水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)的設計與安裝

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

簡介： 水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)的設計包括空調負荷計算、機組選擇冷卻塔選擇、輔助熱源、蓄熱水箱設計、循環(huán)泵選擇和自動控制設計等。水環(huán)熱泵系統(tǒng)采取獨立的區(qū)域控制和系統(tǒng)的中央控制相結合的控制系統(tǒng)，包括熱泵機組控制、循環(huán)水系統(tǒng)控制、中央控制。水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)安裝的關鍵是要控制噪聲的傳播，主要注意機組安裝、風管、風口安裝、水管路安裝等各方面。
關鍵字：水環(huán)熱泵 負荷計算冷卻塔

水環(huán)熱泵系統(tǒng)設計主要包括負荷計算、機組選擇、冷卻塔選擇、輔助熱源、蓄熱水箱設計、循環(huán)泵選擇和自動控制設計等。

1 負荷計算

1.1 冷負荷計算

冷負荷計算與常規(guī)空調系統(tǒng)相同。

1.2 熱負荷計算

由于水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)是一個熱回收系統(tǒng)，冬季運行時，內區(qū)的熱泵機組向水環(huán)路放熱，外區(qū)的熱泵機組自水環(huán)路吸熱。因此，在計算水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)冬季負荷時，應有別與常規(guī)的空調系統(tǒng)。。

　　　　 (1-1)

　　　　(1-2)

　　　　　(1-3)

　　 (1-4)

式中：

Q_E——外區(qū)熱負荷，KW；

Q_I——內區(qū)熱負荷，KW；

Q_L,E、Q_G,E ——外區(qū)熱損失、外區(qū)得熱，KW；

Q_L,I、Q_G,I——內區(qū)熱損失、內區(qū)得熱，KW；

Q_R,E——外區(qū)熱泵吸熱量，KW；

Q_A,I——內區(qū)熱泵放熱量，KW；

COP_E——冬季工況下水環(huán)熱泵機組制熱系數(shù)；

COP_I——冬季工況下水環(huán)熱泵機組制冷系數(shù)；

P_R,I——冬季工況下水環(huán)熱泵機組制熱輸入功率，KW；

P_A,I——冬季工況下水環(huán)熱泵機組制冷輸入功率，KW。

2 運行工況與機組選擇

熱泵機組的容量（制冷量或制熱量）取決于機組進風參數(shù)、水環(huán)路進水溫度、機組水量等參數(shù)，在進行機組的選擇或校核時，應首先確定運行工況。機組進風參數(shù)（干、濕球溫度）依據(jù)設計要求確定，進水溫度應綜合考慮排熱設備與加熱設備的能力與容量大小確定。

2.1 夏季運行工況

排熱設備可為開式冷卻塔加水-水板式熱交換器或密閉式冷卻塔。確定水系統(tǒng)設計溫度，應盡量提高冷卻塔進出水溫度及進出水溫降，以減小冷卻塔型號，降低冷卻水量，降低冷卻水系統(tǒng)投資。合理的設計水溫應通過經濟比較確定，采用密閉式冷卻塔時的系統(tǒng)設計水溫建議見按表2-1選取，采用開式冷卻塔加板式換熱器應計入板式換熱器的傳熱溫差。

室外設計濕球溫度

t_s1（℃）

冷卻塔

出水溫度t₂（℃）

循環(huán)水溫差

ΔT= t₁- t₂（℃）

（同時使用系數(shù)0.8）

冷幅差

Δt_A

（℃）

每KW水流量（L/s）

18

32

7

14

0.043

21

32

7

11

0.043

23

32

7

9

0.043

24

32

6.5

8

0.045

25

33

6

8

0.045

26

33

6

7

0.048

27

34

5.5

7

0.054

28

34

5.5

6

0.054

2.2 冬季運行工況

隨著水溫升高，水環(huán)熱泵機組制熱能力增大，輔助熱源容量減小，但同時制熱系數(shù)降低，耗電量增大。因此只要制熱量滿足設計要求，應盡可能降低冬季循環(huán)水的供水溫度。為了保證系統(tǒng)水力工況穩(wěn)定，應使循環(huán)水流量恒定，冬、夏季應取相同的進出水溫差。

