空氣源熱泵機組分析論文

導語：空氣源熱泵機組分析論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要摘要：本文介紹了空氣源熱泵機組的種類和發展；分析了空氣源熱泵機組在全負荷和部分負荷下的性能系數；對冬季和夏季的能耗新問題進行了討論；通過和水冷式冷水機組系統的比較，分析了空氣源熱泵系統的特征；并且借鑒了一些國外的空氣源熱泵技術，對空氣源熱泵機組的應用和展望進行了探索。

摘要：空氣源熱泵熱泵系統性能系數

1.1緒論

1.1.1專題背景

隨著改革開放和大規模的基本建設的發展、人們對于生活環境的要求越來越高，空調系統作為室內空氣參數的主要調節裝置也就相應的越來越普及。人們對空調的要求也從原1來的夏季制冷發展到冬暖夏涼，發展到對空氣品質的進一步要求。而且在能源緊缺、強調可持續發展的今天，在某些大城市和非凡地區，出于環保的考慮限制使用鍋爐供暖，于是電動熱泵技術成了人們的首選。其中又以空氣源熱泵冷熱水機組較為常見。

1.1.2空氣源熱泵機組的特征

空氣源熱泵冷熱水機組是由制冷壓縮機、空氣/制冷劑換熱器、水/制冷劑換熱器、節流機構、四通換向閥等設備和附件及控制系統等組成的可制備冷、熱水的設備。按機組的容量大小分，又分為別墅式小型機組（制冷量10.6~52.8Kw），中、大型機組（制冷量70.3~1406.8kW）。其主要優點如下摘要：

（1）用空氣作為低位熱源，取之不盡，用之不竭，到處都有，可以無償地獲取；

（2）空調系統的冷源和熱源合二為一；夏季提供7℃冷凍水，冬季提供45~50℃熱水，一機兩用；

（3）空調水系統中省去冷卻水系統；

（4）無需另設鍋爐房或熱力站；

（5）要求盡可能將空氣源熱泵冷水機組布置在室外，如布置在裙房樓頂上、陽臺上等，這樣可以不占用建筑屋的有效面積；

（6）安裝簡單，運行管理方便

（7）不污染使用場所的空氣，有利于環保；

1.2空氣源熱泵機組的種類和發展

1.2.1分類

1.從熱輸配對象分為摘要：空氣/水-空氣源熱泵冷熱水機組，空氣/空氣-空氣源熱泵冷熱水機組；

2.從容量分為摘要：小型（7kW以下），中型，大型（%26gt;70kW）;

3.從壓縮機型式分為摘要：渦旋式、轉子式，活塞式，螺桿式，離心式；

4.從功能分為摘要：一般功能的空氣源熱泵冷熱水機組，熱回收型的空氣源熱泵冷熱水機組，冰蓄冷型的空氣源熱泵冷熱水機組；

5.從驅動方式分為摘要：燃氣直接驅動和電力驅動。

1.2.2發展

80年代中期以前空氣源熱泵冷水機組大多采用半封閉往復式多機頭壓縮機。由于調節靈活和壓縮機性能及換熱器性能的改善，機組的性能不斷提高。但在80年代中期以后，螺桿式壓縮機的技術進步很快。它比壓縮式零部件少（為活塞式的十分之一），結構簡單，無進排氣閥，噪聲低，可無級調節，壓縮比大而對容積效率影響不大，故非凡適用于氣候偏寒地區的空氣源熱泵和采用冰蓄冷的裝置。因此空氣源熱泵冷熱水機組采用螺桿式壓縮機的越來越廣泛，而且目前螺桿式壓縮機大多采用R-22為冷媒，可延續到2030年才會被禁用。其價格比起其它代替冷媒要便宜的多。目前使用R-22的螺桿式壓縮機的制冷量范圍為摘要：140~3600kW。

1.3空氣源熱泵機組的性能系數cop

1.3.1全負荷時的cop

某一工況下，熱泵出力于熱泵入力（功耗）之比為性能系數cop,它是評價熱泵裝置的重要指標。通過分析，不論何種主機，出水溫度對cop的影響，冬季（共熱）比夏季(供冷)大的多。

1.3.2部分負荷時的cop

估量空氣熱源熱泵機組全年運行的經濟時，必須了解各機種的部分負荷性能。部分負荷特性Ф是指制冷機運行負荷率q(%)和耗功率N(%)之比。在夏季，它同樣受室外溫度影響（t出口一定）或出水溫度影響（t室外一定），而部分負荷性能系數cop’=Фcop全。根據具體情況，部分負荷時的cop’有可能大于滿負荷時的cop，這是由于壓縮機能量調節（卸缸或調速等）而冷凝器、蒸發器的傳熱面積和風量等未能調整而改善了工況，才使機組的部分負荷性能提高。

