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水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與安裝

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簡介: 水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計包括空調(diào)負(fù)荷計算、機(jī)組選擇冷卻塔選擇、輔助熱源、蓄熱水箱設(shè)計、循環(huán)泵選擇和自動控制設(shè)計等。水環(huán)熱泵系統(tǒng)采取獨(dú)立的區(qū)域控制和系統(tǒng)的中央控制相結(jié)合的控制系統(tǒng),包括熱泵機(jī)組控制、循環(huán)水系統(tǒng)控制、中央控制。水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)安裝的關(guān)鍵是要控制噪聲的傳播,主要注意機(jī)組安裝、風(fēng)管、風(fēng)口安裝、水管路安裝等各方面。
關(guān)鍵字:水環(huán)熱泵 負(fù)荷計算冷卻塔

水環(huán)熱泵系統(tǒng)設(shè)計主要包括負(fù)荷計算、機(jī)組選擇、選擇、輔助熱源、蓄熱水箱設(shè)計、循環(huán)泵選擇和自動控制設(shè)計等。

1 負(fù)荷計算

1.1 冷負(fù)荷計算

冷負(fù)荷計算與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相同。

1.2 熱負(fù)荷計算

由于水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)是一個熱回收系統(tǒng),冬季運(yùn)行時,內(nèi)區(qū)的熱泵機(jī)組向水環(huán)路放熱,外區(qū)的熱泵機(jī)組自水環(huán)路吸熱。因此,在計算水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季負(fù)荷時,應(yīng)有別與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)。。

     (1-1)

    (1-2)

     (1-3)

   (1-4)

式中:

QE——外區(qū)熱負(fù)荷,KW;

QI——內(nèi)區(qū)熱負(fù)荷,KW;

QL,E、QG,E ——外區(qū)熱損失、外區(qū)得熱,KW;

QL,I、QG,I——內(nèi)區(qū)熱損失、內(nèi)區(qū)得熱,KW;

QR,E——外區(qū)熱泵吸熱量,KW;

QA,I——內(nèi)區(qū)熱泵放熱量,KW;

COPE——冬季工況下水環(huán)熱泵機(jī)組制熱系數(shù);

COPI——冬季工況下水環(huán)熱泵機(jī)組制冷系數(shù);

PR,I——冬季工況下水環(huán)熱泵機(jī)組制熱輸入功率,KW;

PA,I——冬季工況下水環(huán)熱泵機(jī)組制冷輸入功率,KW。

2 運(yùn)行工況與機(jī)組選擇

熱泵機(jī)組的容量(制冷量或制熱量)取決于機(jī)組進(jìn)風(fēng)參數(shù)、水環(huán)路進(jìn)水溫度、機(jī)組水量等參數(shù),在進(jìn)行機(jī)組的選擇或校核時,應(yīng)首先確定運(yùn)行工況。機(jī)組進(jìn)風(fēng)參數(shù)(干、濕球溫度)依據(jù)設(shè)計要求確定,進(jìn)水溫度應(yīng)綜合考慮排熱設(shè)備與加熱設(shè)備的能力與容量大小確定。

2.1 夏季運(yùn)行工況

排熱設(shè)備可為開式加水-水板式熱交換器或密閉式。確定水系統(tǒng)設(shè)計溫度,應(yīng)盡量提高進(jìn)出水溫度及進(jìn)出水溫降,以減小型號,降低冷卻水量,降低冷卻水系統(tǒng)投資。合理的設(shè)計水溫應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)比較確定,采用密閉式時的系統(tǒng)設(shè)計水溫建議見按表2-1選取,采用開式加板式換熱器應(yīng)計入板式換熱器的傳熱溫差。

推薦的設(shè)計水溫及水流量 表2-1

室外設(shè)計濕球溫度

ts1(℃)

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

ΔtA

(℃)

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(yùn)行工況

隨著水溫升高,水環(huán)熱泵機(jī)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(shè)計要求,應(yīng)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(yīng)使循環(huán)水流量恒定,冬、夏季應(yīng)取相同的進(jìn)出水溫差。

2.3 機(jī)組選擇

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

3 排熱設(shè)備選擇

3.1 同時使用系數(shù)

選擇排熱設(shè)備時,應(yīng)合理確定系統(tǒng)中水環(huán)熱泵機(jī)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(shè)計濕球溫度低時可取較小數(shù)值。增大水流量可提高機(jī)組效率,但不能超過0.065L/S.KW,繼續(xù)增大水流量對機(jī)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(jī)組因高壓(供冷時)或低水溫(供熱時)保護(hù)而停機(jī)。

