风冷模块热泵机组

风冷模块热泵机组（精选9篇）

风冷模块热泵机组 第1篇

通常风冷式模块机组安装在空旷的室外, 这样就拥有足够的新风来进行补充。然而, 在对整体设计进行考虑时, 又需将机组安装在室内, 只有保证足够的送风及排风空间, 设备运行才能稳定, 才能更好地满足工作需求。当安装空间受限不足时, 在运行过程中, 将会导致高温故障报警或设备停机, 无法满足工作需求。

本文将针对风冷式模块机组安装空间不足的现象, 探索其解决方案, 进行实地性的改造, 以保证设备运行稳定。

1 基本概念

风冷式模块机组 (图1) 是以空气为冷 (热) 介质, 作为冷 (热) 源兼用型的一体化中央空调设备, 可分为单冷型和热泵型, 其中热泵型风冷式模块机组集制冷、制热功能于一体, 既可供冷, 又可供热, 能实现夏季降温、冬季采暖, 一机多用。

风冷式模块机组集高效、低噪音、结构合理、操作简便、运行安全、安装维护方便等优点于一体, 能够满足电子、制药、生物、轻纺、化工、冶金、制药、电力、机械等行业的工艺性的空调系统的不同使用要求。另外, 机组布置灵活, 外形美观, 节省建筑空间, 调节方便, 可以单独停、开而不影响其他房间。

2 技术特点

风冷式模块机组作为一种兼用型的一体化中央空调设备, 能够满足各行业的工艺性的空调系统的不同使用要求, 其具有以下技术特点:

(1) 模块化设计:可根据用户需要进行多机自由组合。

(2) 高效节能:机组采用了高效的涡旋式压缩机和换热器, 对系统进行了最优化的匹配, 换热高效。多压缩机多回路设计具有多级能量可调能力, 同时可降低启动电流, 减少电力投资。单冷机组制冷能效比分别高达3.17和3.32, 达到国家节能产品标准。

(3) 安装方便:每个模块自带2根主水管, 两侧均可连接, 可方便地在现场与其他模块拼接, 且拼接时不需考虑主模块与子模块之分。

(4) 控制先进:单模块为大屏幕液晶显示线控器控制, 多模块为集中控制器控制, 多达8个模块可灵活拼接, 集中控制, 操作简单。

(5) 自由配接:机组可以配接不同形式的末端产品, 满足客户不同的需要。

(6) 运行噪音低:机组采用涡旋压缩机和低噪声风机, 运行噪声小。

(7) 运行安全:机组采用了多重保护功能, 确保了机器的使用寿命。

3 安装方式

风冷式模块机组采用模块化设计 (图2) , 可安装在室外, 也可安装在室内。安装在地面或合适屋面的室外时, 具有足够的通风量, 设备运行比较稳定, 能更好地满足工作需求。故一般情况下安装在室外, 使其具有足够的安装空间, 运行环境温度在15~46℃。

但是, 鉴于对厂房整理布局的考虑, 需安装在室内时, 则对室内的安装条件具有一定的要求:

(1) 机组安装在机房内, 地面要求平整, 具有足够的承重量。

(2) 机组间距必须保证具有足够风量通过盘管。

(3) 顶部安装排风风管引出室外, 以防止在机房内形成回流。

(4) 机房可设置进风百叶窗, 用于为机组提供良好的通风。

(5) 方便冷凝水的排放。

(6) 必须避免机组与房屋共振以及产生回音。

在室内的安装过程中, 为了防止冷凝器空气回流, 避免机组运行故障, 对其最小安装距离进行限制, 如图3所示。如果不能满足其间距, 机组通过盘管的空气就会受到限制, 或者导致排风回流, 机组的性能可能受到影响, 或者出现运行停机故障。

4 现场安装应用中存在的问题

在厂房的设计和规划建设中, 各项能源值计算的实际值和理论值存在一定量的偏差, 或者是出于对厂房外观的综合布局考虑, 在最终的建设过程中, 机组的安装空间不能达到设计安装所约束的最小空间尺寸, 导致通过盘管的空气受到限制, 发生排风回流现象, 形成高温故障报警。图4、图5为受空间限制的风冷式模块机组现场安装模式。

此种安装模式的实际安装空间和设计安装空间存在较大的差异, 导致由热泵机组排风口排放的冷却热都散在室内, 使该空间温度急剧上升, 同时形成排风回流, “V”型空气侧换热器吸入高温空气, 运行过程中, 压缩机过载、排气温度过高形成恶性循环, 最终导致设备故障报警和停机而无法工作, 尤其是在高温夏天, 这种情况更为严重。

5 改造方案

为了保证机组正常运行, 达到稳定的冷却效果, 其关键点是保持室内通风, 及时排除热空气, 引入室外新空气, 保证“V”型空气侧换热器吸入的新空气温度在15~46℃。针对这些情况, 我们可以进行如下技术改造:

(1) 在主机冷凝风扇口上加装导流风管, 将热空气引出排向室外。

通过导流风管将主机的排风直接引至室外。在加装导流风管的过程中, 对于风管及弯头的选择十分重要, 它将直接影响排风气流的输送效果。风管可分为圆形风管、矩形风管、扁圆风管等多种, 其中圆形风管要想达到阻力最小的高度, 其尺寸最大, 制作复杂, 所以在改造过程中以矩形风管为主。风机排风管口的面积应与风机出口面积保持相同, 且保证至少1 000 mm直管段, 以防止排风回流。风机出口与风管连接时应采用柔性接头, 以避免传递振动。在不锈钢风管咬口缝、铆钉缝、法兰翻边四角等缝隙处涂上密封胶 (如中性玻璃胶) , 防止空气输送过程中发生泄漏。涂密封胶前应清除表面尘土和油污。

在选择风管弯头时, 不能随便弯, 弯头无导流叶片时, 其弯曲半径R最小不得小于1/2W (W为风管的宽度) , 一般以1W为宜。风管弯头半径按风管宽度计算, 也就是弯头的长边半径为宽度的1.5倍, 短边半径为宽度的1/2。设计风管系统时, 弯头与弯头之间、弯头与出风口之间的距离不能过小。过小则涡流严重, 气流分布不均, 出风口排风达不到设计的送风量。通常出口设在一个弯头之后时, 由弯头至出风口的距离应为:普通弯头不带导流叶片时, L≥8W;普通弯头带导流叶片时, L=4~8W。图6、图7为添加排风管后的前后对比, 图8为排风管的设计。

通过加装导流风管, 将原来排放在室内的热空气引出到室外, 进风百叶窗又为“V”型空气侧换热器提供了新鲜空气, 大大降低了机组的运行负荷, 减少了故障报警和设备停机次数, 保证正常的工作需求。

(2) 在“V”型空气侧换热器处增加自来水雾化喷头, 进行表面雾化冷却喷淋。

在高温的夏季, 外界环境温度可能会高出机组运行所需要的环境温度, 即使通过排风管将热空气排除室外, 但是“V”型空气侧换热器通过百叶窗吸入的空气温度依然很高, 同样会造成负荷报警或者制冷能效降低。为有效地解决这种现象, 通过在每个模块的“V”型空气侧换热器增设2个雾化冷却喷淋装置, 将自来水加压后形成雾化, 喷淋到换热器表面, 进行冷热交换, 对其进行表面降温, 使其吸入的高温空气经过热交换后保证在正常的温度范围。有效防止因吸入空气温度过高而发生故障报警或停机, 保证正常工作需求。图9、图10为添加雾化喷头的前后对比。

