风冷热泵机组范文

风冷热泵机组范文（精选9篇）

风冷热泵机组 第1篇

对于我国公共建筑能耗的调查表明, 空调系统的能耗约占整个建筑总能耗的50%~60%。就江苏省而言, 从气候区域来说, 跨越了夏热冬冷地区和寒冷地区。夏热冬冷地区, 建筑中主要供暖和供冷的设备就是空调系统;在寒冷地区主要考虑以采暖供热设备为主。传统的空调系统能耗多以电力和一次能源为主, 在消耗了大量的不可再生能源, 同时释放CO2、NOX等污染物, 必然加重对环境破坏。

地源热泵空调是利用浅层地热能的高效节能型空调设备, 包括地下水、地表水 (含污水源) 和土壤源热泵等。为进一步验证地源热泵的节能潜力, 我们利用空调试验平台, 选择土壤源热泵系统, 在相似工况下与风冷热泵系统的主机耗电量、系统耗电量进行对比, 计算得出地源热泵系统的节能率, 为相似工程, 提供借鉴。

1 试验方案

空调系统是为维持室内所需温度而消耗一定能源的一种能量转换设备。空调系统的能耗受到工况, 制冷量, 外部的热负荷和热损失等因素的影响, 因此空调系统的转换效率受环境温度和围护结构影响很大。由于风冷涡旋式热泵系统较常规水冷空调系统不需要冷却塔及冷却泵, 在系统耗电量上相对较小, 故本试验拟建立一个平台, 在同一个房间中, 尽量在接近的环境状况下, 对新的土壤源热泵空调与风冷热泵系统的进行效能对比。

空调房间的得热量由下列各项热量组成:

(1) 通过围护结构传入室内的热量; (2) 透过外窗进入室内的太阳辐射热量; (3) 人体散热量; (4) 照明散热量; (5) 设备、器具、管道及其他室内热源的散热量; (6) 食品或物料的散热量; (7) 渗透空气带入室内的热量; (8) 伴随各种散湿过程产生的潜热量;而我们的实验平台目的为研究在同样工况下, 土壤源热泵空调系统相对于风冷热泵空调系统的节能比例, 在这个前提下, 我们应撇开可能影响空调运行状况的因素。所以, 在设计平台时, 我们不考虑上述得热量影响中的 (3) ~ (8) 项, 实验平台室内无设备、人员或其它发热物体, 在同样的围护结构, 基本相同的室外温度环境条件下, 测试平台数据, 得出相对客观的实验结论。

2 试验平台

2.1 试验平台介绍

本试验平台位于苏州市区, 平台空调面积260m2, 建筑物外墙墙体为多孔砖, 屋面采用钢筋混凝土空心板加防水层, 外窗采用普通双层铝合金窗。东向窗:1.5m*2.5m (4扇) ;南向窗:2m*2m (1扇) , 3m*2.5m (2扇) , 1m*2.5m (2扇) ;北向窗:1.5m*2m (1扇) , 2.5m*2.5m (1扇) 。平台内设两套空调主机, 分别为风冷涡旋式热泵主机和土壤源热泵主机。两套主机合用一台冷冻泵, 冷冻泵、地源侧冷却泵均采用定速泵。

土壤源热泵系统在室外地下钻有8口井, 埋设管径为de25*2.3的双U型PE管, 井深50m, 井间距4.5m;试验室平台室内空调末端为风机盘管+新风机组。在风冷热泵主机、土壤源热泵主机、冷冻泵、地源侧冷却泵配电线路上分别安装三相远传电表, 同时在冷冻水回水主管上设冷/热量计量表, 可实时采集冷冻水供/回水温度、流量、系统供冷/热量。平台内设有自动监控系统, 可实时采集并记录上述数据, 同时计算出瞬时主机COP及系统COP。

2.2 主要设备参数

(1) 土壤源热泵主机。制冷量/输入功率:25.4k W/5.1k W;制热量/输入功率:31.5k W/6.3k W。电源电压:400V/3/50+PE。 (2) 风冷涡旋热泵主机。制冷量/输入功率:25.2k W/7.1k W;制热量/输入功率:31.5k W/7.94k W。电源电压:400V/3/50+PE。 (3) 地源侧冷却水泵一台。额定功率:550W;额定速率:2265r/min。 (4) 冷冻水泵一台。额定功率:550W;额定速率:2265r/min。