1.4空氣源熱泵機組的能耗分析

1.4.1供暖季節能耗分析

1.平衡溫度點對空氣源熱泵機組的制熱季節性能系數的影響

對于選定的空氣源熱泵機組，當建筑物的熱負荷較大時，平衡溫度點將增高，使整個供暖季的輔助加熱量的增加，從而導致制熱季節性能系數降低；當建筑物的熱負荷較小時，平衡溫度點將降低，導致整個供暖季的輔助加熱量的減小。同時，由于負荷的減小，機組有更多的時間處于部分負荷下運行。因此，制熱季節性能系數先是增大，然后會有所降低。且在相同平衡點溫度下，各地區使用熱泵機組具有不同的制熱季節性能系數值。

2.運行方式對空氣源熱泵機組制熱季節性能系數的影響

一班制時，熱泵機組都在白天運行，而白天時的室外氣溫要高于夜間，這使得在整個供暖季，一班制運行熱泵機組的制熱季節性能系數要高于三班制運行機組。

作為一種節能技術，要評價空氣源熱泵的節能效應，就必須用到一次能利用率E的概念，一次能利用率在這里指的是熱泵機組的制熱量和一次能耗的比值。空氣源熱泵機組的一次能利用率的提高，一方面有待于進一步改進技術，提高空氣源熱泵的制熱季節性能系數；另一方面則取決于我國平均發配電效率的提高。

1.4.2供冷季節能耗分析

空氣源熱泵的供冷季節能耗分析采用負荷頻率表法。負荷頻率表法是建立在空調負荷和室內外溫差大致成比例這一假設基礎上的。該方法根據室外空氣干球溫度出現的年頻率數（用于全年運行的空調系統）或季節頻率數（用于季節性空調系統）和空調系統的全年或季節運行工況計算出不同室外空氣狀態下的加熱量和冷卻量。在計算出冷（熱）負荷后，再根據冷（熱）源機組的變工況性能表查出相應工況下的供冷（熱）季節小時頻率值相乘，然后累加，計算出冷（熱）源設備的耗能量。

經過分析，發現供冷季節性能系數和本地區的氣候條件是相一致的，因為供冷季節的氣候越炎熱，室外空氣溫度越高，空氣源熱泵的供冷季性能系數將越低。

1.5空氣源熱泵機組和水冷式冷水機組的比較

1.5.1占地面積

單就風冷式制冷機外形尺寸而言，要比水冷式制冷機組的尺寸大，但水冷式制冷機需設置冷卻塔和冷卻水泵，因此水冷機的綜合尺寸較風冷機要大很多。另外，風冷式制冷機一般置于高層建筑的裙樓屋頂或多層建筑的屋頂，其外形尺寸同水冷式制冷機在屋頂設置冷卻塔的占地面積相當，這樣就節省了在建筑物內因設置了制冷機房而多占用的面積。這在寸土寸金的大城市中尤顯優勢。

1.5.2系統簡單

風冷式制冷機因沒有冷卻水系統，使制冷系統變得簡單化，即省去了冷卻塔、冷卻水泵和管路的施工安裝工作量，也減小了冷卻水系統運行的日常維護、保養工作量和維修費用。

1.5.3對建筑物美觀的影響

目前大部分建筑物的水冷式制冷機組，均采用冷卻塔循環水冷卻系統。冷卻塔安裝在大樓屋面，既影響建筑外觀，又和優雅環境不協調。使用冷卻塔經常會遭到審美觀念較強的建筑師的反對。而風冷式制冷機外形方正，高度一般不會超過3m，比冷卻塔要低一半左右，對建筑物外觀影響相對較小。而且風冷機還可防止某些冷卻塔因瓢水而形成的“晴天下小雨”給人們帶來的不便。

1.5.4水阻力

風冷機組水系統的另一特征是，風冷機水側阻力通常為30~50kPa，遠比一般水冷機的水側阻力80~100kPa要小。

1.5.5節水方面

在空調工程上冷卻塔運行中所蒸發和風耗的水量較大，而且無法回收。例如摘要：深圳經協大廈，空調冷卻水的補水量是整個大廈中日常生活用水的一倍。而風冷機卻無須消耗冷卻水。

1.5.6部分負荷時的能耗新問題

美國特靈(TRANE)公司曾做過水冷離心式冷水機組和風冷離心式冷水機組在全負荷和部分負荷的耗電量比較摘要：其數據見表1

表1水冷機和風冷機耗電量比較負荷

制冷量

kW

耗電量(kW)

風冷式

水冷式

全負荷

1160

350

299

2/3負荷

774

204

209

1/3負荷

387

109

154

從表中數據可見，在全負荷時，由于風冷式冷水機組的冷凝溫度高于水冷式機組，故風冷機的壓縮機需要較大的功率，因此風冷式冷水機組耗電量確比水冷機要大，大約大15%左右。但在2/3負荷時兩者基本持平，且風冷機耗電量還略低。而在1/3負荷時，風冷機的耗電量遠遠低于水冷機，大約低30%左右。但由于空調負荷在整個夏季的分布是極不平衡的，甚至在一天之內各時段的負荷也差別很大，故機組在最大負荷下運行的時間是極其有限的，即制冷機大都處于部分負荷下運轉，因此使用風冷機的能耗不比水冷機的能耗大。