6 结语

风冷模块热泵机组 第2篇

风冷式冷水机组主要由压缩机、套管式蒸发器、翅片式冷凝换热器、节流膨胀阀、辅助设备、贮液罐、轴流风扇、电控和保护系统、管道泵等组成，外形见图5--30，

5---30

风冷式冷水机组适用于中小型空调系统，

机组结构紧凑，体积小，重量轻，不占用建筑物内部面积。

机组安装在阳台、屋顶、地面均可，但必须有良好的通风环境，机组尽量避免阳光直射。

风冷式冷水机组有单冷型和热泵型〔冷暖型)，一般单冷型机组工作较为稳定，机组内工艺流程见图5--31。

5--31

热泵型机组内增加四通转向阀和单向阀。

风冷式冷水机组可节省投资，即可省去水冷却系统所投资的设备和运行费用，而是采用风扇进行强制空气对流来冷却冷凝器制冷剂冷凝散出的热量。

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风冷式冷水机组冷凝器喷雾节能分析 第3篇

关键词：风冷式冷水机组；冷凝器；喷雾节能

1技术研发背景

我们在中央空调所使用的冷水机组按照冷却方式可以分为水冷、风冷、直接蒸发式。由蒸气压缩式制冷循环的理论知道，降低冷凝温度可以提高制冷系数，对节能有非常重要的意义。水冷式机组使用水冷冷凝器，由于冷却水温度较低，机组可以得到比较低的冷凝温度，机组的COP较高，对制冷系统的制冷能力和运行经济性均有利。但是水冷式机组需要室内专用机房和循环冷却水，运行管理费用也高。

风冷式机组的冷凝器采用空冷冷凝器，机组使用方便，大大节约用水，机组放在建筑物顶层或者室外平台即可工作。也节省了冷却水系统的投资，节省了建筑物内的有用空间。但是，风冷式机组由于空气的比热容小，传热性能差，它的表面传热系数只有水的1/50~1/100，在夏季，当室外气温较高，机组冷凝温度高，制冷量会下降，耗功量增加。机组的COP较低。蒸发冷却式机组的冷凝器是蒸发式冷凝器，其特点是利用水的蒸发带走气态制冷剂在冷凝器中放出的热量，所以机组的COP大于风冷式。

我所做的这个工程案例，是一家电子产品制造工厂，其空调系统的冷冻站是10台风冷式冷水机，每台200冷吨，并排放置于室外钢结构平台上。已经运行5年左右，耗电量大。我们参观了机组的情况发现，由于机组放置于室外，有较多灰尘，并由于运行年数原因，翅片已经有较多片腐蚀或损毁。业主想对其进行节能改造，如果改成水冷式冷冻机组，将投资太大，后来考虑在现有的基础上设计方案，提高风冷式冷水机组的制冷效率。在进行技术分析和评估后，决定对机组的风冷冷凝器增加喷雾系统，利用雾状的水珠喷在冷凝器翅片上，利用水的蒸发降低翅片的温度，也就是增加冷凝器的传热系数，利用风冷和蒸发双重效果来带走气态制冷剂在冷凝器中放出的热量，还能对翅片有清洗作用。

2试验原理

空调喷雾节能技术是在室外机(冷凝器)进风侧安装自动水喷雾装置，水雾的蒸发会带走大量的热量，因此降低了室外机进风侧空气温度，增强了热交换能力，使进冷凝器铜管内的制冷剂蒸汽加速转化为液体，达到节能的效果。

空调喷雾节能装置使用的喷雾头能生成几千分之一滴的小水雾，这样一滴水的接触面积

就能增加数十倍，蒸发速度加快，因而雾化后的一滴水比雾化前的热交换能力增加数十倍。

冷凝器进风侧20%~30%的水雾在空气中快速蒸发成水蒸汽，可使周围空气温度下降1~5℃，特别是在夏季温度较高的环境下，降温效果更加明显。此外，剩余70％～80％的水雾在风扇的作用下被吸入冷凝器时，首先遇到高温的铝翅片，迅速蒸发并将部分热最带走，促使铜管内气体制冷剂加速液化，减轻管道内压力，减少压缩机运行电流，冷却效果明显提高。

3空调喷雾节能系统组成

调喷雾节能系统由喷雾装置、进水装置、管路、水阀、供电装置组成，

喷雾装置由喷雾控制器、温度感应器、电磁阀、喷雾头、喷雾管路和水阀组成。喷雾控

制器能够获得空调压缩机的工作信号，并根据温度感应器的参数进行复合控制，使喷雾在冷

凝器温度为45℃时开始，40℃时停止，以便增强效果并提高水利用率(喷雾控制器还可根据冷凝压力设置喷雾开启条件，实施降温)。电磁阀根据喷雾控制器指令对每路进入喷雾头的供水进行控制。

进水控制装置由进水控制器、水泵、储水罐、水处理器、压力感应器、进水管路和水阀

組成。系统还配备了独立供电装置，以保证整个节能系统的独立性，减少对原空调

系统的依赖及造成的不良影响，避免发生故障时与空凋设备厂商的纠纷。

4试验方法和步骤

在考虑此水喷雾系统，首先有这以下几个问题要注意：

（1）水是否要回收

工程在深圳，由于机组放置于室外，并靠近交通繁忙的主要干道，灰尘量大。在以前的运行中，冷凝器翅片通常为灰尘所覆盖，这也是机组效率低的一个因素。由于灰尘原因，喷淋后的水将成污水，如果要回收利用，必须还要增加过滤系统和回收用的管道和水泵，增加初投资和运行投资。考虑到成本问题，我们设计为不必回收，并控制用水量，用最低的水量来达到好的效果。

（2）水量的选择和如何做到控制水量

为了控制水量，就必不可以用喷淋的方法。我设计为将水细化，出水成细小的水珠，达到雾状，但不是真正的雾。提高效果和保证冷凝器各处喷水量平均，我们找到类似高压喷雾的喷嘴，选择空心锥形喷雾效果的喷嘴。选择锥形的原因是考虑到水在喷到翅片上后喷溅和自行流动，水可以覆盖到中间的面积。单个喷嘴在压力保持在1bar时，距离平面200mm喷到平面上可以覆盖直径650mm,出水量为0.23l/min.

(3)对于水质的要求

如果直接用自来水，运行一段时间后，可能在翅片上结垢，反而降低效率。所以我们需要选择用软水。设立了一个一套软水系统和软水储水箱，供应软水。喷嘴是高压喷雾喷嘴，出水口直径非常小，所以，一定要用干净的水才能使喷嘴不堵塞。软水需要做过滤，我们选用了棉质水过滤器。另外考虑情节性，在过滤器后的管道材料，选择了UPVC管。在安装UPVC管道的时候，考虑其暴露室外的热膨胀，管道要做弯头承受热膨胀，另外管道吊码或托架布置相对密一些。

（4）喷水压力

为了保证出水量和喷雾效果，必须控制出水压力在设定的压力。我们在使用了定压水泵系统。用水压力设定来控制水泵的启停，用密闭储水罐来使水压保证一个定值。

（5）自动控制

这套系统特别针对夏季室外空气温度高的时候，冬季可以不用进行喷雾。在机组附近设置温度传感器，监控室外温度。设定低于20度时，停止运行喷雾系统。设立连锁控制，哪台冷凝器运行，对哪台冷凝器实行喷水雾。以控制水量，不造成不必要的浪费。将供水支管按照冷凝器台数对应设置，每个供水支管上安装电磁阀，进行连锁控制。

（7）排水

由于机组是放置在钢结构平台上，所以有条件对喷雾系统进行接水。在机组下方做一个PVC制作的水盘，将流下的水接住，统一排到雨水管道中。

5投资和运行效果

这套系统并不改造原有冷冻水系统本身，也对原有设备没有任何改造，仅从机组控制柜接出弱电信号，来进行连锁。新增的软水喷雾系统，系统简单，造价低。

在安装完成后，进行实际系统运行监测。系统完成是在夏季，我们跟踪每日11：00到14：00的机组运行耗电数据，数日后取平均数值与改造前的机组同样室外条件和时间段的平均耗电数据相比较，运行节能13%。

