空氣源熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)應(yīng)用及案例分析|資料
空氣源熱泵機(jī)組（簡稱“熱泵機(jī)組”）自二十世紀(jì)四十年代發(fā)明至今，其技術(shù)已日臻完善，已 應(yīng)用于辦公樓、賓館、娛樂業(yè)、廠房、住宅等各行各業(yè)不同規(guī)模工程中，市場(chǎng)占有率一直較高，究其原因，皆因其有如下優(yōu)點(diǎn)：熱泵機(jī)組夏季供冷，冬季供熱，不需另設(shè)鍋爐房；主機(jī)安裝在屋頂，可省去冷凍機(jī)房土建投資及冷卻系統(tǒng)投資；COP值較高，自動(dòng)化程度高。
一、 熱泵機(jī)組類型及其特點(diǎn)：
1．渦旋式壓縮機(jī)熱泵機(jī)組：
渦旋式壓縮機(jī)為容積式壓縮機(jī)，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，常用的空氣-空氣熱泵機(jī)組，適用于中、小型工程。
2．活塞式壓縮機(jī)熱泵機(jī)組：
活塞式壓縮機(jī)為容積式壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)速低、振動(dòng)大、噪音大、單機(jī)容量較小，多機(jī)頭組合可拼裝成100萬大卡/時(shí)左右熱泵機(jī)組，COP=3.0～3.5；
3. 螺桿式壓縮機(jī)熱泵機(jī)組：
螺桿式壓縮機(jī)也為容積式壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音低、壽命長，COP=3.5～4.5,適用于中、小型工程，多機(jī)頭熱泵機(jī)組可用于較大工程。單螺桿為平衡式單向運(yùn)轉(zhuǎn)，磨損小，無軸向推力，其排氣效率比雙螺桿略低。
二、 熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)：
1．選用原則：
熱泵機(jī)組有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，與同容量單冷冷水機(jī)組相比，其用電量大，造價(jià)高，冬季隨室外氣溫下降制熱量衰減嚴(yán)重、結(jié)霜嚴(yán)重等，因此，①當(dāng)某工程有蒸汽源時(shí)，空調(diào)冷熱源應(yīng)盡量采用“單冷冷水機(jī)組加熱交換器”方案。無錫市正在形成城市蒸汽熱力網(wǎng)，我們應(yīng)優(yōu)先采用以上方案。②本人認(rèn)為醫(yī)院、賓館等對(duì)冬季采暖溫度要求較高的工程不適宜采用熱泵機(jī)組，辦公樓、飯店等工程則較適宜，因?yàn)樗鼈円话惆滋焓褂茫瑹岜脵C(jī)組制熱量衰減小，就算采暖效果差些，室內(nèi)人員可多穿衣服，影響小些。
2．選型方法：
盡管江南地區(qū)一般工程冷負(fù)荷大于熱負(fù)荷，但空調(diào)設(shè)計(jì)人員應(yīng)計(jì)算出工程夏季冷負(fù)荷及冬季熱負(fù)荷，按機(jī)組制冷量≥空調(diào)冷負(fù)荷來選擇熱泵機(jī)組型號(hào)，然后看以下不等式是否成立：熱泵機(jī)組在冬季室外空調(diào)計(jì)算溫度（如：無錫地區(qū)為-5℃）下的制熱量≥工程冬季熱負(fù)荷。①若該不等式成立，則熱泵機(jī)組選型適宜。② 若該不等式不成立，則應(yīng)在空調(diào)水管上設(shè)輔助加熱裝置或增大熱泵機(jī)組容量。江南地區(qū)一般工程以上不等式是成立的。
3. 活塞式及螺桿式熱泵機(jī)組若干性能比較：
許多廠家銷售人員出于商業(yè)利益，往往片面甚至惡意中傷某品牌或活塞、螺桿式熱泵機(jī)組，我們?cè)O(shè)計(jì)人員不能被一葉障目，要認(rèn)真細(xì)致地了解各類機(jī)型性能，作出正確的選型判斷。 ①燒壓縮機(jī)問題：原因之一是蒸發(fā)器選型不對(duì)所致，例如，活塞式或螺桿式熱泵機(jī)組（采
用F-22制冷劑）選用滿液式蒸發(fā)器時(shí)因回油困難就易燒壓縮機(jī)；原因之二是潤滑系統(tǒng)有雜質(zhì)致使?jié)櫥团K或壓縮機(jī)吸氣過濾網(wǎng)因雜質(zhì)堵塞而被吸破致使雜質(zhì)吸入壓縮機(jī)等，雜質(zhì)易損壞電機(jī)絕緣層；原因之三是過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、短路保護(hù)等失靈所致；
②液擊問題：其實(shí)液擊對(duì)活塞式及螺桿式壓縮機(jī)都是不利的，兩者壓縮效率都要降低；