1.5.7風冷機和冷水機綜合費用的比較

制冷機的綜合費用，包括一次性投資費用和運行維護費用，就一次性投資費用而言，風冷機要比水冷機花錢多，但是水冷機造價加上冷卻塔、冷卻水泵、管道和水處理等費用，水冷機的一次性投資費用并不比風冷機少太多，況且冷卻水系統中冷卻塔、水管路和水泵等設備的維護保養費、水處理費、冷凝器清洗費等均較風冷機組高。冷水機組年運行時間越長，對風冷式制冷機組越有利，風冷機和水冷機組相比較，其處投資回收期短。所以，南方地區用于空調的冷水機組更適合采用風冷式制冷機組。從冷卻條件來看，南方地區夏季室外濕球溫度較高，也對水冷式制冷機組不利。

1.6空氣源熱泵機組的應用和展望

1.6.1空氣源熱泵機組的應用

在此借鑒一些國外的做法摘要：

1、對于供熱負荷遠小于供冷負荷的地區，可以對和供熱負荷相應的冷量部分用熱泵提供熱量（冬）和冷量（夏），而其余冷量由cop較高的制冷設備（如離心式）來解決。這樣夏季的電耗可得以節省。

2、采用蓄熱方法，冬季以中午熱泵出力有余，可將該熱量積蓄在蓄熱槽里，到晨、晚不足時使用，這種蓄熱方法可以在水蓄熱系統中應用，也可以在空氣源熱泵的冰蓄熱裝置中實現。

3、采用熱回收式熱泵，即在熱泵循環中增設一冷媒/水換熱器，夏季回收部分冷凝器排熱量，冬季可回收空調區內的熱量補充采熱蒸發器的不足，即在冬季時不僅是空氣熱源，同時又利用了內區水熱源。最近國外推出一種和夏季冰蓄冷相結合的空氣源熱泵裝置，全年可實現八種運行工況，冬季則可根據一天內氣候變化規律完成熱泵供熱功能，彌補了過去熱泵出力和建筑能耗有相反趨向的不足。

4、當有條件多能源供冷供熱時，可合理組織供能模式，例如摘要：當高層建筑物的標準層為辦公樓而下部裙房為綜合用途者，則高層部分可用空氣源熱泵裝置（有條件時考慮儲冰），低層部分可采用燃氣吸收式系統。當電動制冷設備和燃氣吸收式聯合供能時，則可按夏季優先用燃氣、冬季優先用電力來協調供能。

5、當利用燃氣作能源時，可試行熱力原動機（燃氣機）直接帶動的空氣源熱泵，它不僅利用了空氣熱源，還從原動機的排熱中回收大量熱量，其能量利用系數可達1.5左右。國外已有容量達240kW的整體式機組。

1.6.2空氣源熱泵機組的展望

隨著城市建設對建筑立面美觀性的要求、對冷卻塔使用的制約等因素，和對能源的利用率，以及某些城市對冷卻塔使用的制約等因素，那么，空氣源冷水機組作為空調冷熱源，在某些地區的使用將會愈來愈多，空氣源熱泵也將向著成熟和完善的方向繼續發展。

參考文獻

1.馬最良，姚楊，《民用空調設計》，化學工業出版社，2003

2.范存養，龍惟定，《上海市空氣熱源熱泵的應用和展望》，《暖通空調》，1994

3.周晉，李樹林，《風冷熱泵機組的能耗分析》，《流體機械》，2002

4.楊昌智，孫一堅，《熱泵式和直燃式冷溫水機組運行特性的比較探究》，《湖南大學學報》，1996

5.張永貴，《熱泵供暖系統技術經濟評價》，《煤氣和熱力》，1995

6.何耀東、何青.《中心空調》，冶金工業出版社，1998

7.汪訓昌，沈晉明，《上海錦江俱樂部3號樓空氣/水熱泵系統的節電和經濟效益分析》，《暖通空調》，1994

8.姜益強，姚楊，《空氣源熱泵冷熱水機組的選擇》，《暖通空調》,2003

9.北京市建筑設計探究院.《建筑設備專業設計技術辦法》，中國建筑工業出版社，1998

10.陳君燕，《冷熱聯供系統的能耗估算》，《暖通空調》，2001

11.龍惟定，張蓓紅，《上海住宅空調能源的目前狀況和發展》，《暖通空調》,1998年第三期

12.龍惟定，《上海建筑空調的發展》，2002年

13.Michele.VIO《有關空氣熱源熱泵機組的COP值》.《江蘇暖通空調制冷》，1999年

14.WilliamF.Albern，P.E.Innovative《PreheatingofOutsideAir.Ashrae》Journal，May2002摘要:48

15.SatishKumar，Ph.DandWilliamJ.Fisk，《P.E.IEQandtheImpactOnBuildingOccupants》.AshraeJournal，April2002摘要:50-52

16.DavidM.Elovitz，P.E.《SelectingtheRightHVACSystem》.AshraeJournal，January2002摘要:24-30

17.JohnF.Straube，Ph.D.《MoistureinBuildings》.AshraeJournal，January2002摘要:15-19

18.ChristopherK.Wilkins，P.EandRistoKosonen，Lic.《Tech.Coolceilingsystem摘要:AEuropeanair-conditioningalternative》.AshraeJournal，August1992摘要:41-45