2.3 機組選擇

選擇機組的型號和臺數(shù)時，對周邊區(qū)的房間來說，室內水/空氣熱泵機組應同時能滿足冬、夏季設計工況下的要求。一般情況下，根據(jù)夏季冷負荷進行機組選型，根據(jù)冬季熱負荷進行機組校核，寒冷地區(qū)更應特別強調機組的制熱性能。對內區(qū)房間來說，水/空氣熱泵機組僅按夏季設計工況選取。需注意的一點，冬季按制冷方式運行的機組，其制冷量是冬季工況下的制冷量，即若制熱機組進水溫度15℃，出水溫度10℃，則制冷機組進水溫度15℃，出水溫度21℃。

3 排熱設備選擇

3.1 同時使用系數(shù)

選擇排熱設備時，應合理確定系統(tǒng)中水環(huán)熱泵機組同時使用系數(shù)。一般建筑可參考下列數(shù)值：

系統(tǒng)總水量小于13L/S時，同時使用系數(shù)取90%;

系統(tǒng)總水量為13～19L/S時，同時使用系數(shù)取85%;

系統(tǒng)總水量大于19L/S時，同時使用系數(shù)取80%;

住宅同時使用系數(shù)可取50～70%。

3.2 系統(tǒng)水流量

系統(tǒng)循環(huán)水流量可按0.04～0.06L/S.KW估算，一般取0.054L/S.KW，室外設計濕球溫度低時可取較小數(shù)值。增大水流量可提高機組效率，但不能超過0.065L/S.KW，繼續(xù)增大水流量對機組效率提高不大，但增加循環(huán)泵能耗。減小水流量可能造成機組因高壓（供冷時）或低水溫（供熱時）保護而停機。

3.3 冷卻塔選型

冷卻塔選型按夏季工況進行，步驟如下：

1) 將系統(tǒng)中所有機組制冷工況下的排熱量（非空調冷負荷）相加；

2) 確定同時使用系數(shù)Ф；

3) 確定循環(huán)水流量W；

4) 確定冷卻塔出水溫度t₂；

5) 根據(jù)循環(huán)水溫升△t（式3－1）和同時使用系數(shù)Ф確定冷卻塔進水溫度t₁,求出冷卻溫差△t= t₁ -t₂以及冷幅差△t_A= T₁₂ –t_s1

　　　　　　　　　　(3－1)

t₁ = (t₂+△T)Ф+ t₂(1-Ф) 　 (3－2)

6) 根據(jù)循環(huán)水量、進出塔水溫、冷卻溫差及室外設計相對濕度查廠家產品資料可以直接確定閉式冷卻塔型號，計入板式換熱器傳熱溫差可以確定開式冷卻塔型號。

4 輔助加熱設備選擇

在冬季供熱工況運行時，機組從水環(huán)路中吸取熱量，如果內區(qū)的機組向環(huán)路釋放的熱量少于周邊區(qū)從環(huán)路吸取的熱量時，環(huán)路中的水溫將會下降，當水溫降至13℃時，就必須投入加熱設備，將熱量補充到水環(huán)路。為此，水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)設計時，應選用輔助加熱設備。

輔助加熱方式有兩種，一是采用各種水加熱設備，將熱量補充到循環(huán)水管路中；二是采用空氣加熱器（一般為電加熱器），將熱量直接加入室內循環(huán)空氣中。采用電加熱器的前提是保證環(huán)路循環(huán)水的溫度在許可的范圍之內，否則仍要采取循環(huán)水加熱設備。一般采取后一種方式。

輔助加熱設備可選用電熱熱水鍋爐、燃油（氣）熱水鍋爐、水-水或汽-水換熱器等。輔助加熱設備的加熱量，同系統(tǒng)的運行方式如是否采用夜間降溫早晨預熱、是否設置蓄熱水箱有關。

4.1 無夜間降溫、早晨預熱的系統(tǒng)