6结束语

风冷模块热泵机组 第4篇

湖州市第三人民医院新建的手术室采用了模块式风冷热泵机组, 在节能降耗等方面取得了较好效果。

一、模块式机组与其他类型机组的对比

(一) 模块式机组

模块式风冷热泵机组区别于一般机组的地方就在于“模块”二字:由于它采用模块化设计结构, 使机组以标准的模块单元形式运行;每个模块单元重量轻、体积小、便于安装;模块机组机身一般安装于屋面, 这就节省了机房的空间;机组所有部件都集中在小小的模块中, 不需要冷却塔冷却水泵, 可以大大节省建设投资;每个模块之间相互独立, 互为备用, 因此在任何一个模块发生故障后其他模块还能继续运行, 不影响机组的制冷、制热效果;在先进的电脑控制下, 模块机组能合理地启、停压缩机, 达到较好的制冷、制热效果, 避免浪费能源, 而且自动化程度高, 不需要配备专人管理;模块根据手术室的使用量变频逐级运转, 有利于节能降耗;模块机组可以进行远程控制, 在控制板上进行简单的操作就能控制机组, 当出现故障时也能及时地显示在屏幕上;模块机组分级启动, 不会造成电流的突然增加, 从而减轻了对电网的冲击。

(二) 其他类型机组

其他类型机组中, 在洁净手术室运用较多的是吸收式、压缩式机组, 例如螺杆机、溴化锂机组和风冷热泵的单机组等。此类机组一般机体比较大, 有的需要安装在机房, 同时需要配备独立冷却系统, 还需要配备专人进行操作以使其保持良好的运行状态。因此, 应用在手术室中的该类型空调机组投资大、运行成本高、系统维护复杂。

二、模块式机组在洁净手术室中的应用

湖州市第三人民医院利用整体迁建的契机建设了1500m2的手术区, 设有各净化级别手术室5间, 其中Ⅲ级手术室1间, Ⅱ级手术室3间, Ⅰ级手术室1间。手术室内温度为24℃±1℃, 相对湿度为50%~60%。通过设计计算, 手术部空调夏季冷负荷205k W, 冬季热负荷143k W, 过渡季节冷负荷155k W。

(一) 机组选型

在设计阶段, 考虑到医院整体搬迁后, 手术数量会受到患者来源的局限性, 短期内手术量不会很大, 如果单纯按照手术室的冷热负荷选取二组螺杆式风冷热泵机组 (一用一备) , 势必会造成机组运行费用增加。

所以, 在机组选型前, 我们通过论证分析, 确定采用风冷模块机组作为冷热源, 水系统为二管制, 风系统采用洁净空调箱。空调系统采用新风集中处理、各个手术室单独循环系统送风的方案, 各手术室空调自成系统, 新风集中控制有利于手术室的正压要求。这样的方案既减少了前期成本的投入, 又降低了后期的维修保养费用。

模块式风冷机组由12个模块组成, 以一用一备的形式分为2组, 每组6个模块, 每个模块的额定制冷量为254k W, 额定制热量为200k W (带电辅热) , 模块机组安装于屋面。

(二) 应用效果

1.高效、节能

机组采用高效涡旋式压缩, 模块化的结构分级启动运行, 根据需要的冷热负荷自动调配, 按照所需负荷启动相应数量的模块。

医院自2014年投入使用至今, 与其他类型的机组相比, 模块机组的能耗有很大降低, 节电效率达到30%。

2.运行可靠

经过近两年的运行, 在恶劣的气候条件下, 机组均可正常运行。机组本身带有高低压保护、制冷防冻保护、冬季防冻保护、压缩机过载保护和水压差开关, 确保机组运行安全。

3.操作、管理简单

机组采用人性化的微电脑控制系统, 每组模块只需要一个控制器就可控制各个机组, 动态监控机组的运行, 且可以集中控制, 控制功能齐全。

机组的日常操作、巡视管理工作都很简单, 每天定时巡视检查即可。当其中一个模块发生故障时, 其他模块仍可正常运行, 避免造成手术室温湿度的失控。

三、结束语

模块式风冷热泵机组非常适合作为医院洁净手术部的冷热源, 它能连续不断地为手术室提供稳定的冷热量, 不必担心机组出现问题后导致手术室的温湿度失控。尤其是手术室不多、手术室使用量少的情况下, 更能体现出它的节能优势, 因此, 它更加适用于手术规模不大的市、县级医院。

参考文献

[1]陈骏, 王小荣.洁净手术室空调系统的特点、设计及安装[J].中国医院建筑与装备, 2013, 14 (5) .

风冷模块热泵机组 第5篇

中央空调领域中的风冷热泵机组, 近年来在我国的长江流域、西南、华南地区有大量应用, 它能提供制冷和制热以适应不同建筑物的使用要求, 一机冬夏两用, 具有设备利用率高的特点;夏季制冷时采用空气侧换热器, 无需安装冷却塔及冷却水系统, 冬季制热运行省去锅炉及锅炉房投资, 结构紧凑且整体性好, 可放置在屋顶, 安装方便, 不占用建筑物的室内空间;同时热泵能有效节省能源、减少大气污染和CO2排放, 对于节水、节能和环保等都具有重要的意义。因此, 风冷、热泵作为一种比较成熟的高效环保型供冷供热产品, 近年来在我国得到了广泛的应用。风冷热泵机组使用过程中, 当室外翅片换热器表面温度低于空气露点温度时, 空气中的水蒸气就会在翅片上凝结, 若此温度低于0℃时, 翅片换热器表面就会结霜, 所以, 风冷热泵机组又面临了如何合理除霜、如何控制除霜彻底、如何尽量减小除霜对制热系统冲击等相关问题。

1 风冷热泵机组基本原理

风冷热泵机组的制热原理, 即气态制冷剂冷凝放热;在制冷循环中, 冷凝器进行的冷凝过程是一个放热过程, 蒸发器内进行的蒸发是一个吸热过程;如果将室内侧的蒸发器改作冷凝器, 而将室外侧的冷凝器改作蒸发器, 空调机就从制冷状态转变为制热状态, 而热泵型空调机就是根据这个原理设计的;空调机制冷系统中, 加1个电磁四通换向阀, 以切换高低压制冷剂在管道中的流向, 使空调器既能制冷, 又能制热;风冷热泵机组基本流程原理图如图1、图2所示。

2 结霜问题与除霜方式现状

风冷热泵机组冬季制热运行时, 室外翅片管换热器作蒸发器, 当翅片管表面温度低于0℃且低于大气露点温度时, 室外换热器表面即要结霜, 在大气温度较低而相对湿度较大的情况下这种现象尤为严重。当翅片管表面的霜层达到一定厚度时, 将对风冷热泵机组的运行产生不利影响:一方面霜层增加了从大气向室外换热器的传热热阻, 更为严重的是由于霜层的增厚, 使风侧阻力增加, 空气流量减少, 室外机换热量降低。对1台气一气式热泵的实验表明, 当室外换热器空气流量由无霜时的74 m/min降到20 m/min (即下降75%) 时, 空气侧换热量下降20%。当霜层增长到一定厚度时, 风机电流也迅速上升, 风机性能衰减, 导致机组系统保护。为此, 当室外机换热器霜层发展到一定程度时必须除霜。

风冷热泵机组采用较多的除霜方式为反循环除霜, 除霜时四通换向阀动作, 蒸发器与冷凝器功能对调, 室外换热器作为冷凝器, 室内换热器作为蒸发器, 用压缩机排气除霜。除霜时机组停止向供热对象供热, 仍要维持循环风的流动, 循环风通过蒸发器, 气温下降的幅度较大, 对舒适性影响较大, 机组的供热COP同时下降。因此, 如何缩短除霜时间和采用合理的除霜控制技术是提高和保证风冷热泵机组性能和正常运行所必须研究的课题。

目前, 为提高风冷热泵机组结霜工况下的工作性能, 为此对除霜性能进行改进, 常从以下3方面进行工作: (1) 改进风侧换热器结构与表面处理; (2) 缩短除霜时间以及减少除霜对系统的冲击; (3) 采用智能除霜控制方式, 使除霜控制能适应不同地区及不同条件的变化。