3 试验过程及结果

3.1 试验过程

苏州夏季空调室外计算温度假设取35℃, 我们挑选夏季室外最高环境温度较高的时间来进行试验, 使空调主机尽量在满负荷工况下运转, 以达到系统最佳工作状况。让试验过程具有可操作性, 试验结果更具代表性。室内温湿度控制为:温度26±1℃, 湿度≤60%, 记录数据的日期7月15日, 20日, 室外温度监测曲线, 如图1, 2, 曲线反映, 室外温度波动相似。

试验开始前, 将整个试验空间的门窗打开通风24小时, 使得室内温度与室外温度浮动相同。将门窗关闭后, 开启土壤源热泵系统。试验开始:首先按系统开机步骤, 将土壤源热泵主机及末端设备全部打开, 待系统运行稳定 (约两个小时) 后开始采集数据, 每隔5分钟监测系统, 自动采集并记录一次数据, 系统连续运行72小时后关闭。查验数据, 取其中较为稳定的24小时数据, 作为我们分析研究的对象;关闭土壤源热泵系统, 打开门窗, 通风24小时后开启风冷热泵系统, 重复上述步骤, 并核验最后数据, 取其中较为稳定的24小时数据作为我们分析研究的对象。

3.2 试验结果

上述两个系统分别运行72小时, 取其中稳定的24小时数据, 土壤源热泵系统对应的供冷量、主机功率曲线如图3, 图4;风冷热泵系统对应的供冷量、主机功率曲线如图5, 图6。根据试验平台的运转数据来看, 由于记录数据的两天外部气温波形基本相同, 室内负荷、温度相同, 可认为这两个系统在同样的外部和内部条件下运转, 系统稳定, 具有可比性。

4 结果分析

由图7可以看出, 两种空调主机, 在近似相同的工况下主机输入功率有明显差别, 土壤源热泵系统的主机耗电量明显优于风冷热泵系统。进一步, 我们从定量的角度出发, 对于试验工况下主机及系统24小时的耗电量分别进行统计, 详见表1。

表中“系统”仅代表空调主机+冷冻 (却) 水泵, 系统总耗电量即为空调主机房耗电量, 我们可以从表中可以看出, 土壤源热泵主机节电量达到了35%, 其代替常规热泵系统的潜力巨大。由于风冷涡旋式热泵系统较常规水冷空调系统不需要冷却水循环, 在系统耗电量上相对较小, 所以表中“系统节电量”明显低于“主机节电量”, 而对于常规水冷空调系统对比时需加入冷却塔及冷却水泵的耗电量, 所以地源热泵系统的节电优势将更明显。由于空调系统的运行状态受很多因素影响, 如室外气象条件、室内人员、设备状况等, 系统运行效率同样受到以上参数的影响, 所以我们的平台从客观的角度给出符合试验工况下土壤源热泵的节能率。未来15年, 要保持GDP年均增长7%以上, 资源将成为瓶颈和环境恶化的压力。从国民经济的可持续发展来看, 采取节约能源、开发新能源及使用新能源 (如地热能, 太阳能等) , 对有效降低建筑能耗, 减少碳排放, 具有举足轻重的现实意义和长远的历史意义。

参考文献

[1]朱海江, 刘岩.地源热泵技术的应用与探讨[J].建筑知识:学术刊, 2011.9.

[2]张俊巧, 尚百师, 陆曼.地源热泵系统运行管理节能潜力分析[J].中国住宅设施, 2011.2.

