太陽能_空氣源熱泵_熱能回收熱水系統(tǒng)在HN公司辦公樓的應用研

1、太陽能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在公司辦公樓的應用研究*蘇培莉1，韋正范2(1.西安科技大學，西安710054；2. 陜西省高速公路建設集團公司，西安710054摘要：HN 公司綜合辦公樓原設計采用太陽能-空氣源熱泵供水系統(tǒng)，有效地解決了陰雨天氣熱水供應問題；在投入使用過程中，冬季經(jīng)常出現(xiàn)水溫上不去和壓縮機被燒壞的現(xiàn)象。通過分析影響空氣源熱泵效率(COP的因素，得出在冬季提高熱泵工作環(huán)境溫度，可以有效提高熱泵的制熱量和工作效率。通過對原方案進一步改造，設計了太陽能-空氣源熱泵-設備熱能回收組合式熱水系統(tǒng)，利用空氣熱回收機和離心風機將樓內(nèi)監(jiān)控大廳機器設備散發(fā)的熱量回收引至空氣源熱泵機組進風口

2、，作為熱泵工作時的“原料”，有效地解決水溫上不去和壓縮機被燒毀的問題，保證樓內(nèi)熱水的正常供應。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用3年，使用效果良好，具有一定推廣和借鑒價值。關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；能效；熱回收式空氣處理機中圖分類號：TU822文獻標志碼：A 文章編號：1673-7237(201501-0052-03SU Pei-li 1, WEI Zheng-fan 2(1.Xian University of Science and Technology, Xi an 710054, China; 2.Shaanxi Provincial Expressway Construction Group Co.

3、, Xi an 710054, China：The solar energy -air source heat pump water systems are used effectively in the original design of comprehensive office building of HN company to solve the problem of water supply in rainy weather conditions. However, the phenomenon of the water temperature not rising up and t

4、he compressorbeing burned often occurs in winter. By analyzing the factors of air source heat pump influenced efficiency (COP,it is concluded that to improve the working environment temperature in winter can effectively ame liorate heating capacity and working efficiency of heat pump. A solar -air s

5、ource heat pump equipment heat recovery combined hot water system was designed by further improvement of the original program, and the shedding heat of monitoring equipment in monitoring hall of building will be quoted to the air inlet of air source heat pump by using air heat recovery unit and cent

6、rifugal fans to be the “raw material ”. It effec tively solves the problems of water stagnant and compressor burned, and ensures the normal supply of hot water for the building. Currently, the system has been effectively used for three years and has a certain promotion and reference value.：air sourc

7、e heat pump ；energy efficiency ；heat recovery air processor建筑節(jié)能新能源及其應用2015年第1期(總第43卷第287期 doi ：10.3969/j.issn.1673-7237.2015.01.013收稿日期：2014-06-26；修回日期：2014-09-27*基金項目：陜西省教育廳科研項目計劃資助(2013JK09610引言太陽能是安全、清潔、無污染的可再生能源；空氣源熱泵是一種節(jié)能、環(huán)保的制熱設備，HN 公司綜合辦公樓熱水供應系統(tǒng)將兩者結(jié)合起來，能有效地克服連陰雨天氣熱水供應問題1-2。在投入使用過程中，到了冬季，遇到低溫陰雨

8、時，經(jīng)常出現(xiàn)水溫上不去、壓縮機被燒毀現(xiàn)象，影響用戶正常用水，急需要求解決3-5。蘇培莉，等：太陽能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在HN 公司辦公樓的應用研究1空氣源熱泵的工作及熱能轉(zhuǎn)換原理1.1空氣源熱泵的工作原理6-8空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)，工作原理如圖1所示。該系統(tǒng)通過自然能(空氣蓄熱 獲取低溫熱源，經(jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫熱源，用來取(供 暖或供應熱水，整個系統(tǒng)集熱效率高，COP 值一般超過4.0。1.2空氣源熱泵的熱能轉(zhuǎn)換原理空氣源熱泵技術(shù)是一種新型的高效利用低溫能源的節(jié)能技術(shù)，它是以消耗一部分能量(如機械能、電能、高溫熱能 為代價，通過