3.3 選型

選型按夏季工況進(jìn)行,步驟如下:

1) 將系統(tǒng)中所有機(jī)組制冷工況下的排熱量(非空調(diào)冷負(fù)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確定進(jìn)水溫度t1,求出冷卻溫差△t= t1 -t2以及冷幅差△tA= T12 –ts1

          (3-1)

t1 = (t2+△T)Ф+ t2(1-Ф)   (3-2)

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

4 輔助加熱設(shè)備選擇

在冬季供熱工況運(yùn)行時,機(jī)組從水環(huán)路中吸取熱量,如果內(nèi)區(qū)的機(jī)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(dāng)水溫降至13℃時,就必須投入加熱設(shè)備,將熱量補(bǔ)充到水環(huán)路。為此,水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時,應(yīng)選用輔助加熱設(shè)備。

輔助加熱方式有兩種,一是采用各種水加熱設(shè)備,將熱量補(bǔ)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(nèi)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(nèi),否則仍要采取循環(huán)水加熱設(shè)備。一般采取后一種方式。

輔助加熱設(shè)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(shè)備的加熱量,同系統(tǒng)的運(yùn)行方式如是否采用夜間降溫早晨預(yù)熱、是否設(shè)置蓄熱水箱有關(guān)。

4.1 無夜間降溫、早晨預(yù)熱的系統(tǒng)

對于不采取夜間降溫運(yùn)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(yù)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(yùn)行的時間不同,可通過提前可機(jī)的方式進(jìn)行早晨預(yù)熱,一般不另外考慮預(yù)熱負(fù)荷),輔助加熱量等于冬季運(yùn)行工況下所有以供熱方式運(yùn)行的機(jī)組自水環(huán)路吸收的熱量qR與所有以供冷方式運(yùn)行的機(jī)組向水環(huán)路排放的熱量qA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(jī)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(COPE-1)/COPE,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(fù)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(yùn)行,白天投入使用期間,可回收的負(fù)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(fù)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(yīng)按采暖熱負(fù)荷的60~70%估算。

4.2 有夜間降溫、早晨預(yù)熱的系統(tǒng)

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

1) 按全部水環(huán)熱泵機(jī)組同時啟動,計算從夜間降溫的設(shè)定溫度升至早晨預(yù)熱的設(shè)定溫度所需的熱量QS(KWH)。假設(shè)新風(fēng)閥關(guān)閉,并考慮照明和各種散熱設(shè)備的發(fā)熱量。

2) 初定預(yù)熱時間t,一般在1~1.5小時。

3) 計算預(yù)熱負(fù)荷Qy(KW)

(4-1)

4) 計算輔助加熱量QF(KW)

(4-2)

式中COPH ---平均制熱系數(shù)

5) 校核循環(huán)水供水溫度

根據(jù)預(yù)熱負(fù)荷Qy,查水環(huán)熱泵機(jī)組性能表,按對應(yīng)的機(jī)組制熱量得到應(yīng)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(yīng)延長預(yù)熱時間,重新計算。

4.3 蓄熱水箱

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

水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過水環(huán)路實(shí)現(xiàn)了熱量的空間轉(zhuǎn)移(如從內(nèi)區(qū)轉(zhuǎn)向周邊區(qū)),然而,每時每刻內(nèi)需要轉(zhuǎn)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(shè)置一個低溫蓄熱水箱,這樣水系統(tǒng)又實(shí)現(xiàn)了熱量的時間上的轉(zhuǎn)移。也就是說,內(nèi)區(qū)制冷的機(jī)組向環(huán)路中釋放的冷凝熱與周邊區(qū)制熱的機(jī)組從環(huán)路吸取的熱量可以在一天內(nèi)或更長的時間周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱量的平衡。可以降低早晨預(yù)熱所需的輔助加熱設(shè)備的容量,降低用電負(fù)荷,從而降低了和水加熱器的年耗能量。但和水加熱器的容量不能減少,這是因為考慮惡劣天氣(嚴(yán)寒、酷暑)可能會持續(xù)一段時間,要求或水加熱器必須按最大負(fù)荷運(yùn)行。

  高溫蓄熱水箱用于采用電輔助加熱設(shè)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(shè)備運(yùn)行電費(fèi)。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(shè)計溫度。

發(fā)布:2007-07-28 14:00    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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