3 除霜控制现状分析

目前, 市场上风冷热泵机组除霜硬件大部分是集成在单片机主板上, 主要除霜原理是依据NTC温度传感器对盘管翅片上的温度进行检测, 如果温度滿足除霜条件, 则计时器开始累计, 在计时器累计置位后开始除霜工作, 当温度恢复正常则自动退出除霜。

针对目前整个除霜装置以及控制技术, 存在以下问题与缺点:控制过程简单粗糙, 除霜温度控制精度低 (±2℃) , 不利于整机四季持久稳定运行, 同时除霜不能充分考虑到空调机组处于除霜时的系统状态 (滴水时间) 和参数, 不能够充分地对机组进行彻底的除霜。

4 除霜控制装置的改进

针对上述问题, 我们通过对大部分风冷热泵机组控制器的分析和研究, 设计出了一种改进的专用除霜控制器, 它能够在机组安装独立便捷、且控制温度精度高 (±0.5℃) 、除霜逻辑过程详细周全;其工作原理图如图3所示。

除霜控制器硬件电路部分包括:滤波器、信号采集电路 (A/D) 、运算放大器、微电脑处理器 (MCU) 、不易失性电存储器 (EEPROM) 、数字显示器及相应的控制单元电路, 其中显示器采用4位LED数码管, 10 bit模数转换 (A/D) 。

其基本工作原理:待测信号经衰减、低通滤波和运算放大处理后, 通过高速高精度A/D模数转换变成数字信号再对其进行分段式三角函数算法将温度的非线性信号进行修正并输入MCU, 再由LED数码管显示, 参数设置存储在不易失性存储器内, 掉电不丢失。

5 除霜控制逻辑

通过改进后的除霜控制器, 可选择2种自动除霜模式 (0-1和0-2模式) , 通过对化霜周期中化霜延迟时间、滴水时间以及制热延迟时间3项重要可设置参数的优化, 实现冷凝风机、四通阀、压缩机3大件的动作稳态切换。

5.1 2种自动除霜工作模式

除霜工作过程参考图4和图5, 图中备注补充如下:

(1) 备注 (1) :若上电后控制器检测有故障, 仅能执行手动模式;

(2) 备注 (2) :0-2模式下需除霜的可能性由翅片表面温度变化的3种坡度决定, 如图6所示。

压缩机累积运转时符合以下条件时, 0-2化霜模式将被激活。

(1) 从参考点温度0℃开始计时, 压缩机累积运转0.5～1 h。T环境-8℃且持续3 min且压缩机运转 (B1是高电平) 。

(2) 从参考点温度0℃开始计时, 压缩机累积运转1～2 h。T环境-4.0℃且持续3 min且压缩机 (B1是高电平) 运转。

(3) 从参考点温度0℃开始计时, 压缩机累积运转超过2 h。T环境-2.0℃且持续3 min且压缩机运转 (B1是高电平) 。

5.2 手动模式

在除霜控制器得电情况下, 不论传感器是否开/短路、压缩机是否运行 (有无B1反馈) 、温度值多少, 经过功能键的操作可以强制执行除霜, 过程同自动判断逻辑一致。

5.3 多功能体现形式

除霜控制器时刻反馈除霜过程中的各种信息:

(1) 温度数字显示;

(2) 代码及信号灯同步显示温度传感器故障;

(3) 信号灯显示压缩机、四通阀和冷凝风机3大器件运行状态。

外观图与其控制接线示意图, 如下图7所示:

6 结语

本文介绍了一种改进后的除霜装置以及除霜控制逻辑方法, 针对机组的单个系统 (包括压缩机、冷凝风机、除霜控制器) 进行除霜控制运行, 通过除霜温度传感器检测判断, 同各个相关除霜参数设定相比较进行逻辑控制, 为机组的除霜效果更彻底和保证机组系统的正常运行, 增加除霜延时、制热延时、滴水延时几个参数设定可确保机组除霜过程的运行, 该装置和控制方法可广泛应用于风冷热泵机组中。

参考文献

[1]郭庆堂.实用制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社, 1994

[2]蒋能照.空调用热泵技术及应用.北京:机械工业出版社, 1997

[3]高春英.风冷热泵机组冬季的除霜控制.大众用电, 2000 (5) :16～17

风冷模块热泵机组 第6篇

地源热泵空调系统的技术经过国内多年的发展, 在2009年达到最高峰, 地源项目越来越大, 从事地源热泵行业的人员越来越多。国家早在2005年就出台了中华人民共和国国家标准GB50366-2005地源热泵技术规程, 2009年又进行了改版和补充。本文列举某工程方案选取, 通过初投资和运行费用比较, 让大家对地源热泵系统特点进一步认识。

1工程概况

该项目就位于某省某市, 中央会所 (包含文化中心、健身中心、生活服务中心) 建筑总面积约为13000m2, 生活用热水量统计量见附表1。

统计得出, 淋浴日用水量约为7000L, 水池日用热水量约为33m3, 泳池容积为421m3。

2设计参数

(1) 夏季空调计算干球温度34.6℃, (2) 夏季空调通风计算温度32℃, (3) 冬季空调计算干球温度-3℃, (4) 冬季空调计算湿球温度-5℃, (5) 最大冻土厚度8CM, (6) 夏季室内设计温度24~28℃, (7) 冬季室内设计温度18~22℃, (8) 游泳池容积:421m3, 面积为312m2, 池水温度26~28℃, 设定平均温度27℃, 室温28℃, (9) 淋浴等日用热水量和温度:7000升 (50℃) , (10) 洗浴中心水池总日用热水量和温度:33m3, 40℃。

3设计负荷

3.1建筑负荷

该项目采用指标法冷负荷120w/m2的指标, 热指标80w/m2进行计算。建筑总冷热负荷见附表2。

3.2生活热水负荷

(1) 泳池用水负荷:

1) 一次性冲击负荷 (初次充水或换水)

以冬季的工况计算, 自来水温度取最低值:6℃;换水周期24-48小时, 本项目取24小时 (即使用或换水时提前一天开启机组进行加热) 。则:Ph=1.15×V× (t2-t1) ×1000/ (860×40) =1.15×421× (28-6) ×1000/860×24=511.05kw。

2) 日经常负荷:

弥补散热损失负荷:当池水水温为27℃, 室温为28℃时, 查手册表1得每平方米的池水散热量为372W/m2;小时散热负荷Ph1=312.5×372/1000=116k W;日散热负荷为Qh1=116×24=2784k W。

3) 补水补热负荷:以每日补水量为5%的池容积计, 冬季工况冷水温度为6℃时, 小时补水补热负荷Ph2=[V×B×1000/24× (t2-t1) /860×0.95]=421×0.05×1000× (28-6) / (24×860×0.95) =23.62k W, 日补水补热负荷Qh2=Ph2×24=23.62×24=567kw

该游泳池日使用热负荷为:∑Qh1=Qh1+Qh2=2784+567=3351k W。

(2) 洗浴中心用热水负荷:

1) 淋浴等用水量及日用热负荷Qh3:淋浴日用热水量7000升/日 (50℃) , 设小时最大流量为1/3的日用热水量 (每场次用水量) , Wh=V/3=7000/3=2333升小时。日用热负荷Qh3=V× (50-6) / (860×0.95) =7000×44/817=377kw;

2) 洗浴中心用热水负荷Qh4:日用水量33000升/日 (40℃) , 初始水温设定为最低温度6℃, 一日换水一次:日用热负荷Qh4=V× (40-6) / (860×0.95) =33000×34/817=1373kw;

