小议空气源热泵系统的特点及设计中易出现的问题

王玉谦

摘    要：近年来随着“煤改电”政策的不断发展，空气源热泵因其自身的一些优势应用原来越多，随之而来也同样产生许多问题。本文结合工程设计实例，探讨空气源热泵设计过程中容易出现的问题及解决措施。

关键词：空气源热泵;性能系数;修正;耗电输冷（热）比

1  前言

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。它是热泵的一种形式。相比地源热泵，空气源热泵没有地域限制，不会破坏土壤的全年热平衡，不占用大面积空地，节约建筑空间。具体应用于实际工程有如下优点：（1）放置于屋面即可，不需要专门设置机房，锅炉房，极大的节省了建筑空间，对于寸土寸金的建筑来说，无疑为甲方节省了许多建筑空间，从而产生更多的经济效益。（2）每个机组的模块单元都采用全封闭制冷压缩机，电脑控制可以自动使各制冷回路按顺序运行，启动后备制冷系统并进行局部维修，银耳提高了整个机组运行的可靠性。（3）舒适方便、自动化、智能化程度高，调控方便，可连续加热且运行成本低。

与此同时，空气源热泵机组也存在一些缺点：（1）室外温度越低，空气源热泵冬季制热效果越差。（2）当机组工作时，当蒸发器盘管温度低于露点温度时，其表面产生冷凝水，冷凝水低于0℃时结霜，会使蒸发器散热肋片间的通风间隙局部或者全部结霜阻塞，从而增大热阻和风阻，影响换热和制热效果。（3）系统为定流量系统，末端根据需求调整水量的灵活度差。

正因如此，在空气源热泵系统设计中需要从源头设计注意以下一些问题。

2  主机选型

根据GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节规范》空气源热泵机组的有效制热量应根据室外空调计算温度分别采用温度修正系数和融霜修正系数进行修正。笔者结合实际工程做主机选型的分析計算，先将工程概况做如下介绍。

工程概况：工程为石家庄某综合服务楼。建筑面积6192m2。建筑层数：4层。工程要求采用空气源热泵同时满足冬夏供暖和空调的要求。夏季空调供回水温度为7/12℃，冬季空调供水温度为50℃。末端采用风机盘管+新风形式。

该建筑物夏季冷负荷：650.75kW，冷负荷指标为105.10W/m2;冬季热负荷为509.95kW，热负荷指标为82.30W/m2。

根据样本实际情况，同时考虑温度及融霜影响修正后，环境温度与制热能力的百分比曲线如图1。

当室外温度为-10℃时（石家庄冬季室外计算干球温度为-8.8℃），制热能力衰减百分比为70%，RHAE125HA型号机组有效制热量为465×0.7=325.5kW（冬季机组额定制热量为465kW），选两台相同型号即可满足使用要求。

实际工程中，设计容易根据冷负荷直接选择机组而忽略热负荷修正的问题。若根据冷负荷选机组，。RHAE95HA机组额定制冷量为330kW， 则根据样本实际选择两台型号为RHAE95HA即可。冬季机组额定制热量为350kW，根据图1考虑到温度及融霜影响修正后单台机组有效制热量为350×0.7=245kW，若同样两台机组有效制热量为245×2=490kW<509.95kW （建筑物冬季计算热负荷）。不满足实际使用要求。

3  循环水泵选型

空气源热泵之所以越来越广泛被应用于实际工程中除了其自身能效比较高，环保性外，其使用范围广也是优点之一。出水温度为5℃～50℃之间，可以满足冬夏不同季节空调的需求。对于同一套冷热源系统来讲，冬夏负荷差别不大的情况下，冷热水温差差别不大，阻力特性相似的情况下，从减少投资和占用面积角度出发，可共用循环水泵。

实际选型时候，容易出现以下问题：（1）只按照夏季选择循环水泵，冬季没有校核，此时，不满足使用要求。（2）冬季供回水温差选择不合理，当负荷相近时候，若温差过大，导致水泵流量过小（泵的流量和扬程成反比），此时扬程会变大，泵不能在高效区运行。（3）当温差选择过大，耗电输热比计算限值偏小，水泵的节能计算容易不满足要求。

此时，需要调整冬季供回水温差，以上所有问题均会解决。结合实际工程将循环水泵的选择做如下计算（取冬季空调供回水温差4℃）：

夏季：泵的计算流量为0.86×650.75/5=111.92m3/h，考虑每个机组配一个循环水泵（机组自带），单个泵的计算流量为111.92/2=56m3/h。

冬季：泵的计算流量为0.86×509.95/4=109.64m3/h，考虑每个机组配一个循环水泵（机组自带），单个泵的计算流量为109.64/2=54.9m3/h。

共用一个循环水泵，此时水泵流量按照最不利情况，取56m3/h。

循环水泵扬程包含机组（6.5m）水头损失、沿程和局部阻力损失、电动两通阀阻力损失（2.5m）、风机盘管阻力损失（5m）及循环水泵和相关管路对应阀门的阻力损失（5m）。系统总供回水管路长度为160m，平均比摩阻取200Pa/m。

循环水泵扬程= 6.5（机组）+（160）×1.5×200/9.8/1000+2.5（电动两通阀）+5（风盘末端阻力）+5（泵房内循环水泵对应的阀门）=24m

根据GB50189—2015《公共建筑节能设计标准》的要求，为了合理的选择水泵，降低水泵能耗，对水泵的耗电输冷（热）比满足要求。

循环水泵的耗电输冷比计算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/650.75=0.0075≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（28+0.02×300）/5=0.0262

循环水泵的耗电输热比计算如下：

ECR=0.003096∑（G.H/ηb）/∑Q=0.003096（56×24×2/0.85）/509.95=0.0096≤A（B+α∑/ΔT=0.003858（21+0.0024×300）/5=0.0209

经计算，循环水泵的耗电输冷（热）比均满足节能要求。水泵的计算流量和扬程为56m3/h，计算扬程为24m。

4  末端管路阀门设置

空气源热泵机组采用模块式机组，其内的模块单元的水系统即蒸发器与冷凝器的进、出水没有相应的隔断措施，不适用于变流量运行，因此空气源热泵系统属于定流量系统。末端需配置与定流量系统匹配的电动三通阀。但由于电动三通阀造价较高，使其实际使用中受到很大限制。

如何解决造价与实际应用矛盾的问题？笔者认为末端设置依然可以采用变流量系统中常用的电动两通阀，满足末端根据实际需要调整用户水流量的使用需求。与末端设置电动三通阀不同的是，需要在总供回水干管处设置自力式压差控制阀，使末端多余的流量通过压差控制阀旁通进入供水管，从而保证系统总流量恒定。

5  结束语

总之，空气源热泵作为冷热源主机的空调系统在设计过程中需要注意一些问题，比如主机选型考虑温度和融霜修正;循环水泵的选择考虑满足节能和实际使用需求;末端阀门匹配适应度问题等。做好暖通设计，是我们每个暖通人应尽的责任。

参考文献：

[1] GB 50736—2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] GB 50189—2015.公共建筑节能设计标准[S].