风冷热泵机组 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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风冷热泵机组 第3篇

关键词：太阳能热水系统；风冷热泵热水机组；绿色医院；节能

0 前言

我国国民经济的持续稳步发展和医疗改革的推进，使得医院的建设得到了前所未有的发展，医院作为卫生热水使用的耗能大户之一，其能耗比例占整个建筑能耗的20%以上，太阳能以其可持续性、清洁性、经济性等特点，使得太阳能热水系统在医院建筑应用取得较为可观的经济效益和环境效益，下面以广西钦州某医院大楼的太阳能热水系统设计为例，就太阳能热水系统和风冷热泵热水机组在医院建筑的应用进行探讨。

1 工程概况

本项目由综合大樓、爱心护理院楼、感染性疾病治疗楼及后勤服务楼组成，总用地面积为59096.79m2，项目总建筑面积为144272m2，住院病床总规模600张，门诊量5000人次/日，项目建成后达到国家绿色建筑二星级标准。其中综合大楼的病房、门诊及安心护理院的病房均全天供应热水。热水设计采用太阳能热水系统和风冷热泵机热水组联合供应。

2 热水系统参数的确定

2.1 项目所在地域气候情况

钦州位于广西南部沿海，地处北部湾顶端，年平均气温21.5～22℃，日平均气温基本稳定在10℃以上。7月最热，历年月平均气温27.9～28.3℃；1月最冷，历年月平均气温12.8～13.5℃。年总日照1612至1768h，年平均日辐照量为14.393MJ/（㎡.d）。

2.2设计日用热水量

卫生热水计算供水温度不小于50℃。冷水计算温度选15℃（《建筑给水排水设计规范》表5.1.4规定，广西的冷水计算温度为10-15℃），热水出水温度设计为60℃。

热水供应范围：综合大楼1～5层门诊、6层手术室、7～18层病房及医务人员；爱心护理院3～22层病房及医务人员。

2.3热水系统设计原则

（1）太阳能集热器和风冷热泵热水机组选用属节能、环保、安全型产品，太阳能集热器利用太阳能产生生活热水，无需消耗能源；阴雨天和冬季采用风冷热泵热水机组产生生活热水，其能效比最高可达4.5，其用电量极少，其总体经济效益十分可观。两者组合进行卫生热水的供应，保证了全天候的稳定工作。

（2）系统设计时考虑安全性、可靠性、先进性等特点，使系统达到最佳使用效果，实现系统节能、运行管理节能，减少电能消耗，达到节能减耗的目的，为医院全天24小时提供舒适的生活热水。

3太阳能热水系统设计及原理

3.1太阳能及风冷热泵机组选型设计

3.1.1太阳能集热器配置

直接式太阳能集热系统集热面积根据用户的每日用水量和用水温度，依据《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB50364-2005，太阳能面积按下式计算：

AC=Qw·Cw·（tend-ti）·f·ρ/JT·ηcd·（1-ηL）

式中：AC—直接系统集热器总面积，m2；Qw—日均用水量，172 m3/日；Cw—水的定压比热容，4.18kJ /（kg·℃）；tend—贮热水箱内水的设计温度，60℃；ti—水的初始温度，15℃；JT—南朝向，倾角为钦州当地纬度的平面上年平均日太阳辐照量，14393kJ/m2；f—太阳能保证率，%；综合系统使用期内的太阳辐照、系统经济性、钦州各月平均日照时数和日照百分率等因素考虑，取0.47；ρ—水的密度，取1000kg/m3；ηcd—太阳能集热器年平均集热效率，根据集热器热效率曲线及机械循环系统效能，取0.635；ηL—管路及贮水箱的热损失率，经验值取0.15～0.25，取0.2；

代入数据计算，所需集热器面积为：Ac=2080m2；

3.1.2风冷热泵机组选型设计

（1）工作条件设定：年平均温度：环境温度15℃，进水温度15℃；

（2）全天用水量172 m3；

（3）卫生热水全天耗热量

考虑到阴雨天气冬季条件下，太阳能集热器基本不产生热水，因此辅助加热系统必须按满负荷用水量设计。计算公式：

Q= Qw·c（tr-tl）/860（kcal/kWh）/T

式中：Q—热泵额定制热量（kWh）；Qw—日均用水量，172 m3/日；c—水的比热，取1kcal/kg·℃；tr—设计热水温度（60℃）；tl—自来水补水温度（按15℃）；T—名义工况下设计运行时间（取11小时）；