③壓縮機(jī)效率的控制問題：活塞式及螺桿式熱泵機(jī)組制冷（熱）量由其容量調(diào)節(jié)電磁閥調(diào)節(jié)，活塞式壓縮機(jī)部分負(fù)荷時(shí)可減少運(yùn)行氣缸數(shù)來調(diào)節(jié)，螺桿式壓縮機(jī)則靠滑閥調(diào)節(jié)。在部分負(fù)荷時(shí)，兩者軸功率均降低，運(yùn)行COP值差不多［1］；
④潤滑油問題：活塞式及螺桿式壓縮機(jī)在夏冬季均需對(duì)潤滑油加熱，使?jié)櫥椭兄评鋭?BR>揮發(fā)出來，保證壓縮機(jī)正常潤滑；
⑤維護(hù)保養(yǎng)問題：活塞式壓縮機(jī)零部件約268個(gè)，易損件多，1000小時(shí)需中修，維修量大；而螺桿式壓縮機(jī)零部件約26個(gè)，易損件少，無故障運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長。在正常運(yùn)行下，若干年后只要更換潤滑油、過濾器、軸承等；
⑥噪音問題：螺桿式熱泵機(jī)組主要噪音源是風(fēng)機(jī)，機(jī)組一般噪音在80dB(A) 左右，因此機(jī)組應(yīng)選用低噪音、轉(zhuǎn)速低、振動(dòng)小（經(jīng)動(dòng)靜平衡測(cè)試）的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，如選用德國施樂百公司軸流風(fēng)機(jī)，100RT螺桿式熱泵機(jī)組噪音可控制在74dB(A)左右。而活塞式熱泵機(jī)組噪音一般在80dB(A)以上。我們要注意噪音的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)法及測(cè)音室與普通環(huán)境下的區(qū)別問題；
⑦我們也要注意廠家樣本上熱泵機(jī)組冬季制熱量是在8℃環(huán)境溫度下的值，不是冬季空調(diào)計(jì)算溫度下之值。
三、熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)案例分析：
以下把本人近幾年在設(shè)計(jì)中遇到的或見到的熱泵機(jī)組案例分析于后，與同行們共同探討。
案例Ⅰ：A工程為歷史悠久且具有地方特色的對(duì)外營業(yè)飯店，設(shè)在屋面上的六臺(tái)中央空調(diào)熱泵機(jī)組型號(hào)為YCA90H（制冷量：81KW），水泵型號(hào)為SB-X80-65-155K（90T/H；31M；11KW）
。圖一為屋頂熱泵機(jī)組管道布置平面圖。
系統(tǒng)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)部分熱泵機(jī)組啟動(dòng)不了。本人先對(duì)冷凍水泵檢查，發(fā)現(xiàn)水泵運(yùn)行電流為額定電流的一半，水泵廠承認(rèn)質(zhì)量有問題，換葉輪后其參數(shù)基本接近于設(shè)計(jì)值。系統(tǒng)再次運(yùn)行后，個(gè)別熱泵機(jī)組啟動(dòng)不了的問題依然存在，這說明該問題的根源不是水泵維修前后冷凍水流量大小問題。這時(shí)有的設(shè)計(jì)人員開始懷疑一泵拖六臺(tái)熱泵機(jī)組方案不行，冷凍水管為異程式也不行，應(yīng)用泵、熱泵機(jī)組一一對(duì)應(yīng)方案。本人始終認(rèn)為上面兩種方案都可行。后本人發(fā)現(xiàn)個(gè)別熱泵機(jī)組甚至是出水管上水流開關(guān)的調(diào)整螺絲調(diào)至下限，仍也啟動(dòng)不了，要用起子硬壓平衡板機(jī)組才能開啟。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)研究水流開關(guān)構(gòu)造后，終于發(fā)現(xiàn)在水流開關(guān)平衡板的另一端有一個(gè)很不起眼的小螺絲，它與前面講到的調(diào)整螺絲作用力相反，它們一起調(diào)整使平衡板調(diào)至適當(dāng)位置，水流開關(guān)才能正常工作。故障排除后，系統(tǒng)運(yùn)行正常至今。
案例Ⅱ：B工程熱泵機(jī)組型號(hào)同A工程，為五臺(tái)，它采用一臺(tái)熱泵機(jī)組串聯(lián)一臺(tái)水泵然后再并聯(lián)形式，系統(tǒng)運(yùn)行基本正常，只是五路并聯(lián)熱泵機(jī)組、水泵出現(xiàn)水流量較大，使熱泵機(jī)組出水溫度在10℃以上。
