超低溫空氣源熱泵采暖制冷制熱水

1、超低溫空氣源熱泵采暖制冷制熱水三聯(lián)供系統(tǒng)案例淺析佛山西萊克空調(diào)設(shè)備有限公司北京辦事處林云186*2011-1-20一、引言人類社會的迅猛發(fā)展,煤、油、氣等石化能源的大量使用和過度開采,造成了環(huán)境的污染和能源緊缺,環(huán)境污染和能源緊缺問題已成為威脅人類生存的頭等大事,對清潔能源的開發(fā)利用特別是對太陽能空氣能的開發(fā)利用尤為重要。近年來一些太陽能熱水設(shè)備的生產(chǎn)廠家對利用集熱管收集太陽光的熱能采暖作了一些探討,但冬季光照時間短、集熱管的占地面積太大,設(shè)備投資又太大,加之夏季太多的熱水又無法利用,很難大面積地推廣使用。太陽能的另一種形式就是空氣能。陽光的熱能釋放在空氣中,空氣中就存在著大量的我們不能直接利

2、用的“低品位”的能量,如果我們把它“提取”出來轉(zhuǎn)化成熱水進行采暖,它又不需要太陽光的直射,它的安裝不受采光面的限制,這種設(shè)備就是利用空氣能的有效工具超低溫空氣源熱泵。這種空氣源熱泵歐洲多年來用于采暖、制冷、制熱水方面。佛山西萊克空調(diào)設(shè)備有限公司在長期出口歐洲的基礎(chǔ)上,近幾年來在國內(nèi)進行了深入的探討和研究,先后在遼寧、北京、天津、河北、山東、江蘇、浙江安裝了百余臺超低溫空氣源熱泵,幾年來的運行效果證明它在制冷采暖制熱水方面,運行穩(wěn)定可靠,并且節(jié)能環(huán)保。為說明問題,現(xiàn)以最北部的沈陽案例進行分析,以供讀者參考。二、工程概況1、工程簡介該建筑坐落在遼寧省沈陽市東陵區(qū)南塔街,是2002年建成的節(jié)能住宅(

3、商住兩用,上下兩層,建筑面積為230,一樓辦公室面積80,車庫30,二樓住宅,120。磚混結(jié)構(gòu)、中空玻璃塑鋼門窗,外墻450厚空心磚,內(nèi)墻4厘米苯板保溫。整個小區(qū)采用電采暖的形式。小區(qū)的冬季的入住率不足50%。這個用戶以往冬季電采暖的費用是:二樓4200元左右,室溫13-16,冬季的采暖費用相當于35元/;一樓4500元左右,白天室溫13-15,晚上室溫7-9,采暖費相當于41元/。室外主機安裝照片 二樓南臥室照片 二樓北臥室照片 二樓大廳照片 一樓照片 2.設(shè)計要求沈陽夏季按60天制冷,冬季152天采暖設(shè)計。設(shè)計參數(shù)參照下表表一. 空調(diào)室外計算參數(shù)干球溫度(相對濕度(%夏季31.4 78冬季

4、-22 58表二. 空調(diào)室內(nèi)計算參數(shù)夏季冬季房間功能溫度(相對濕度(%溫度(相對濕度(%大廳26 70 18 58臥室26 70 18 58廚衛(wèi)餐廳163.熱負荷的設(shè)計依據(jù)由于沈陽屬于嚴寒地區(qū),熱泵設(shè)計冷熱負荷時,以冬季的熱負荷為設(shè)計依據(jù),在一般的民用住宅當中,只要冬季設(shè)計的熱負荷滿足采暖的需要,這臺機器就可以滿足夏季的制冷需要。熱負荷是指在最寒冷的條件下,機組提供的熱能可以滿足建筑物對熱能的需求。熱負荷的設(shè)計依據(jù)主要根據(jù)民用建筑節(jié)能設(shè)計標準JGJ26-95在這個標準當中,沈陽計算采暖期的天數(shù)為152天,在這個采暖期當中室外平均氣溫是-5.7,節(jié)能建筑在這個平均氣溫的條件下的耗能指標是21.2

5、w/(這個耗熱指標僅僅是計算采暖期間運行費用的依據(jù),不能作為熱負荷的設(shè)計依據(jù),節(jié)能建筑在-19的耗能指標是40.9w/,那么建筑物在一天24小時當中所消耗的熱能是981.6kwh/。根據(jù)熱泵的工作特點,熱泵應(yīng)在14個小時之內(nèi)連續(xù)工作所產(chǎn)生的熱能大于建筑物的這個耗熱量,因此,熱負荷是981.6/14=70w/.4.空氣源熱泵的選型依據(jù)二樓設(shè)備選型的依據(jù)因二樓建筑面積是120平方米,該住宅在-19的耗熱指標是70*120=8.4kw.因西萊克超低溫空氣源熱泵在-19環(huán)境溫度下的能效比為1:1.8(出水溫度45。因此,主機選用西萊克超低溫空氣源熱泵LSQ04RD一臺。LSQ04RD的有關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入