3) 该洗浴中心日使用热负荷为:∑Qh2=Qh3+Qh4=377+1373=1750kw。

(3) 本项目总日用热水负荷为:∑Qh=∑Qh1+∑Qh2=3351+1750=5101k W, 按8小时加热, 平均每小时负荷:5101/8=637.6kw。

(4) 水箱选取:选取10m3水箱一个用于泳池水温平衡和洗浴中心与更衣室淋浴设施, 选取20m3水箱一个用于洗浴中心水池用水。

4方案配备

4.1地源热泵系统

(1) 地埋管换热量选取 (项目的热响应测试结果见附表3)

根据本项目的测试报告选取单UDe32, 夏季排热量取52w/m, 冬季取热量取42w/m。埋管深度100m, 孔径150mm, 孔间距暂按4m进行计算。

(2) 地埋管个数:

夏季总冷负荷:1560kw。

冬季总热负荷:1677.6kw。

地源热泵机组夏季性能系数为:6.4, 冬季性能系数为:5.1。

最大释热量:Q1=夏季总冷负荷× (1+1/6.4) =1560×1.156=1803kw。

最大吸热量:Q2=冬季总热负荷× (1-1/5.1) =1677.6×0.8=1342kw。

按夏季最大释热量计算钻孔个数:1803×1000/100×52=346个。

按冬季最大释热量计算钻孔个数:1342×1000/100×42=320个。

以满足最大钻孔个数, 按夏季钻孔个数进行布孔, 本项目钻孔个数需要346个。

4.2风冷热泵系统

(1) 机组选型 (见附表6)

主机选用螺杆式风冷热泵机组, 全热回收型机组, 机组冬季辅助加热装置, 单独辅助加热功率2kw。

(2) 水泵选型 (见附表7)

5初投资比较 (地源热泵系统与风冷热泵系统比较见附表8)

6运行费用比较 (地源热泵系统与风冷热泵系统见附表9)

由上表可以看出, 平均一年每平方约23.8元 (含热水) , 使用地源热泵跟风冷热泵每年的运行费节约为16万元。地源热泵的初投资比风冷热泵高出90万元。如果使用地源热泵的话:90÷16=5.6年, 大约5.6年就能把多投资的部分节省下来, 往后使用就能比风冷系统节省16多万元。 (每天使用时间越长越节省费用, 如果全天候使用空调的话, 不到两年即可把多投入的收回。)

7优缺点的比较

7.1地源热泵

优点: (1) 由于地源热泵是以土壤作为换热介质, 换热效果优良, 且供暖无需化霜处理, 不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。所以运行使用效果极佳。 (2) 主机体积小, 不用考虑排气顺畅等问题, 主机安装有利于环境美观设计。 (3) 不论制冷制热能效比都高于其它空调, 且系统运行稳定, 不随室温变化而变化, 比风冷热泵节能30%以上。

缺点: (1) 受建筑物周边场地与土壤情况因素制约。 (2) 初投资成本相对较高。

7.2风冷热泵

优点: (1) 利用屋顶空地放置风冷热泵机组, 既减少了土地使用。 (2) 技术成熟, 维护简单, 造价相对地源热泵便宜。

缺点: (1) 风冷热泵会因环境温度变化, 制热或制冷的效率及能力均不同不够稳定。如冬季气温寒冷需要增加电辅热功能, 运行成本增加, 有热导污染, 不利于环保。 (2) 屋顶设置机组的话需要考虑楼层的承重, 土建投资相对增加。

8结语

通过分析比较, 风冷机组和地源热泵机组在夏季运行时都可以通过热回收功能免费制取在50℃左右的生活热水, 运行季节时机组免费制取生活热水, 冬季采暖季节及过度季节时, 打到供热状态, 但是由于地源热泵的能效比高于风冷热泵, 加上地源热泵的运行费用远低于风冷热泵 (在极端天气下风冷热泵制取热水还需开启电辅助加热, 更增加风冷热泵的运行费用) , 所以显而易见:在相同天气条件下制取相同温度和体积的热水, 地源热泵的费用将远远低于风冷热泵。

摘要：随着越来越多的地源热泵系统不断推广, 地源热泵系统应用广泛, 本文通过某一个项目的分别采用地源热泵系统和风冷热泵的方案进行了初投资和运行费用比较, 让人们对地源热泵的环保节能进一步认识加深。

关键词：地源热泵,风冷热泵,节能,环保,热回收

参考文献

[1]GB 50366-2005.地源热泵系统工程技术规范[S].

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[K].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]GB 50019-2003.采暧通风与空气调节设计规范[S].

风冷式柴油发电机组降噪研究 第7篇

关键词：风冷,发电机组,静音箱体,噪声控制,静音消声器

0 引言

风冷式柴油发电机组以其良好的低温启动性能及适应性得到快速发展,柴油发电机组作为应急备用电源在通信、医疗及军用产品中得到广泛应用,尤其在军用中对柴油发电机组的高低温性能及噪音有很高要求。风冷式机组除自身的冷却风扇外还需要根据机组整体散热要求选择安装合适风量的轴流式冷却风扇,风扇本身及机组静音箱通风口会产生较高的噪音。大功率机组冷却方式基本都采用水冷式,对小功率且外形尺寸有严格限定的机组,风冷式发动机小巧的体积就显示出优势,在风冷式发电机组降噪研究方面,康明斯、沃尔沃等国际领先品牌风冷机组噪声值也相对较高,军用产品与德国Fischer Panda、日本Kubota等公司更有很大差距[1],因此更全面的对风冷式柴油发电机组进行降噪研究,提升国产风冷式柴油发电机组整体性能具有很好的现实意义。

1 风冷式柴油发电机组噪声分析及降噪措施

1.1 噪声源分析

柴油发电机组主要由柴油发动机、发电机及控制系统组成,不加任何降噪措施时,发动机噪声声压等级1m处一般在90d B~120d B[2],必须对其进行全局噪声控制,静音机箱是降低机组噪声的有效技术手段。风冷式柴油发电机组的噪声主要分为以下五类。

1)内燃机排烟噪声是一种高温、高速的脉动性气流噪声,该噪声成分复杂,频率带宽,并包含大量热能,是机组噪声控制的重点与难点。

2)排气噪声指静音箱体出风口处噪声,包括排风噪声、气流噪声和风扇噪声等。因静音机箱普遍采用强制排风方式,使得噪声向箱体外传播,该处噪声源较多,各处噪声频率分布不同,噪声声级较高。

3)进气噪声泛指静音箱体进气处噪声,包括发动机的进气噪声和静音箱体通风口处进气噪声,与进气管的长度、空气过滤器及静音箱体开口形式有关。

4)燃烧噪声指发动机在工作状态下通过缸体表面辐射的噪声。燃烧噪声的峰值仅与转速、缸数、冲程及制造精度有关[3]。

5)机械噪声是机组工作时振动产生的噪声,大部分机组虽有减振措施,但不可避免会造成静音机箱内部共振,产生低频噪声。

1.2 主要降噪技术措施

对发电机组进行噪声控制,首先要减小各声源处噪声,而后再对机组全局进行噪声综合控制,根据各处噪声不同的产生机理,主要有以下四种与之相适应的降噪措施。

1)消声措施

机组排气采用消声器,根据发动机排烟噪声特性, 消声器有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合型消声器,通过排烟通道及扩张室的合理设计,可以达到良好的降噪效果。

2)隔声措施

对于静音及超静音发电机组,发动机的噪声是最主要的噪声源,采用各类隔声材料来隔离噪音是最有效的技术手段。材料隔声效果随隔声材料面密度的增大而越来越好,在实际设计中要根据隔声量选用合适的隔声材料及设计厚度。

3)吸声措施

除隔声材料的使用外,对传到静音箱体内壁的噪声要利用吸声材料作为内衬来吸收入射到其上的声波能量,从而减弱反射声波能量,降低机组噪声。常采用吸声材料有玻璃棉、聚氨酯泡沬塑料和岩棉板等。这些材料为多孔性吸声材料,当声波入射到材料表面,引起材料空腔中空气和微小纤维的振动,内摩擦和粘滞阻力使一部分声能转化为热能[4],提高了中、低频声波的吸声效果。