9、熱力循環(huán)，把熱能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置，空氣源能量轉(zhuǎn)移原理如圖2所示。2影響空氣源熱泵系統(tǒng)因素2.1初始水溫一般來說，初始水溫越低，整體性能系數(shù)越高，如圖3所示，水溫從15加熱到55，整體性能系數(shù)為4.07；從35加熱到55，整體性能系數(shù)就降到3.3，從45加熱到55，機組的整體性能系數(shù)降到3.0。消耗同樣電能，機組由于初始水溫的不同而有差異，同一個機組，15水加熱到55比35水加熱到55多23%的制熱量，反之，如果總是將水由35加熱到55，相當于將機組制熱量消減20%以上，所以直接把冷水補進熱水水箱中混合成溫水后加熱，會降低機器能效，減少產(chǎn)水量。2.2目標水溫目標水溫設得低可

10、以省電。無論是一次加熱式還是循環(huán)加熱式，一般來說，目標水溫越高，設備整體性能系數(shù)越低，耗電量也越大，如圖4所示，水溫由15加熱到35，整體性能系數(shù)可以達到5.25，由15加熱到55，整體性能系數(shù)就降到4.07，也就是說，同一個氣溫狀況下同一個機組，在相同耗電量基礎(chǔ)上，將15水加熱到35比加熱到55多獲得29%制熱量。2.3機器性能熱泵機組工作性能有高低，優(yōu)化后的機組整體性能系數(shù)達到4.0以上。2.4環(huán)境溫度環(huán)境溫度過高會影響機器設備壽命，過低會影響設備工作能力。從圖5可看出，相同環(huán)境下，氣溫相差5，產(chǎn)品制熱量相差10%20%以上，尤其是冬季，制熱量隨氣溫的變化相當明顯。所以，環(huán)境溫度的高低對熱

11、泵制熱能力的影響非常大。從上述4個因素可以得出，影響空氣源熱泵的工作效率主要因素有初始水溫、目標水溫、機器性能和環(huán)圖1空氣源熱泵系統(tǒng)工作原理圖圖2空氣源能量轉(zhuǎn)移原理圖圖3不同初始水溫的熱泵性能系數(shù)曲線(終止水溫55圖4不同終止溫度時熱泵能效比曲線(起始水溫15圖5不同環(huán)境溫度下制熱量變化曲線電能輸入熱水出冷水進壓縮機儲液罐過濾器冷凝器膨脹閥蒸發(fā)器風扇空氣熱能輸入熱泵機組儲熱水裝置渾水閥熱水冷水Q3(獲得能量=Q1(電能+Q2(環(huán)境熱量性能系數(shù)4.54.03.53.02.52.01.51.00.505550454035302520151050起始水溫/555045403530252015105終

12、止水溫/60能效比6.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5050454035302520151050-5環(huán)境溫度/制熱量/k W2520151050蘇培莉，等：太陽能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在HN 公司辦公樓的應用研究境溫度。辦公樓用水是市政自來水，初始水溫無法改變；家庭用水日標水溫統(tǒng)一設置為55；機器出廠后設備各方面性能基本已經(jīng)確定。前3個因素都無法改變，只有通過調(diào)整環(huán)境溫度來提高設備的能效比，減少能耗。3環(huán)境溫度對水溫和壓縮機損壞分析3.1環(huán)境溫度對水溫的影響低溫氣侯，制熱量不足，水溫上不去，無法保證用戶正常熱水需求，如果熱水系統(tǒng)中制熱量不足，提高能效