對于不采取夜間降溫運行的系統(tǒng)（如全天使用的住宅、公寓、旅館、醫(yī)院病房樓等）或沒有早晨預熱要求的系統(tǒng)（如具有辦公、商場、餐飲、娛樂、會議室等各種功能的綜合性建筑，因系統(tǒng)投入運行的時間不同，可通過提前可機的方式進行早晨預熱，一般不另外考慮預熱負荷），輔助加熱量等于冬季運行工況下所有以供熱方式運行的機組自水環(huán)路吸收的熱量q_R與所有以供冷方式運行的機組向水環(huán)路排放的熱量q_A之差，該值為瞬時值，取其最大值。

由于制熱工況下水環(huán)熱泵機組的制熱量為壓縮熱與自水環(huán)路吸收的熱量之和，吸排熱量的比例等于(COP_E-1)/COP_E，此值等于0.7～0.8，任何時候輔助熱源容量都小于采暖熱負荷，約為其70～80%。對于大型商場、餐飲、娛樂、會議等公共活動用房，夜間停止使用期間，一般采暖系統(tǒng)也停止運行，白天投入使用期間，可回收的負荷較大，此時，系統(tǒng)輔助熱源的容量可按1/3左右的采暖熱負荷估算；對于全天使用的住宅、公寓、客房、病房樓等，夜間需繼續(xù)采暖，而可回收的燈光、人體熱量很少，輔助熱源的容量應按采暖熱負荷的60～70%估算。

4.2 有夜間降溫、早晨預熱的系統(tǒng)

對于以辦公用途為主的建筑物，宜按早晨預熱系統(tǒng)考慮，輔助加熱設備容量按下列步驟計算：

1） 按全部水環(huán)熱泵機組同時啟動，計算從夜間降溫的設定溫度升至早晨預熱的設定溫度所需的熱量Q_S（KWH）。假設新風閥關閉，并考慮照明和各種散熱設備的發(fā)熱量。

2） 初定預熱時間t，一般在1～1.5小時。

3） 計算預熱負荷Qy(KW)

（4-1）

4） 計算輔助加熱量Q_F(KW)

（4-2）

式中COP_H ---平均制熱系數(shù)

5） 校核循環(huán)水供水溫度

根據(jù)預熱負荷Qy，查水環(huán)熱泵機組性能表，按對應的機組制熱量得到應保證的循環(huán)水供水溫度，校核是否超出允許范圍，如超出，應延長預熱時間，重新計算。

4.3 蓄熱水箱

在水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)中常設置低溫（13～32℃）或高溫蓄熱水箱（60～82℃），以改善系統(tǒng)的運行特性。

水環(huán)熱泵空調系統(tǒng)通過水環(huán)路實現(xiàn)了熱量的空間轉移（如從內區(qū)轉向周邊區(qū)），然而，每時每刻內需要轉移的熱量與周邊所需要的供熱量之間很難平衡，為此，水環(huán)路可設置一個低溫蓄熱水箱，這樣水系統(tǒng)又實現(xiàn)了熱量的時間上的轉移。也就是說，內區(qū)制冷的機組向環(huán)路中釋放的冷凝熱與周邊區(qū)制熱的機組從環(huán)路吸取的熱量可以在一天內或更長的時間周期內實現(xiàn)熱量的平衡?？梢越档驮绯款A熱所需的輔助加熱設備的容量，降低用電負荷，從而降低了冷卻塔和水加熱器的年耗能量。但冷卻塔和水加熱器的容量不能減少，這是因為考慮惡劣天氣（嚴寒、酷暑）可能會持續(xù)一段時間，要求冷卻塔或水加熱器必須按最大負荷運行。

　　高溫蓄熱水箱用于采用電輔助加熱設備的水環(huán)熱泵系統(tǒng)中，作用是利用夜間電力低谷時段將水加熱后蓄存起來，白天電力高峰時段供給系統(tǒng)使用，在有峰谷分時電價的地區(qū)，可以降低輔助加熱設備運行電費。高溫蓄水箱與環(huán)路并聯(lián)，通過三通混合閥把環(huán)路水溫維持設計溫度。