4)减振措施

发动机与发电机的工作会使发电机组产生振动,由此引发的机械振动不仅产生噪声,而且降低了机组的使用性能,必须采用减震器或隔振器对机组做减振处理[5,6]。设计时要考虑机组振动频率与减振器振动频率,使固有频率隔开,避免共振。

2 静音箱体降噪计算

2.1 隔声计算

静音箱体可以有效阻断机组噪声向外传播,降低发电机组噪声。隔声材料的使用可以让箱体内部声波的传播方向发生改变,经过一系列反射、折射过程使穿透隔声材料的声波能量减弱[7],降低穿过隔声体的噪声。隔声量与隔声材料的面密度、中心频率有关。

单层隔声材料的隔声量计算公式:

式中,m为板的面密度(kg/m2);

f为声波激发频率(Hz)。

隔音材料面密度越大,越难被激发振动,噪音也就越难穿过隔音材料,因此设计时在允许范围内尽可能选择面密度更大的隔音材料,机组箱体隔音效果也就越优异。而柴油发电机组的噪声源复杂,声波的激发频率很难精准确定,因此常选用经验公式确定隔音量:

式中, m为板的面密度(kg/m2)。

2.2 吸声计算

静音及超静音柴油发电机组静音箱体隔音与吸音材料复合使用,箱体内部声波经隔音层反射回箱体,声波产生叠加,声级与声压变强,需要内衬吸音材料吸收反射声波能量,声波遇到吸音材料时激发材料内部振动, 声波能量转化为材料内部机械能及热能,声波能量下降噪音也随之降低,根据材料属性不同,吸音能力也不同,吸音量计算公式:

式中,a1为吸音材料前表面吸音系数;

a2为吸音材料后表面吸音系数。

2.3 排烟消声器降噪计算

发动机排烟噪声是机组最大的噪声源,而且伴随着大量的热能,必须在排烟消声器的设计环节上力求降低排烟噪音。消声器主要有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合型消声器,根据机组的功率、背压及噪声频率特性等因素设计合适类型的消声器。

阻性消声器消声量:

式中, a为平均吸声系数;

P为内衬吸声材料后截面有效周长,(m);

L为消声器有效长度(m);

S为内衬吸声材料后消声通道有效截面积(m2)。

抗性消声器消声量:

式中, n为扩张比;

kl为扩张腔有效长度(m);

2.4 减振计算

柴油发动机工作时气缸内部点燃力使曲轴等运动件回转产生偏心,发动机产生振动,机械振动不但产生噪音,而且降低机组工作的稳定性,必须设计合理的减振方案。

将机组减振模型等效为悬置橡胶标准模型[8],频率比为:

式中,fF为强制振动频率;

fN为自振固有频率。

在稳态正弦激励下,传递率为:

式中,λ为频率比;

ε为系统阻尼比。

实际情况下, ε值很小,可近似取值为0,公式简化为:

分析公式结果,当频率比时,不减震;当频率比时,系统共振;当频率比时,减振。工程实际设计中,频率比一般取值2.5~5,当频率比大于5时,减振效果没有太大变化,且经济成本上升。

3 风冷式柴油发电机组设计实例

根据上述隔音及吸音计算结果,选择固有频率为6.5Hz无谐振峰减振器,静音箱体通风口进风与排风面积保持平衡,结合工程设计经验,经过现场测试与实验,设计20kw风冷式柴油发电机组外形图如图1所示。

3.1 静音箱体降噪层设计

设计静音箱体结构由外向内分别为2mm厚钢板、2mm厚隔声毡、45mm厚优质岩棉板及1mm厚铝制穿孔板,穿孔板穿孔率为25%,穿孔直径1mm,此时整体重量较轻,隔音与吸音效果良好。

钢板主要起隔声作用;隔声毡材料内损较大,与钢板复合使用可有效增强隔声性能,还具备一定的隔震效果;岩棉板主要起吸声作用,对中高频噪声有很好的吸收效果,还能消除材料空腔中驻波,降低声压;铝制穿孔板固定整个降噪层,还能与岩棉板形成共振吸声结构,吸收低频噪声,静音箱体降噪层整体结构如图2所示。

静音箱体排风口采用直接冲孔和防雨降噪百叶窗相结合的设计方法,在野外作业时静音机箱底部不会淋雨,因此采用直接冲圆孔设计,通风效率是百叶窗的1倍以上。箱体侧面通风处采用静音防雨百叶窗,虽然百叶窗通风效率较低,但能起到防雨降噪作用,实验机组百叶窗采用1.5mm厚钢板、5mm厚吸声层加1mm厚铝制穿孔板结构,静音防雨百叶窗结构如图3所示。

3.2 静音排烟消声器设计

柴油发动机排烟过程伴随着大量的热能及噪声, 风冷式柴油发电机组排烟消声器采用双层穿孔板加玻璃纤维内衬材料阻抗复合型消声器,消声器扩张比为12, 功率损耗低于4%,噪声频段主要集中在中低频,降噪效果大于28d B。玻璃纤维内衬材料的使用使消声器具有良好的隔热性能,未使用前消声器表面最高温度高于210℃,使用后表面温度不高于92℃,优异的隔热性能有利于机组高温试验的通过,静音排烟消声器结构如图4所示。

3.3 冷却风量设计

静音及超静音型柴油发电机组在创造低噪音的同时,损耗了柴油发动机的有功功率,也给机组冷却带来更高的要求。风冷式柴油发电机组较水冷式柴油发电机组降噪更困难,采用强制排风手段,就必须增加箱体通风面积[9],散热量必须保证机组满载及过载工作条件, 而且追求散热量就要增加箱体开口面积及排风风扇功率,大的散热量往往伴随大的噪音。静音柴油发电机组各项因素功率损耗如表1所示。

对性能要求很高的柴油发电机组,需要通过高低温试验,高温50℃时满载运行11h,过载10%运行1h, 低温零下40℃实现启动成功,高低温对机组功率影响很大,必须在设计初期就对发动机、发电机性能及功率做全面考虑,对冷却风量做精确计算,此台20kw机组总冷却风量达到52000L/min,确保功率余量使机组在高低温环境下正常运行。

4 结束语

热回收型风冷冷热水机组应用 第8篇

1.1 热回收空调与传统中央空调加燃气或燃油锅炉的方案在投入及运行期间的优势如下:

a.采用热回收型中央空调机组可省掉锅炉设备的投入, 既省掉设备的投资又节省了锅炉房的建筑面积。b.没有冷却水系统, 省掉了冷却塔、水泵和冷却水管路系统的投资和安装工作, 节约了此项的费用, 在平时运行时节约了大量的冷却水耗。c.机组可安装在屋面、平台、地面等, 为用户节省可观的建筑面积。d.在夏季可节约全部的卫生热水的加热费用, 即使是在冬季运行费用也只是锅炉的1/3, 每年可为用户节省非常可观的锅炉运行费用。e.单机运行维护费用低, 经济性好。

1.2 热回收型风冷冷热水机组的五种工作模式切换灵活, 可最大程度地节省运行费用:

a.传统的制冷模式。b.制冷+热水模式适用于需要空调冷冻水、同时需要回收热水的季节。c.制热模式适用于需要暖气、不需要回收热水的季节。d.制热+热水模式适用于需要暖气、同时需要回收热水的季节, 机组的空调模块和热水模块会根据热水优先或制热优先或同时供应 (针对部分热回收机型) 的预先设定自动运行。e.热水模式适用于既不要制冷, 又不要制热, 却需要生活热水的季节, 相当于一台热泵热水机。

2 全热回收和部分热回收的技术原理

热回收器里通过的是高温高压的气态制冷剂, 在高温高压制冷剂通过热回收器的同时, 利用循环水泵将常温的水送入热回收器, 在热回收器里水与高温制冷剂蒸气进行热交换, 制冷剂被冷凝的同时将水温升高, 然后返回热水储存箱, 水泵再次从储存箱中将水送入热回收器进行循环加热, 使热水温度进一步升高。储存箱中的水经热回收器多次热交换, 最终达到客户要求的水温 (55℃~60℃左右) 。当热水温度达到设定值时, 循环水泵停止工作。