13、比已經(jīng)沒有太大意義。如圖6所示，雖然環(huán)境溫度為-5時系統(tǒng)能效比還可以達到1.5，但如果制熱量無法滿足把水制熱的需求，就難免出現(xiàn)水溫上不去、冬天沒法用這樣的后果?？諝庠礋岜弥茻崃颗c能效比都會隨著環(huán)境溫度的降低而下降。環(huán)境溫度20時制熱量17.2kW(冷熱水溫差40 ，到了環(huán)境溫度5時制熱量降為11.23kW (冷熱水溫差51 ，比20的數(shù)值降低1/3；到了環(huán)境溫度-5時制熱量降為5.75kW (冷熱水溫差51 ，比20的數(shù)值降低了2/3。 相關(guān)測試數(shù)據(jù)表明，即使是采用優(yōu)化電機性能曲線、補氣增焓、變頻等改善壓縮機的手段，空氣源熱泵機組冬季制熱量依舊會有50%以上的衰減。3.2低溫壓縮機超極限運行容

14、易被燒毀不同電機有不同的性能曲線，壓縮機一般在最佳的一段電機性能范圍中運行，在此范圍內(nèi)，電機效率高，電機卷線溫度低，一般不超過120，卷線溫度過高一方面潤滑油黏度降低，壓縮機潤滑狀態(tài)惡化，嚴重情況下導致潤滑油碳化，壓縮機卡殼；另一方面電機卷線漆包線、絕緣材料高溫老化，容易直接造成電機短路、壓縮機燒毀。3.3過熱度差引起的液擊故障壓縮機吸氣口前面帶有一個汽液分離器，用以將管道中的液體沉淀下去，保證壓縮機吸的都是氣體。在熱泵系統(tǒng)中，夏季過熱度特別高，而冬季過熱度為負值，液體冷媒混入壓縮機，這就很容易產(chǎn)生液擊故障，導致壓縮機工作能力下降，噪音增大，甚至直接報廢。4供水設計方案的改造HN 公司綜合辦公

15、樓910層為監(jiān)控中心，面積約400m 2，按設計，監(jiān)控設備用電功率近60kW ，從理論計算，機電設備能量80%以上會轉(zhuǎn)化為熱能，原設計方案將室內(nèi)空氣直接通過通風口排出室外?；谶@種現(xiàn)狀，將原設計方案進一步優(yōu)化、改造，提出的太陽能-熱量回收-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)，即增加了熱回收式空氣處理機和低燥柜式離心風機，將熱量通過通風管道送往空氣熱源機組進風口(如圖7所示 ，如果進入冬季，氣溫較低時侯，開啟熱回收機器，熱風源源不斷進入空氣源熱泵進風口，這些熱能的回收也是空氣源熱泵工作的“原料”。5節(jié)能效果比較及總結(jié)(12個方案節(jié)能及經(jīng)濟效果，通過安裝位于太陽能水箱間的電表可以看出，原設計方案時冬季用電量是

16、平時用電量的5倍，而且每年平均燒圖6不同氣溫下的瞬時間的性能參數(shù)曲線(水溫T=50圖7熱回收系統(tǒng)設計及施工效果圖能效比(C O P 5.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.505045403530252015105-5環(huán)境溫度T/通往空氣熱源機組進風口熱回收通風口熱回收式空氣處理機組低噪聲柜式離心風機(下轉(zhuǎn)第61頁壞壓縮機2臺；改造后，冬季用電量是平時用電量的1.5倍，在投入使用其間壓縮機沒有出現(xiàn)被燒毀的現(xiàn)象。(2太陽能-熱量回收-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)投入使用3年，冬季沒有出現(xiàn)“水溫上不去”、“冬天沒法用”和熱壓縮機經(jīng)常損壞、更換現(xiàn)象，可保證用戶冬季正常的熱水供應，取