热泵额定制热量Q=820kW。

选用风冷热泵机组每台额定输入功率16kW、制热量68kW，共12台。多台设置，保证单台热泵机组故障时稳定的热水供应。

（4）保温水箱

由于供水系统为全天候24小时供热，水箱容积应能满足储热与供热的需求，且要结合现场实际分配情况三种因素确定。系统日均用水量为172m3，最高时用水量为25.2m3/h。一般为满足供热水需求，水箱容积应为最高时用水量的3-4倍，且鉴于本项目中，考虑到楼面集热器分为三个区域，且分布距离较远，可以采用3个35立方保温水箱，内胆为304不锈钢、聚氨酯整体发泡。

3.2 太阳能及风冷热泵机组热水系统原理

3.2.1太阳能热水系统+风冷热泵机组原理图，如图1所示。

图1 太阳能热水系统原理图

4 系统节能效益分析

4.1运行能耗的比较

在条件相同的状况下，利用不同的热源设备制热水所消耗的电量、燃料及费用等详见表2所示。

注：①以上能耗比较基于1m3温度为10℃的水加热至60℃所消耗的电量或燃料费用；

②电价按照0.7元/（kWh），柴油按照5.8元/kg；

③全年按照360天计，阴雨天为90天，太阳能年有效工作时间为270天。

4.2系统节能效益

4.2.1系统年节能量及节省费用

（1）太阳能热水系统+风冷热泵机组的年节能量：

Qs=Am·JT·（1-ηL）·ηcd

式中，Qs—太阳能热水系统的节能量，MJ；AC—直接系统集热器总面积，2080m2；JT—年平均日太阳辐照量，4598MJ；ηL—管路及贮水箱的热损失率，经验值取0.15～0.25，取0.2；ηcd—太阳能集热器年平均集热效率，根据集热器热效率曲线及机械循环系统效能，取0.635；

则本系统的节能量Qs=4858430.72MJ。

（2）寿命期内总节省费用：

Ss=Pi（Qs·C-A·DJ）-A

式中，Ss—系统寿命期内总节省费用（寿命期为15年），元；Pi—折现系数，9.82；Qs—太阳能热水系统的节能量，MJ；C—常规能源价格，0.2元/MJ；A—太阳能热水系统总投资，385万元；DJ—维修费用，一般为总投资的1%；

则本系统的节能费用Ss =5313888元。

5结束语

在医院建筑对热水的需求量大且要求供应时段较为集中，然而在通常的太阳能热水系统的设计过程中，经常会出现阴雨天或冬季安装太阳能集热器面积不能满足热水需求的情况，建议采用风冷热泵热水机组进行补充，在确保太阳能热水系统优先运行的情况下，利用风冷热泵机组进行辅助运行，提高太阳能热水系统的全年适用性，采用太阳能热水系统与风冷热泵热水机组共同供应稳定的卫生热水，即符合国家现有关于节能减排的要求，也可以节约业主的运行费用。

参考文献：

[1]俞卫刚.医院能耗评价与节能对策[D].上海：同济大学，2009；

[2] GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范[S]；

风冷热泵机组 第4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

水冷与风冷制冷机组的应用分析 第5篇

关键词：风冷,水冷,制冷机

1 制冷性能的比较

风冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝压力取决于室外干球温度;水冷式冷水机组的冷凝温度和冷凝压力取决于冷却塔的出水温度。根据暖通设计规范, 冷水机组冷凝温度一般取比冷却水进、出口平均水温高5℃~7℃。我国大部分地区设计冷却水进、出口水温取32℃~37℃, 因此, 水冷式冷凝器冷凝温度可按40℃考虑。而风冷式冷凝器温度应比夏季空调室外计算干球温度高I5℃, 我国大部分地区夏季空调室外计算干球温度都在3O℃以上, 由此可以看出, 风冷式机组较之水冷式机组其制冷教率是较低的。