热回收型风冷冷热水机组热回收方式中, 可采用的热回收器即冷凝器形式可有两种, 分别为分体并联式冷凝器和分体串联式冷凝器, 它们的共性在于都有两个冷媒冷凝器, 区别在于一种为并联方式, 一种为串联方式。图1、2仅表示出了夏季运行原理图, 冬季运行时, 通过四通阀对冷媒路径进行转换, 图中的蒸发器和冷凝器即可相互转换功能。

2.1 部分热回收

采用分体串联式冷凝器的热回收冷水机组, 称为部分热回收机组。因为只回收了冷水机组运行过程中排放的部分热量, 因此, 经热回收器后的制冷剂仍是气相或气液相混合物, 为保证制冷剂的完全冷凝和过冷, 需经风冷冷凝器的进一步冷凝, 仍有部分余热排入大气中。因为部分热回收器一般前置, 用于吸收压缩机高温排气的散热, 所以热水温度相对较高, 理论上无限接近压缩机的排气温度, 通常可达60℃左右甚至更高, 可以有效满足日常对卫生热水的需求。部分热回收机组可以同时供应空调热水和生活热水, 热回收量一般为冷凝段散热量的30%至40%, 空调制热效果随着热负荷的高低有所变化。

2.2 全热回收

采用分体并联式冷凝器的热回收冷水机组, 称为全热回收机组。理论上热回收量可达冷凝负荷的100%, 而且热回收量可根据需要设计控制, 两个并联冷凝器之间的冷媒流量需按热回收量的变化而调节。但是在运行时为使机组能相对稳定运行, 实现相关运行要求所需的控制相对复杂, 而且实际也较难于控制, 故只让冷媒从其中之一经过, 即在夏季热回收工作模式充当全热回收器, 但制取的热水温度较部分热回收机组低 (通常为30℃~50℃) 。因结构的限制, 在冬季分时供应空调热水和生活热水。

3 应用案例及经济性分析对比

3.1 项目工程概况

中欧国际工商学院上海分院扩建校区, 位于上海浦东金桥地区, 现采用的蒸汽溴化锂冷热水机组1999年安装, 至今已经运行13年, 兼顾生活热水。因所在地区热力站蒸汽收费较贵 (月固定费+实际耗用量) , 从使用经验来看, 费用支出较大。学校全年的生活热水负荷和空调需求是根据学员在校情况确定, 全年并不均匀, 按照上述计费模式存在较大浪费。扩建校区考虑其他能源方式, 兼顾生产新老校区的生活热水。

经过多种方案比对以及结合项目实际, 确定采用热回收型风冷冷热水机组兼供应生活热水的方案。本文根据热回收型风冷冷热水机组的特点, 对全热回收和部分热回收机型进行技术经济分析, 对于选型做出一些分析和探讨。

3.2 设计依据

扩建校区概况:建筑面积58600m2, 其中中央空调面积:15750m2。

设计内容:教学楼、行政楼、综合楼设计中央空调;热水总日用量为110吨, 最大时用水量20.8吨, 蓄热水箱为80吨, 集中供应新老校区的学生公寓。

3.3 设备配置

根据设计院采用空调负荷计算机程序计算, 扩建校园空调负荷如下:夏季冷负荷:42℃, 1700KW;冬季热负荷:-8℃, 1392KW。

3.3.1 设备配置方案一:

厂家甲, 采用全热回收机组。2台, 制冷量717.4KW, 制热量776.2KW, 热回收量918.9KW, 128万元/台;1台 (兼热泵热水机组用途) , 制冷量419.0KW, 制热量475.9KW, 热回收量563.5KW, 76万元/台。 (-8℃) 50℃出水的衰减系数;0.76 (42℃) 7℃出水的衰减系数0.92。42℃实际可供冷量: (717.4*2+419) *0.92=1705.5KW;-8℃实际可供空调热量: (776.2*2+475.9/2) *0.76=1361KW。

3.3.2 设备配置方案二:

:厂家乙, 采用部分热回收机组

2台, 制冷量696KW, 制热量696KW, 热回收量208.8KW, 100万元/台;1台: (兼热泵热水机组用途) , 制冷量522KW, 制热量522KW, 热回收量156.6KW, 70万元/台。

3.4 运行说明

a.夏季工况时, 三台机组负担本项目的全部冷负荷, 冷凝器的废热优先用于加热生活用水, 既提高了冷水机组的冷却效率, 又可免费提供生活用水, 热水供应不足部分采用热泵热水机组晚上运行补充。b.冬季工况时, 两台大容量机组将负担本项目的全部空调负荷, 极端情况时, 小容量机组也参与空调制热。由于教学中心、行政楼、综合楼的空调负荷集中在白天, 热泵热水机组夜间可设置为热水模式运行, 白天低空调负荷时可设置为制热+热水模式模式运行。c.春秋季不使用空调, 生活热水全部由热泵热水机组在晚上提供。

3.5 经济比较

根据 (建筑给水排水设计规范GB50015-2003) 条文说明5.1.5, 热水温度以控制在55-60之间为好, 结合本项目特点, 要求热水制取能够达到55度。

几点说明:a.表1、2中的冷水入口水温参考上海市自来水厂全年监测水温取值。b.夏季白天按照热回收工况每天运行9小时, 夏季150天, 春秋季90天, 冬季120天。c.部分热回收机组在项目要求范围内均能够得到55℃以上热水, 无需电加热。d.全热回收机组按照冬季在极端气温条件下-8℃只能保证50℃, 如要达到55℃, 还需另设电加热装置。考虑到极端气温较少出现且持续的时间实际较短, 为方便比对, 表中冬季热水温度设定为55℃。e.100%, 75%, 50%与25%负荷效率所占权重为:0.02, 0.42, 0.46, 0.1。f.电费1元/度, 项目所在地区无峰谷电价差异。g.本项目基本可以利用晚上时间产生80T的生活热水。

从表3看出, 假定寿命期20年, 从设备使用成本看, 在寿命期大部分时间部分热回收机组小于全热回收机组, 在17年时两者相等。表内的运行电费是按照全价时段取值, 假如实行分时电价, 这一时间将大大延长。从目前此类设备的市场供应情况考虑, 部分热回收机组有较大选择余地。综合考虑, 还是需要以项目需求出发, 权衡各方面, 对两种机型做出选择。

4 结论

通过热回收技术的应用, 一方面减少了冷水机组运行过程中排放的大量余热, 降低了对环境的废热污染, 另一方面, 由于制取免费的卫生热水, 降低了对锅炉等传统加热设备的过度依赖, 整体上降低了业主的综合运营成本。在华南、长江流域可完全取代锅炉, 其他区域可配合其他设备使用。

热回收技术具有重大的现实意义和较高的社会效益, 具有节能、环保、节约运行费用的特点, 在一定程度上体现了国家正在创建“节约型社会”的总体目标, 理应在整个行业和全社会大力推广。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册.第二版[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册.第二版[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]陈沛霖.空调与制冷技术手册[M].北京:机械工业出版社, 1995.[2]陈沛霖.空调与制冷技术手册[M].北京:机械工业出版社, 1995.