17、得良好效果。(3回收設備間散發(fā)熱能的空氣源熱泵，以提高環(huán)境溫度，通過熱泵提升其熱量品位后加熱水溫，很好地解決了設備間空氣余熱回收的問題，從而大大節(jié)約能源，具有明顯的經(jīng)濟性，同時降低了對環(huán)境的熱污染。參考文獻：1彭金梅, 羅會龍, 崔國民, 等. 熱泵技術(shù)應用現(xiàn)狀及發(fā)展動向J.昆明理工大學學報:自然科學版,2012,(5:54-59.2歐云峰, 楊金華. 空氣源熱泵輔助加熱太陽能集中熱水系統(tǒng)設計探討J.給水排水,2009,(9:82-84.3劉鵬, 關(guān)欣, 穆志君, 等. 太陽能熱泵技術(shù)在國內(nèi)的研究與發(fā)展J.化工進展,2009,(S1:328-333.4葉金偉. 太陽能與空氣源熱泵熱水機組聯(lián)合制

18、熱水系統(tǒng)的分析J.給水排水,2012,(S1:409-411.5羅會龍, 鐵燕, 李明, 等. 空氣源熱泵輔助加熱太陽能熱水系統(tǒng)熱性能研究J.建筑科學,2009,(2:52-54.6韓宗偉, 李先庭, 石文星, 等. 太陽能蓄熱與低溫空氣源熱泵復合空調(diào)系統(tǒng)運行特性模擬研究J.太陽能學報,2012,(8:1411-1418.7施龍, 劉剛, 楊豐暢. 以空氣源熱泵輔助加熱的太陽能熱水系統(tǒng)J.可再生能源,2013,(1:97-101.8王小紅, 王靖華, 屈莉娟, 等. 太陽能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在浙大紫金港餐飲中心的應用J.給水排水,2013,(7:65-68.作者簡介：蘇培莉(1982，女，山

19、西朔州人，博士，研究方向：巖土注漿加固以及房屋改建等方面的工作(114559274。苗紀奎，等：既有建筑外墻外保溫節(jié)能改造防火措施分析建筑節(jié)能改造中，建議可燃保溫板材在出廠前就涂刷防火界面劑等，以滿足施工過程的防火安全性。保溫材料進場后要保證其安全的存放。既有建筑周圍的場地空間一般有限，如果不能滿足規(guī)定的10m 范圍內(nèi)無可燃易燃物的要求，需對保溫材料完全覆蓋不燃材料，并設專門的安全員看護，必要時可建立臨時的倉庫堆放保溫材料或?qū)⒉牧隙逊旁陔x建筑較遠的安全位置；可對每天的施工量進行預算，安排保溫材料分批進場，盡量不使其大量存放在施工現(xiàn)場。2.3.2保溫材料上墻階段保溫材料上墻之前，應通知住戶清理窗

20、臺、空調(diào)機位以及室內(nèi)靠窗部位的可燃物品，并對居民進行防火宣傳。對搭建的腳手架上的一切易燃物品進行防火處理，如：對竹木踏板刷防火涂料，防護網(wǎng)盡量避免使用尼龍網(wǎng)，使其不會一遇明火即燃燒；對貼著建筑外立面的電氣線路可用不燃材料對其進行包覆。保溫材料上墻時應特別加強焊接作業(yè)時的消防工作，做到每個焊接處都配備滅火器。加強關(guān)鍵構(gòu)造部位施工的監(jiān)督，如無空腔構(gòu)造、防火隔離帶、防護層等。由于既有建筑改造地段人員較雜，粘貼保溫板或噴涂聚氨酯應與覆蓋防護砂漿同步進行，而不應該僅滿足規(guī)定的24h 之內(nèi)涂覆防護層，盡量不使上墻的保溫材料在未覆蓋防護層的條件下過夜。另外，施工期的選擇應避免風力大于5級的時期以及春節(jié)等煙花爆竹較密集時期。3結(jié)論在A 級保溫材料應用成熟之前，有機保溫材料配以合理的防火措施，仍將在既有建筑外墻節(jié)能改造中有很大的應用。提高保溫系統(tǒng)的防火性能、設置防火隔離帶、加強施工過程的防火控制措施，在今后一段時期內(nèi)