6、功率制冷量7時制熱量-7時制熱量-15時制熱量-19時制熱量3.7kw 10.8kw 11.9kw 8.8kw 7kw 6.7kw備注:制熱量是在45出水的情況下。從表中可以看出在環(huán)境溫度-19的情況下,機組的發(fā)熱量只有6.7kw,不能滿足這個住宅的這時的耗熱指標(8.4kw。因此,要配備輔助電加熱8.4-6.7=1.7kw。因此,二樓住宅的熱泵選型是:LSQ04RD 1臺。輔助電加熱的功率為2kw。一樓設(shè)備選型的依據(jù)因一樓實際供暖的面積只有80平方米,另外的30平方米是車庫不需要供暖。因此選用LSQ04RD 1臺,考慮到一樓是辦公室,主要的供暖時間是在白天,不加輔助電加熱也能滿足建筑物的最大

7、的熱能需求,因此一樓在設(shè)計中沒有設(shè)計安裝輔助電加熱。5.冬季運行費用的計算依據(jù)冬季運行費用的計算依據(jù)是民用建筑節(jié)能設(shè)計標準JGJ26-95。建筑物采暖期每天的平均耗能是21.2*24=508.8kwh/.一個采暖期的耗能是508.8*152=77.3kwh/.機組在采暖期平均溫度-5.7情況下的能效比為1:2.5(出水溫度45(見西萊克機組供暖工況曲線圖。所以,機組的耗能是77.3/2.5=30.9 kwh/.沈陽的民用電價是0.5元/kwh。因此,冬季采暖期間的運行費用是30.9*0.5=15.45元/(建筑面積。二樓120平方米冬季的采暖費用是15.45*120=1854元,一樓80平方米

8、冬季的采暖費用是80*15.45=1236元。一二樓總計的采暖費用是3090元。6.系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理一樓和二樓分別是兩個獨立的系統(tǒng)。一樓末端安裝的是明裝的風(fēng)機盤管,這套系統(tǒng)可以完成冬季采暖、夏季制冷、一年四季提供生活熱水(機組在20的情況下制50的衛(wèi)生熱水350升/小時。二樓末端安裝的是暖氣片,這套系統(tǒng)可以完成冬季采暖、一年四季提供生活熱水。一樓安裝示意圖100L保溫承壓水箱熱泵主機LSQ04RD循環(huán)水泵立式明裝風(fēng)機盤管自來水熱水空調(diào)控制閥門熱水控制閥一樓安裝示意圖2電動三通閥二樓安裝示意圖熱泵100L保溫承壓水箱南臥室暖氣片北臥室暖氣片餐廳暖氣片自來水大廳暖氣片循環(huán)水泵熱泵主機LSQ04R

9、D熱水熱水控制閥空調(diào)控制閥二樓安裝示意圖電動三通閥6.1熱水系統(tǒng)這個用戶的熱泵主機安裝的是熱水優(yōu)先型,即無論任何季節(jié)系統(tǒng)都是優(yōu)先制熱水。開機后機組先自動進入制熱水的模式,開啟電動三通閥的熱水系統(tǒng),同時電自動關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng),循環(huán)水在水泵的作用下自動進入保溫承壓水箱中循環(huán)制熱水,當保溫承壓水箱中的水溫達到設(shè)定的溫度時(如45,機組自動停止制熱水,電動三通閥關(guān)閉制熱水循環(huán)系統(tǒng),同時開啟空調(diào)系統(tǒng),這時熱泵產(chǎn)生的冷(夏季、熱(冬季水進入末端循環(huán)制冷(夏季和采暖(冬季。當用戶使用熱水時,自來水從承壓水箱的底部自動補入,當水箱中的水溫低于所需要的設(shè)定溫度時,機組又自動進入制熱水的模式運行。LSQ04RD型機組

10、在春、夏、秋三個季節(jié)中,制100L的50熱水大約需要20分鐘,冬季大約需要35分鐘左右。這個用戶每天需要的衛(wèi)生熱水量不足100L,因此,在實際運行中每天只有一次優(yōu)先制熱水的過程,對采暖和制冷沒有任何不利的影響。根據(jù)這個用戶的實際使用測得,熱泵每產(chǎn)100L 50的熱水消耗的電能是1kwh,電費是0.5元(冬季略高一些、夏季略低一些。承壓保溫水箱的作用:a.儲存一定量的熱水。b.具備系統(tǒng)的自動排氣功能,通過熱水口的排放可以排放系統(tǒng)中的氣體,以保證系統(tǒng)的正常循環(huán)。c.具備系統(tǒng)的膨脹水箱的作用,機組在任何模式下運行時,這個水箱都起到了緩沖膨脹水箱的作用。d.輔助電加熱,輔助電加熱就安裝在這個水箱中,當

