空气源热泵的应用与设计

李俊杰

摘要:伴随着能源危机警钟的敲响和节能环保呼声的日益高涨,可再生能源已经成为下一步能源战略的重点。空气源热泵(ASHP)以节能、环保的优势正越来越受到人们的青睐,其中可同时利用多种可再生能源的多热源热泵更是成为关注和研究的热点。本文对空气源热泵的应用与设计进行了探讨。

关键词:空气源热泵;应用与设计

中图分类号:TU83 文献标识码:A 文章编号:1674—3024(2017)06—0169—01

1关于空气源热泵系统工程设计

1.1空气源热泵工作原理。空气能热泵技术的工作原理,可以具体的阐述为:蒸发器装置对空气中的热能进行吸收→热泵中的传热工质通过蒸发将其转变为低压高温的过热气体→经过压缩机采用绝热压缩将其转变为高压高温的气体→进入冷凝器冷凝为高压低温的液体(这个过程中会释放出汽化热,从而制热)→进入液态工质通过绝热降压节流处理将其转变为低压低温的液体→经过蒸发器定压吸取热源热量→再次进行蒸发使其变成过热蒸汽,形成一个循环并且不断地重复。在这个循环的过程中,通过热泵热水机组释放出的热量并不是直接利用电加热产出的热量,它是利用热泵热水机组将热源传入水中的。热泵仅仅利用及少量的高品位电能,作为其驱动能源,从低温热源中高效地吸收低品位的热能同时将其传递给高温热源,以期实现“泵热”目的。

1.2空气源热泵热水系统。(1)加热内循环水系统,内含一套加热内循环水泵以及相关调节阀门,与机组联动,将水初始温度循环加热到所设定的温度;(2)热水恒温系统,内含一套恒温循环水泵、热水泄水水泵以及相关调节阀门,当热水箱里面的热水长时间不用或系统回水导致箱内水温降低时,两套泵同时开启以保持系统循环水位;(3)热水增压一回水系统,内含一套系统增压水泵、电接点压力表、电磁阀以及相关调节阀门,以保证整个系统热水正常供应。(4)补水系统,内含一个补水电磁阀以及相关调节阀门,以保证系统的补水需求量与补水时间。加热内循环水系统则采用同程式管路设计,有效地保证了内循环水系统的阻力平衡。

1.3智能除霜系统。空气源热泵热水器从空气中提取低品位热量来制取卫生热水,节能效果明显,但空气的温度T以及相对湿度ψ将会影响机组的整体性能。当-12.8℃≤T≤5.8℃,ψ≥67%就结霜,-5.0℃≤T≤5.0℃,ψ≥67%就会严重结霜。若空气侧换热器表面结霜,使机组制热能力下降,必须进行除霜,机组才能正常工作。空气源热泵热水机组采用智能除霜方法,智能除霜控制系统根据空气的温度、湿度自动检测及分析空气侧换热器是否结霜,如结霜则启动除霜装置,保证在短时间内除霜,保证整个系统的正常运转和制热。

2空气源热泵热水系统自动运行控制

2.1系统开始阶段。补水电磁阀打开,当加热水箱的水位达到下限水位时,机组启动给水箱内冷水循环加热,当水温加热到55℃,机组停机,补水直到上限水位,补水电磁阀关闭。

2.2系统泄水阶段。当加热水箱内水温达到55℃、水位达到上限水位时,系统泄水水泵启动,将加热水箱内热水泄到蓄热箱里,直至加热水箱内的水位降至下限水位后,重复动作1。

2.3蓄热水箱恒温阶段。当蓄水箱的水温降到45℃(可自行设定)时,恒温循环水泵和泄水水泵同时启动,重复动作1,直至水箱内水温升至55℃时,机组停止运行。

2.4系统供水恒温阶段。当供水系统的存水水温降到40℃(可自行设定)时,外循环泵启动,水管中的水进入蓄热水箱混合,如果混合后水温低于水箱设定温度,则加热泵启动,机组启动加热直到水温达到设定的水温55℃。

2.5系统增压供水阶段。当供水系统出水端的电接点压力表感应到最不利点压力低于设定值时,增压水泵启动,直至最不利点压力达到设定值,增压水泵停止运行。

2.6系统用水说明。系统设计水箱容积满足全天热水需求,水箱热水使用直到水位降到用水下限水位时,才重复1的动作;如水箱当天用水没到下限水位,系统每天凌晨24:00时(可更改)定时重复1的动作。

3注意消声与减震

(1)所有设备均选用低噪声,降低噪声源;(2)所有动力设备与水管的连接均设置软接头或橡胶避震喉;(3)所有动力设备与地面(或基础)接触处均采用减震器进行隔振。

4对于设计难点及解决措施

4.1关于水箱选型问题。空气源热泵热水系统水箱选型大小将影响整个系统的性价比和以及合理性,选取水箱过大将会造成投资浪费;选取水箱过小则会造成全天供水量不足,不能满足用户要求。水箱合理选型方法是根据机组在额定工况、恶劣工况下小时产热水量、热水系统过程总加热时间与用水量来确定的。加热水箱:加热水箱容积宜小于额定工况下机组半小时产热水量;蓄热水箱:蓄热水箱容积=日总水量×使用系数-恶劣工况机组产水量×4h-加热水箱容积。

4.2关于系统机组结霜问题。针对该项目系统机组的结霜问题,采用机组智能除霜控制系统。该系统是采用自动识别温度一时间控制方法。控制方法如下:当翅片管换热器(蒸发器)表面温度下降到设定值t1时,同时又超过设定的除霜周期时,时间继电器开始计时,同时进入除霜模式(制冷工况),進入除霜模式首先是四通换向阀动作,然后室外风机停转,压缩机的高温排气进入翅片盘管,使盘管表面上的霜融化。当换热器表面温度上升到设定值t2或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间,即停止除霜。机组又恢复制热工况。由于除霜过程会导致一定的热量损失,所以空气源热泵热水机组采用一定措施来降低除霜损失。

5结束语

空气源热泵热水机组是一种新型的高效、环保、安全的节能产品,空气源热泵热水系统逐步替代电、燃气、燃油热水系统是必然趋势。该产品可以有效地解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安全等各方面较棘手的问题,利国利民,值得大力推广应用。

《空气源热泵的应用与设计》刊发于《建筑建材装饰》学术期刊,2017年7期 ,作者:李俊杰。

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