风冷热泵系统在我国北方地区的应用 第9篇

环境保护与节约能源正挑战我国的供暖热源。各种传统采暖方式都存在不同的缺陷。

1)燃煤锅炉采暖污染严重,必须改变。

2)集中供热收费制度正在改革,但即使解决了分户计量问题,也还存在着系统网络如何避免水力与热力的失调问题,除非彻底解决自动化,否则很难实现用户自主调节使用,并缴纳相应的费用。

3)使用燃气炉采暖:a.用户支出费用高;b.仍存在污染问题。据北京市节能办公室对用这种热源分户采暖的住宅小区进行测试,证明氮氧化物明显超标,甚至还存在安全隐患。

4)直接用电取暖(如:电暖气、电热膜、电锅炉等)。由于燃料的利用率太低,运行费用很高。所以,在国标中明确规定一般情况不允许采用。

随着人民生活质量的提高,空调制冷的普及率大大提高,如果能创造冷暖合一的人工环境设施,将具有环保、节能的双重意义。

风冷热泵是一种无需水源,只与空气换热的电驱动供冷暖设施。空气随处可得,用之不尽。因此,采用风冷热泵在更广阔的地域供冷暖可以达到保护环境、节约能源、方便管理、安全使用乃至美观的诸多目的,是众人所企盼的。

2 风冷热泵的低温性能

为揭示风冷热泵的低温性能,北京清华索兰环能技术研究所建立了低温模拟实验室,于2001年8月对以下3种有代表性的热泵机组进行了人工气候下的试验:1)索兰中低温压缩机的热泵试验机组(以下称A型);2)某著名公司热泵机组(以下称B型);3)索兰现产机组(以下称C型)。

测试结果说明:

1)测试的三种风冷热泵在室外温度为-5 ℃～-15 ℃的寒冷天气下,出风或出水温度皆可满足一般房屋供暖要求,尤其是低温地板辐射供暖,前提是机组出力与负荷匹配。即热泵机组选型时需将额定出力比设计负荷大一些,否则,在出力不足时需加电补热,所选机组扩大的百分数应视地区冬季气候而定。

2)不同压缩机在相同的蒸发、冷凝温度、压力下(试验中监测温度、压力)表现出的性能不同,即供热量和耗功率不同,A型最好,C型次之,B型较差。说明A型更适合北方供暖,需尽快定型生产。

3)关于冲霜对供热量的影响:a.北方地区冬季气候干燥,决定了冲霜问题不严重;b.不少产品的冲霜过程都有较大的改进,完成一次动作的时间都很短,试验中观察,对于一个惯性较大的供暖水系统,水温的变化不大;c.在外温愈低时,空气中的绝对含湿量愈小,冲霜的时间间隔变得愈长。

3 风冷热泵供暖的末端装置

3.1 与低温辐射地板相结合

辐射供暖是一种卫生条件与舒适条件都比较高的一种供暖方式,地板辐射供暖比天花板供暖更合理。

由于人体在地板辐射供暖的房间中,能从接触、辐射及对流多方面进行热交换。所以,不少权威性资料指出,在达到人体同等舒适的条件下,室内空气温度可以比设计温度低2 ℃～3 ℃,采暖负荷可降低15%左右,因此它又是一种节能的采暖装置。

此外,它的突出优点是必须利用低品位热媒,并具有较大的蓄热性,在满足舒适性的要求下,其表面温度不得超过24 ℃～26 ℃[2]。这一点为利用风冷热泵采暖提供了可能性。

以北京地区为例,其供暖设计温度为-9 ℃,住宅连续供暖的热负荷为52 W/m2,地板供暖的室内设计温度为16 ℃。由公式[2]:

TEP=Tn+9×(q1/100)×0.909。

其中,TEP为地板表面平均温度,℃;Tn为室温,℃;q1为地板向上的散热量,即房间的热负荷,W/m2。

TEP=16+9×(52/100)×0.909=16+4.96=20.96 ℃。

结果与文献[2]指出的20.12 ℃相近。根据文献[2],有下列热阻值:1)由加热管道内的水至水泥地板表面的平均热阻为0.074 6 m2·℃/W;2)实木地板层热阻为0.1 m2·℃/W;3)地板砖层热阻为0.02 m2·℃/W;4)复合木地板层热阻为0.046 m2·℃/W;5)辐射地板向室内空气的传热热阻为0.107 m2·℃/W。

将上述热阻组合,并以北京地区住宅供暖负荷52 W/m2为例进行计算,得出以下结果:

1)采用地板砖的辐射供暖设计水温需25 ℃～28 ℃;2)采用复合木地板的辐射供暖设计水温需27 ℃～30 ℃;3)采用实木地板的辐射供暖设计水温需29 ℃～33 ℃。考虑到使用的盘管材料壁厚不同等因素,上述温度应适当提高1 ℃～2 ℃。

上述地板中敷射管道直径为16或14,间距为150 mm～200 mm。

在我国北方寒冷地区采用风冷热泵时,以上出水温度皆可满足,并且其功效比皆可在3.0左右,节电60%以上。

3.2 与风机盘管相结合

一般出风温度为38 ℃～40 ℃即可。从试验数据看,风冷热泵在北方大部分地区是可行的,它的前提是将机组选型时选大一些(约40%)或采用电补热。

4 风冷热泵供暖的经济性分析

选取北方寒冷地区几个大城市的气象数据,对风冷热泵供暖的成本进行分析如下。

4.1 京津地区

北纬39.1°～39.95°,采暖室外设计温度-9 ℃,室内设计温度:地板+16 ℃,热风+18 ℃,热泵的性能采用索兰现产机组数据,电价0.4元/度。

若采用电补热,年运行费为17.478元/m2,而设备投入加大40%,则年采暖运行费为13.45元/m2。

例如,一台8 000 W热泵机组采用地板采暖,供110 m2,则采暖季的运行费为13.45元/m2,而如果选6 000 W的热泵机组,虽初期投资可减少0.26万元,但冬季运行费为17.478元/m2,每年要多花443.8元,5年后就不合算了,并应考虑到电补热需加大用户电容量。

当末端采用风机盘管送热风时,则由于出风温度较高,C.O.P下降(例如室外温度为-7 ℃时,产生35 ℃热水时,热泵C.O.P为3.5,产生45 ℃热水时,热泵C.O.P为2.58)以及采暖负荷较大,两项因素会导致上述费用加大30%～35%。例如北京地区冬季会增加约5元/m2的运行费。

4.2 济南

北纬36.41°,采暖室外设计温度-7 ℃,室内设计温度同京津地区。

分析表明,如末端采用风机盘管需加大运行费25%～30%。

4.3 郑州

北纬34.43°,采暖设计外温-5 ℃,室内设计温度同京津地区。

分析表明,在郑州等纬度较低的采暖地区,用电补热的运行费用与加大热泵机组的情况相差不多,例如1台6 000 W的机组若采用地板供暖+电补热时,可供125 m2采暖,冬季采暖费为10.185元/m2。

4.4 兰州

北纬36.03°,采暖室外设计温度-11 ℃,室内设计温度同京津地区。

分析表明,对于比北京寒冷的兰州地区,用电补热的采暖费用比较高(29.361元/m2,较地板高出近10元/m2),不如加大设备。如采用风机盘管,其运行费可能达到26元/m2(如用电补热则为39元/m2)。

综上所述,表1为我国北方几个城市采用风冷热泵采暖的运行费用比较。

元/m2

北京地区各种采暖方式运行费用见表2。

由此可见,风冷热泵地板采暖系统是最经济的清洁采暖系统。

5 结语

1)在黄河流域利用风冷热泵供暖无论从节能、环保、安全、方便使用,还是从经济上都是合理的。愈是寒冷地区采用适当加大设备配以地板采暖的经济性愈高。

2)热泵机组的低温性能是有差异的,对于以采暖为主的寒冷地区,应当注意选择。对于性能良好的机组在配地板采暖时,由于出水温度低(25 ℃～35 ℃),冬季大部分时间制热效率高于3.0。

3)同样的热泵机组,末端分别采用地板采暖和风机盘管时,由于前者可接受的水温较后者低10 ℃左右,热泵C.O.P将相差20%～30%,加上地板采暖2 ℃～3 ℃等效温降,使得两种末端的运行费相差30%～35%。愈是寒冷地区愈明显。

参考文献

[1]马广兴,孙德兴.城市原生污水源热泵系统设计要点探析[J].山西建筑,2007,33(10):219-220.