2 运行的经济性比较

据国外资料统计, 在空调系统寿命期内, 初投资费用所占比例为12%~18%, 而运行费用所占比例为82%~88%。根据美国特灵公司曾做过水冷离心式冷水机组和风冷离心式冷水机组在全负荷和部分负荷时的耗电量比较资料从表中可以看出, 在全负荷时, 风冷式冷水机组耗电量的确比水冷式冷水机组大, 大约大15%左右, 但在2/3负荷时两者基本持平, 且风冷机组略低, 而在1/3负荷时, 风冷机组的耗电量远远低于水冷机组, 大约低30左右。所以总的来看, 风冷式冷水机组的全年耗电量并不会比水冷式机组高多少, 加上水冷机组在设备保养方面的费用 (冷却塔系统维护保养、水处理、冷凝器清洗等) 较风冷机组为高, 所以风冷机组总运行费用可能还略低于水冷机组。无论是风冷还是水冷机组, 电的价格是影响年费用最大的因素。在其他条件不变的情况下, 两者比较, 电的价格越高越有利于水冷式系统, 反之, 越有利于风冷式系统。由于电的价格相对稳定, 本文不作详尽的计算。水的费用尽管比较小, 但是由于水的单价可变性大, 所以研究水费对于机组年费用的影响很有必要, 水费越高, 则对风冷式机组越有利。冷水机组在空调季节运行时, 因水冷机组其冷却水基本为循环水, 因此主要费用差距将发生在耗电量上。由此可见, 在制冷量相同的情况下, 风冷式机组多耗电。另外, 由于风冷机组电机总功率增大, 配电室变压器容量增大, 各种控制柜、接触器、保护开关型号增大, 城市用电配套费、增容费随之增加。这样计算, 风冷式机组的初投资和运行费用还要增加。评价冷水机组的经济性, 既要考虑初期建设费用, 还有估计设备寿命期内的运行费用。

3 机组比较

制冷容量差不多的风冷机组的长度比水冷机组的宽度、高度大得多。而风冷机组的重量又是水冷机组的2.3倍, 这意味着若选用风冷机组, 其机房面积、机房地面承重和设备运输吊装能力都要相应增大。风冷机组本身配备了多台冷凝轴流风机, 其噪声比水冷机组高3~5d B以上。而水冷机组的机房一般都安装多台冷却水循环泵, 就冷冻机房内的噪声而言, 采用风冷机组与采用水冷机组差别不大。由于水冷机组系统需要配备冷却塔、冷却水循环泵和管路系统等, 故风冷机组系统与水冷系统的设备投资相差不多。相同制冷量的风冷机组价格比水冷机组高30%~50%。对于同一系列的风冷式冷水机组或水冷式冷水机组, 它的性能系数与容量有关。通过对于大量的具有代表性机组的计算分析, 对于水冷式机组, 其容量和性能系数成正比例关系。而对于风冷式机组, 其变化趋势相反, 即随着制冷机容量的增大, 水冷机组越具有优越性。除了以上因素的影响外。气象条件对两种机组的年费用也有很大的影响, 对于水冷式机组, 它的效率与冷却塔的出水温度相关。冷却塔的出水温度与当地的干球温度和湿球温度相关。同时, 冷却塔的耗水量也与当地的干球温度和湿球温度相关, 而对于风冷式机组, 它的效率与室外空气的温度相关。

