空气源热泵集中供热水系统分析

邱 伟

（山西省煤炭规划设计院（集团）有限公司，山西 太原 030000）

1 空气源热泵概述

空气源热泵供热水技术原理是从空气中吸收热量，使液态循环工质蒸发变成气态，经压缩机压缩后变成高温高压的蒸汽；高温高压的蒸汽流经冷凝器将从空气中吸取的热量和压缩机做工消耗的电能转化成热量传给冷水，使冷水的水温升高。空气能热泵为建筑提供热水，节能空间巨大，特别是学生宿舍、宾馆、医院等有集中热水需求的场所。从2012年，住建部和财政部启动了“公共建筑节能改造重点示范城市”建设工作，重庆、上海、深圳、福州、厦门、青岛等陆续被列为节能改造示范城市。随着节能改造工作的推进，空气源热泵系统热水技术在高校学生宿舍、宾馆及医院得到了快速推广。新建建筑中应用空气源热泵系统，一般由具备资质的设计院进行施工图设计，并由建筑主体施工单位一并负责施工，应用效果相对较好。针对既有建筑的节能改造，在设计安装方面有些亟待解决的问题。

2 建筑结合

2.1 建筑美观

空气源热泵系统在建筑中的安装位置主要考虑的因素是：荷载满足要求、通风良好、避免噪音影响、建筑美观。空气源热泵的安装位置一般有三种：放置在屋顶、放置在地面、放置在裙楼顶。

2.2 结构安全

建筑的主体结构或结构构件，应能够承受空气源热泵、水箱等传递的荷载。建筑安装系统时，需由建筑主体设计单位或具备相应资质的设计单位出具核载核算文件，满足荷载需求时，才能安装。凡外露的预埋件或连接件及钢结构、支架、边框、紧固件应按国家有关标准规范进行防腐处理。使用过程中应根据具体情况进行定期检查、定期防腐处理。

2.3 电气安全

对原供电系统容量、电缆截面、断路器限额值和整定值进行复核。如果不能满足需求，则应重新设计配电系统。金属穿线管、钢管、预埋件的金属部位及屋面其它金属构件应就近与屋面避雷带可靠连接，并应符合现行国家《建筑物防雷设计规范》GB50057的相关规定。从配电箱引出的配电线路应穿钢管，钢管的一端应与配电箱和PE线相连，另一端应与空气源热泵设备相连，并应就近与屋顶防雷装置相连。当钢管因连接设备而中间断开时应设跨越线。

3 供水要求

3.1 存在问题

笔者调研期间发现，建筑改造的空气源热水系统，存在比较多的问题是：冷、热水压力不平衡，水量忽大忽小；水量不充足，存在无热水洗澡的情况；水温不恒定，水温在40～50℃波动，如果只对热水量收费，洗澡的费用时高时低，用户意见较大。公共建筑热水项目改造之前，一般是采用家用电热水器、锅炉等供水方式，传统系统供热水方式的优点恰恰是流量稳定、水温稳定、水压恒定。所以，如果这些问题不解决，将给空气源热泵项目的进一步推广带来较大影响。

3.2 供水压力平衡

为了达到热水系统冷、热水供水压力平衡，需满足：保证用冷、热水供水压力差不宜大于0.02MPa；热水系统分区与冷水系统一致，冷热水管同程，水头损失要相近等要求。一般情况开式水箱供水是很难达到的，所以要求采用集中供水一般需采用循环加热式热泵机组。闭式系统采用变频供水设备，可更好地解决供水压力平衡问题。

3.3 水量充足

水量充足是指系统可供应充足的符合设计温度的水量。一般情况下，系统设计值都会根据用水量来设计空气源热泵容量和水箱的容积。出现水温不充足的一个很大原因是采用单水箱系统，水箱同时承担补水、加热、供水的功能，造成了供热水箱热水温差变化大。解决这个问题的做法是采用双水箱形式，一个水箱专门负责加热，达到设定的温度后输送到供热水箱。

4 控制系统

4.1 概述

需根据当地的气候条件，最冷月的平均温度来选择空气源热泵的类型，比如夏热冬冷地区宜选用低温型热泵，另外出于制热系统防冻控制考虑宜选用循环式热泵。双水箱系统（贮热水箱+供热水箱）（如图1）采用循环式空气源热泵机组的热水系统，将贮热与供热分开，可达到稳定供应生活热水的目的，可实现全日供热水和定时供热水场所。

图1 双水箱系统图

4.2 设计要点

1）空气源热泵机组制热量，根据国家现行标准《建筑给水排水设计规范（2009年版）》 （GB50015-2003）中规定的用水定额来确定日用水量，再根据冷热水温度、热泵机组工作时间（宜取12～15h）来计算。

2）水箱容积计算，贮热水箱容积，贮热水箱是一个定量加热的容器，将空气源热泵加热的，达到设计温度的水输送到恒温水箱，其容积由设计者根据建筑项目用户热水使用量以及季节不同来确定。

3）供水箱容积，全日供热水系统：根据设计小时耗热量持续时间内（高峰用水时段）的耗水量与热泵机组产水量的差值计算，安全系数取2.1～2.2。考虑经济性，可适当增大供热水箱容积，减少热泵机组总装机容量，降低设备投资。定时供热水系统：根据定时供应最大时段的全部热水量确定。

4.3 系统控制

1）贮热水箱加热控制，供热水箱水位低于80%时，D1、D2开启，D3、D4关闭，热泵循环泵运行，对贮热水箱进行加热。

2）热水转移控制，贮热水箱温度≥55℃时，热水提升泵运行，将热水转移至供热水箱中； （2）贮热水箱水位降至20%时，热水提升泵停止运行，并开启进水电磁阀补水。

3）供热水箱加热控制，供热水箱温度≤50℃时，D3、D4开启，D1、D2关闭，热泵循环泵运行，对供热水箱进行保温加热；供热水箱温度≥55℃时，D3、D4关闭，热泵循环泵停止运行。

4）回水控制，回水管温度≤35℃时，回水电磁阀和回水泵运行；回水管温度≥45℃时，回水电磁阀和回水泵停止运行。

5 结语

综上所述，空气源热泵技术在建筑中应用，具有较大的节能潜力。在应用的过程中，我们应该注意避免一些不必要的问题，让节能技术的应用深入人心，让空气源热泵在我国的应用得到更好的发展。