案例Ⅲ：C工程為十八層高層建筑，面積近20000M2，屋頂設(shè)三臺(tái)698KW活塞式熱泵機(jī)組，其平面圖見圖二。圖中屋頂四周為高2.8M鋼筋混凝土女兒墻,虛線部分為正方梯形形狀的鋼架玻璃幕墻,幕墻外圈底邊比屋面高1.80M,內(nèi)圈頂面鏤空，但面積較小。本人發(fā)現(xiàn)這些情況后認(rèn)為： 熱泵機(jī)組悶在玻璃罩內(nèi)，必將影響機(jī)組夏天冷凝器散熱效果及冬天蒸發(fā)器散冷效果，經(jīng)一段開啟時(shí)間后將使熱泵機(jī)組冷凝器高壓保護(hù)(夏季)及蒸發(fā)器低壓保護(hù)(冬季)而停機(jī)。因此本人建議把梯形玻璃幕墻罩取消掉，但業(yè)主怕影響立面效果而不同意取消，在此情況下只能把幕墻外圈底邊抬至屋面上2.8M，把幕墻內(nèi)圈頂面適當(dāng)擴(kuò)大鏤空面積。
今年夏季該工程三臺(tái)熱泵機(jī)組運(yùn)行時(shí)其冷凍水出水溫度部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表一。
表一 熱泵機(jī)組夏季某天冷凍水出水溫度
室外干球溫度℃ X機(jī)組（℃） Y機(jī)組(℃） Z機(jī)組（℃）
37～38 14～15 8～9 6.8～7
30 15.1 14.1 11.1
從表一可見,Z機(jī)組運(yùn)行正常，Y機(jī)組稍欠缺，X機(jī)組運(yùn)行狀況較差。在炎熱的大伏天，當(dāng)三臺(tái)機(jī)組同時(shí)開啟時(shí)，出現(xiàn)X機(jī)組自動(dòng)停機(jī)現(xiàn)象，所以業(yè)主一般把X機(jī)組作為短時(shí)間使用，而大部分時(shí)間開機(jī)方案為：Y+Z；X+Z；Y或Z，這時(shí)機(jī)組運(yùn)行均正常。之所以出現(xiàn)以上情形，本人以為：①機(jī)組身處女兒墻加玻璃罩內(nèi)，“穿堂風(fēng)”較小，大氣不能立即沖散稀釋機(jī)組周圍的冷熱環(huán)境；②東南西三進(jìn)風(fēng)面雖有進(jìn)風(fēng)現(xiàn)象，但并沒有完全形成理想的頂排熱側(cè)進(jìn)新風(fēng)氣流形式：Y、Z機(jī)組正上方為玻璃罩梯形頂面鏤空處（離機(jī)組頂高差約7.50M），熱氣可沖出玻璃罩，而X機(jī)組緊靠西玻璃墻，其正上方為斜玻璃罩，機(jī)組排出熱氣沖向斜玻璃，無法直接排至罩外，相反熱氣反彈向下，朝四周蔓延；③每臺(tái)熱泵機(jī)組冷凝器排風(fēng)量達(dá)19×104M3/H，當(dāng)Y、Z機(jī)組運(yùn)行時(shí)無回流現(xiàn)象，但當(dāng)三臺(tái)機(jī)組全部開啟，冷凝器通風(fēng)量較大，在X機(jī)組兩側(cè)有回流現(xiàn)象，使X、Y機(jī)組冷凝散熱不暢，蒸發(fā)溫度提高，機(jī)組制冷量下降。
解決辦法：在X機(jī)組冷凝器排出口上連接風(fēng)管，使氣流導(dǎo)向玻璃罩外。
案例Ⅳ：無獨(dú)有偶，D工程（二十一層）初步設(shè)計(jì)時(shí)二臺(tái)698KW活塞式熱泵機(jī)組設(shè)在主樓屋頂，高大船形玻璃幕墻把熱泵機(jī)組包得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，在精美造形幕墻頂部只有較少的透氣處。設(shè)計(jì)人員得知C工程情況后，立即將熱泵機(jī)組改至寬敞的裙房屋頂。
四、 結(jié)論：
1、暖通設(shè)計(jì)人員應(yīng)針對(duì)設(shè)計(jì)工程具體情況進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性能比較，經(jīng)方案優(yōu)化后確定是否采用熱泵系統(tǒng)，有蒸汽或客房、病房大樓宜優(yōu)先采用單冷主機(jī)加熱交換系統(tǒng)；
2、暖通設(shè)計(jì)人員一定要準(zhǔn)確計(jì)算工程冷熱負(fù)荷，確保熱泵機(jī)組滿足工程夏冬季負(fù)荷需要；
3、螺桿式熱泵機(jī)組無論是COP值還是維護(hù)費(fèi)用、振動(dòng)頻率、噪音等性能均優(yōu)于活塞式熱泵機(jī)組；
4、中小型工程采用的小型多臺(tái)熱泵機(jī)組配一泵制或?qū)?yīng)配泵制均可，但多臺(tái)泵最好不超過三臺(tái)［3］；
5、我們應(yīng)重視熱泵機(jī)組運(yùn)行環(huán)境，在滿足熱泵機(jī)組運(yùn)行環(huán)境的前提下才能答應(yīng)建筑師們對(duì)建筑的美觀要求。
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