4 对机房的要求

只要能满足安装、操作、通风、隔声、隔振等要求, 水冷机组可放置在建筑顶层、中间设备层、地下室等处。而风冷机组则不能布置在地下室 (层) , 因为地下室很难满足其通风换热的要求。风冷机组可利用屋顶、中间设备层或室外楼层平台上, 这样才能保证风冷效果。但是水冷机组占机房面积每台约80m2, 若露天放置对设备维护管理、噪声防治都将不利, 是不可取的。水冷式方案中的冷却塔, 冷却水循环泵等可设置于屋顶露天, 制冷机系统一般要求设置于设备层的机房内, 例如制冷量为770k W的机组其占地面积约7m2, 计入冷冻水泵、管路系统等共占地面积约20m2。机房要求有安装与检修空间, 因此需要设置面积约30m2的空调机房即可。机组及冷冻水泵基础要有隔声、隔震处理, 该机房可设置于地下室或屋顶任意位置。由于风冷机组单机制冷量相对较小, 设计时往往选择多台机组, 故设备占地面积大, 重量大, 运输、吊装都较麻烦。另外, 风冷机组要求机房必须具有大风量进排风开窗面积, 为了保证风冷的满意效果, 通风窗的面积还需适当增加, 所以在中间设备层设置风冷机组机房时应慎重考虑。风冷式方案中无冷却塔、无冷却水循环泵, 仅包括制冷机组与冷冻水泵及管道系统。以上设备完全可以设置在建筑物屋顶, 设备基础仅采取隔声隔震措施即可, 不需专门的机房, 不占建筑面积, 只需冬季放净存水, 完全露天放置, 这也是该种空调方案最大的优点。但因其选用的冷水机组台数较多, 自重及运行重量较大, 放置于屋顶必然使建筑物结构增加设计强度, 况且因机组露天放置, 四季风吹雨打, 使用寿命较之机房放置的水冷机组短得多, 机组运行数个空调季节后质量难以保证。

通过对风冷机组与水冷机组的多方面比较, 可以发现风冷机组和水冷机组各有其优越之处, 在冷源选择时, 笔者认为:在设计高层建筑集中式空调系统时, 首选是水冷机组。冷却水补水量的多少是影响水冷机组费用的重要因素, 建议加强维护管理, 减少水耗量, 降低水冷机组费用, 充分发挥出它的优势作用。

在京律及广大北方地区, 因空调季节相对较短, 空调制冷机低负荷运行时间较短, 无疑应优先选择水冷式空调制冷方案。而在南方, 空调季节相对较长, 空调制冷低负荷运行时间较长, 风冷式制冷机节能效果是较为明显的, 因此在某些情况下选择几台小容量风冷机组, 作为整个空调系统工程辅助冷源还是合适的, 例如:某建筑物只有最高的2~3层空调水管路超静压, 需要这几层单独设置空调系统或者最高的1~2层建筑物使用性质或运转时间与众不同, 而需独立设置空调系统, 这时单独选几台风冷式机组则是较为适宜的, 这也给暖通设计和施工带来较大的灵活性和方便。

参考文献

[1]郑憬文等.空调冷热源的特点与选择[J].能源研究与利用, 1998.4.[1]郑憬文等.空调冷热源的特点与选择[J].能源研究与利用, 1998.4.

[2]律宝莹.风冷与水冷制冷机组经济技术的分析与比较.哈尔滨工业大学硕士论文, 2001.[2]律宝莹.风冷与水冷制冷机组经济技术的分析与比较.哈尔滨工业大学硕士论文, 2001.

[3]吴海城.风冷冷水机组和水冷冷水机组的选择[J].暖通空调, 1997.2.[3]吴海城.风冷冷水机组和水冷冷水机组的选择[J].暖通空调, 1997.2.

风冷式柴油发电机组降噪研究 第6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

风冷热泵机组 第7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) .

国内最大风冷热泵项的探究与思考 第8篇

宁波国际金融服务中心是宁波东部新城优先发展的3大中心之一, 位于中央商务区内, 北靠国际贸易展览中心, 西接国际航运服务中心, 南临门户区。该中心总建筑面积约500 000 m2, 总投资约60亿元。已经建成的宁波国际金融服务中心1期项目投资30亿元、总建筑面积达360 000 m2。由6幢现代金融办公楼、1幢国际品牌酒店等建筑以及全方位配套设施共同组成。

作为集高端商务、金融服务、智能办公于一体的宁波金融“新地标”, 宁波国际金融服务中心也引进了多种商业业态与知名餐饮品牌, 其中, 来自北京的中国十佳餐饮品牌俏江南、全球粤菜顶级品牌香港利苑、亚洲最佳餐厅之一的台湾鼎泰丰等高档餐厅是首次进驻宁波。它们在丰富宁波商业文化的同时, 也将使金融服务与高端商业服务互为一体, 提升宁波国际金融服务中心的整体服务水平。