11、機組冬季發(fā)熱量不足時,機組就可用自動輸出信號啟動輔助電加熱,以提高系統(tǒng)的制熱量。6.2制冷系統(tǒng)以一樓為例說明開機后系統(tǒng)自動進入優(yōu)先制熱水的模式,當保溫承壓水箱中的水溫達到設(shè)定溫度時,系統(tǒng)自動進入制冷的模式。主機LSQ04RD制冷量為10.8kw,末端配備FP170明裝風(fēng)機盤管2臺,根據(jù)房間制冷的需要,2臺可以同時開啟,也可以開啟一臺。當房間的溫度達到設(shè)定的溫度時,風(fēng)機盤管自動停止工作,主機自動檢測末端的循環(huán)水溫自動調(diào)整制冷量,以達到節(jié)能的目的。熱泵的制冷效果和使用方法與普通的中央空調(diào)一致。末端各個房間的溫度都可以由用戶自己設(shè)定掌握。6.3采暖系統(tǒng)以二樓為例說明熱泵的供暖的使用方法與燃氣、燃煤、

12、電鍋爐的方法一致,它不像空調(diào)那樣隨時使用隨時開啟,在冬季必須每天都開啟一定的時間,以確保室內(nèi)有足夠的溫度使室內(nèi)不結(jié)冰,同時在使用時房間能迅速達到需要的溫度(否則在房間溫度較低的情況下,即使較長時間地啟動采暖設(shè)備,房間也很難達到所需要的溫度。開機后系統(tǒng)自動進入優(yōu)先制熱水的模式,當保溫承壓水箱中的水溫達到設(shè)定溫度時,系統(tǒng)自動進入制熱采暖模式。主機LSQ04RD制熱量為11.9kw(環(huán)境溫度7度時的發(fā)熱量,末端配備暖氣片5組,設(shè)定系統(tǒng)的回水溫度為45,當回水溫度達到這個設(shè)定值時,主機自動停止工作,當回水溫度低于37(8溫差時,主機自動開啟運行。暖氣片安裝數(shù)量的確定:暖氣片是安裝在70以上的熱水采暖的

13、場合的,而超低溫空氣源熱泵的最高出水溫度只有50,如把暖氣片安裝在熱泵采暖中必須增加暖氣片的數(shù)量(散熱面積,才能保證末端的散熱量。根據(jù)計算和實際經(jīng)驗,暖氣片的數(shù)量至少要增加50%才能滿足熱泵采暖的需要,如暖氣片的數(shù)量增加100%就可以使熱泵供暖的出水溫度降至40。沈陽的這個用戶的暖氣片的數(shù)量就比其他設(shè)施供暖暖氣片的數(shù)量增加了50%。冬季的使用方法:根據(jù)氣象資料統(tǒng)計,最低氣溫一般都是在凌晨3-4點的時間段中出現(xiàn),沈陽2009年和2010年冬季的最低氣溫都達到了-30,每年-20的氣溫都超過了30天。西萊克機組的最低適用環(huán)境溫度是-25,如果讓機組在這個溫度之下運行,就超出了它的適用范圍并使發(fā)熱量

14、不足,因此,讓熱泵在白天氣溫較高時運行,躲開2-3小時的最低氣溫段運行,這樣不僅可以提高熱泵的性能,而且拓展了熱泵的使用范圍(使用區(qū)域。這個用戶熱泵具體的運行時間是:11月上午10點下午18點12月1月早7點晚間22點2月4月上午10點下午18點沈陽12月至1月份是最寒冷的月份,-25以下的最低氣溫也是出現(xiàn)在這兩個月份中,晚間在出現(xiàn)-25以下的最低氣溫的時候就啟動輔助電加熱設(shè)備。上述時間只是熱泵設(shè)定的工作時間段,并不是熱泵每天的連續(xù)工作時間段,熱泵在這個時間段運行中,當循環(huán)水溫達到設(shè)定的溫度時熱泵自動停止工作。這個用戶的室溫是:白天18-22,晚間22-16.2009年11月1日至2010年4

15、月5日這個用戶一樓和二樓熱泵運行費用總和是2400元,比理論計算的還要低一些(可能與一樓不常開啟熱泵有關(guān)。2010年11月1日至2011年1月20日,熱泵運行的總費用是1600元,預(yù)計到采暖期結(jié)束熱泵的運行總費用3000元左右(與理論計算相近。三、結(jié)論從兩年來這個用戶的運行實際情況看,超低溫空氣源熱泵在采暖、制冷、制熱水方面,系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理、設(shè)備運行穩(wěn)定可靠。超低溫空氣源熱泵應(yīng)用于采暖、制冷、制熱水方面充分體現(xiàn)了它的節(jié)能環(huán)保的特性。在制熱水方面,它的電消耗是電熱水器的1/4,與電熱水器相比節(jié)能75%。在采暖方面,它的電消耗是電暖氣的1/2.5,即是電采暖費用的40%,與電采暖相比節(jié)能60%(沈陽地區(qū)。它與燃氣鍋爐相比,運行費用節(jié)省30%(沈陽地區(qū),同時熱泵在運行中的二氧化碳的排放量是零。沈陽的這個用戶如果使用燃氣鍋爐采暖,每個采暖期的二氧化碳排放量大約為2.85噸,熱泵的使用壽命大約是20多個采暖期,在設(shè)備使用的壽命內(nèi),熱泵可以至少減少二氧化碳的排放量是57噸。在制冷方面,它的