幕墻頂部只有較少的透氣處。設計人員得知C工程情況后，立即將熱泵機組改至寬敞的裙房屋頂。
四、 結論：
1、暖通設計人員應針對設計工程具體情況進行綜合經濟性能比較，經方案優化后確定是否采用熱泵系統，有蒸汽或客房、病房大樓宜優先采用單冷主機加熱交換系統；
2、暖通設計人員一定要準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、螺桿式熱泵機組無論是COP值還是維護費用、振動頻率、噪音等性能均優于活塞式熱泵機組；
4、中小型工程采用的小型多臺熱泵機組配一泵制或對應配泵制均可，但多臺泵最好不超過三臺［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前提下才能答應建筑師們對建筑的美觀要求。