【项目档案】

项目名称:宁波国际金融服务中心

总建筑面积:500 000 m2

1期建筑面积:360 000 m2

空调设备供应单位:广州日立冷机有限公司

选用机组:风冷热泵式冷水机组“H系列”35台

1期工程正式运行时间:2011年3月

夺标过程

宁波国际金融服务中心项目作为1个超大群体项目, 工程一上马就立即成为各个品牌争夺的热点和重点。在建设初期就有不少知名品牌进行了跟踪服务, 而业主方对暖通设备的选择非常谨慎, 对各方面要求都很苛刻。

项目招标前半年, 蜂拥而来的厂商可谓使出了浑身解数争取中标。包括广州日立冷机在内的多家制冷巨头参与了竞标, 浙江分公司在广州日立冷机有限公司相关领导的带领下, 以华东为平台, 结合优势资源, 组建了强大的跟踪投标团队, 充分发挥了团队作战的能力。其它品牌也组织了强大的技术团队, 并根据甲方要求提供各种全面解决方案, 以求至臻完美, 经过专家及用户评比, 广州日立冷机中央空调一举夺魁。

宁波国际金融服务中心项目选用广州日立冷机风冷热泵机组35台, 是目前国内最大的风冷热泵项目。分别采用RHU270AHZ1机组2台、RHU240AHZ1机组16台、RHU220AHZ1机组7台、RHU200AHZ1机组4台、RHU180AHZ1机组4台、RHU100AHZ1机组2台。广州日立风冷热泵机组的优势在于:1, 采用日立最新研发的先进高效的A型半封闭双螺杆压缩机和日立独有的高精度加工设备制作而成的研削转子, 使转子配合精度提高, 机组效率也得到提高;2, 采用高效翅片管, 增加了换热面积, 同时又加剧管表面冷媒的扰流, 大幅的提高换热效率;3, H系列高效机组采用连续容量控制方式, 温度控制更精确, 部分负荷效率更高, 更节能;4, 使用高精度加工而成的阴阳转子平滑啮合, 实现最低振动;压缩机内部采用优化的导流结构, 同时采用双重的密封结构, 实现压缩机超低噪音运转, 更环保。

在这样一场只以实力论成败的硬仗中, 广州日立冷机中央空调笑到了最后。广州日立冷机在宁波国际金融服务中心项目上获胜的意义不只在于项目本身, 更侧面反映了广州日立冷机凭借稳定的产品性能、专业的制冷技术以及全面的服务优势, 在众多的竞争对手中脱颖而出, 日立冷机品牌实力再次得到充分的证明与肯定。

业主调查

目前, 已有国家开发银行、中国进出口银行、招商银行、华夏银行、恒丰银行、普华永道会计事务所和昆仑信托等20余家金融、信托、会计机构签署入驻其中。同时, 宁波国际金融服务中心2期项目中的中国银行、建设银行、交通银行、宁波银行大厦正在加快建设中。

尽管机组投入使用的时间不长, 最长的只有6个月, 而最短的才月余。但用户对日立机器整体的运行情况还是相当满意的, 并给予了高度的评价。一致认为, 广州日立冷机中央空调产品安全可靠性高、操作简便。此外, 机组摆放合理, 机器制冷效果良好, 运行噪音很低。

本刊点评

台上1分钟, 台下10年功。广州日立冷机能够成功中标国内最大的风冷热泵项目绝非偶然。

在产品方面, 日立冷机针对中国气候及地域情况对中央空调市场需求的影响, 在产品开发上充分考虑到不同地区和气候的情况, 对气候数据进行了科学统计和分析, 对特殊地区开发特殊工况的产品, 进行产品系列化开发。日立冷机还针对不同地区和客户特点, 从节能、经济、环境保护的原则出发, 采取不同的营销方案, 因地制宜地开发日立冷机产品, 受到了市场的广泛青睐。

在服务方面, 如今, 激烈的市场竞争已经让客户不再只关注产品的质量, 焦点转向了企业为其带来的综合价值。对此, 日立冷机的做法是, 始终站在用户的角度出发, 换位思考。

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.