热泵供热系统

2020-08-11

热泵供热系统

      在当前能源供应趋紧、环境保护要求不断提高的形势下,人们在不断地寻求既节能又环保的新能源,热泵就是新能源的一种。由于热泵能实现把低温热能输送至高温热能的功能,可大量利用自然资源和余热资源中的热量,有效地节约民用及工业所需的一次能源,它作为一种新的供热技术不仅受到广泛关注,而且已经迅速地被应用到实际工程中,并已取得了很好效果。

     热泵的分类

     1.按所选用的热源种类可分为:①水源型热泵。就是利用一年四季温度基本上都比较稳定的温度较低的地下水、海水及江河水作为热源,以及利用工业废水、污水处理厂的处理污水,因其温度较高,一般高于20℃,不结冰,故也是很好的热源;②空气源型热泵(以下简称气源热泵),就是直接利用环境大气作为热源;③土壤地源型热泵:就是利用埋设在土壤中盘管内水的流动而吸收土壤中的热能。土壤吸收大量太阳能形成低位热能资源,并有蓄热功能、温度稳定且全年波动较小,冬季土壤温度比空气高,则制热效率高。

     2.按热泵系统的用途可分为:①独立式热泵热水系统:就是单纯为制备热水而设置的系统;②热水与空调联合式的热泵系统:就是既具备制备热水功能,同时还具备空气调节功能。采用该系统时需要与空调专业共同联合设计。

     3.按照《地源热泵系统工程技术规范》GB503662005的规定:地下水源热泵、地表水源热泵及地埋管土壤热泵均定义为地源热泵系统。

     热泵的工作原理及特点

     热泵技术就是在高位能的推动下,将热量从低位热源流向高位热源的技术。也就是说,把不能直接利用的低品位的热源如空气、土壤、水、太阳能、工业废热等热源转化为可利用的高位能热源,从而达到部分节约一次性如煤、石油、天然气、电等高位能源的技术。热泵因其低温热源种类不同,其工作原理也有所区别。

     1.地下水热泵系统,就是将地下水井内的地下水抽出送入热泵机组,与热泵的工作介质进行热量交换后再通过回灌井回灌到原来的地层中去。抽水井和回灌井的数量,由设计负荷、需水量大小、地下水出水能力和回灌能力确定。其抽灌中的形式有一抽一灌抽多灌、多抽多灌及抽灌合一等多种形式。

     2.地表水热泵系统:就是将江、河、湖泊的水在循环水泵的驱动下,经过处理直接流经热泵机组或通过中间换热器进行热交换的系统为开式系统,将封闭的换热盘管按照特

定的排列方式放入具有一定深度的地表水中,传热介质通过换热管管壁与地表水进行热交换的系统为闭式系统。

3.土壤源热泵系统:就是以大地土壤为热源将热泵的换热器埋在地面以下,利用热泵的循环液体与大地土壤进行冷热交换的系统。可以分为水平埋管、垂直埋管及蛇形埋管等形式。

4.空气源热泵系统:就是利用专用的工质吸收环境大气中的热量而汽化,通过压缩机压缩升温,变成高温高压气体,再经过换热器与待加热的水交换热量而冷却,最后经过膨胀阀释放压力回到低温低压的液态

热泵如此通过制冷剂的不断循环与待加热水交换热量将水加热。其能效比(COP值)可高达2.0~5.0。同时在运行中不释放附加热能,不排放有害物质,工质与被加热水完全分开,不会造成二次污染,故属于节能环保产品。

11.6.3热泵系统的选择

1,地源热泵系统方案设计之前,应进行工程场地状况调查,并应对浅层地热资源进行勘察。具体勘察内容和要求,应按《地源热泵系统工程技术规范》GB50366-2005的

规定执行。

1)根据工程勘察报告,经技术经济比较后确定是否采用地热热泵系统,以及采用哪种低温热源种类的热泵系统。

2)游泳池池水加热系统不得采用地埋管地源热泵系统。

3)游泳池池水加热系统采用水源热源系统时,水源供水量必须充足。水质满足热泵机组要求,否则应采取有效的净化处理措施。如水源为地下水时,应采取可靠的回灌措施,将换热后的地下水回灌到同一含水层且不得污染地下水资源,严禁将换热后的地下水直接排放。

     2.游泳池一般都建在城市,利用水源热泵或土壤源热泵,尚有一定的条件限制。对设有集中空调系统的大型游泳中心及酒店游泳池,可采用循环冷却水或冷冻水作为水源热泵的热源。

     3.空气源热泵系统由于它的热源是空气中的热能,它的热效率是随着环境温度的升高而增加,随着环境温度的降低而降低。因此,应对当地的气温进行仔细分析,并通过对设备初次投资、设备运行费用、管理费用、环境保护等方面因素进行经济技术比较后,以确定采用哪一种空气源热泵系统。一般可按如下原则选用

     1)在最冷月平均温度等于及高于10℃的地区可采用气源热泵系统,而且可不设辅助热源。

     2)在最冷月平均气温为0~10℃的地区,如采用气源热泵系统时,应设辅助热源。

     3)在寒冷地区最冷月平均气温低于及等于-3℃时,应经技术经济比较后确定是否采用气源热泵系统或热泵机组是否全年运行。

     4)空气源热泵的效率是随着环境温度的升高而增加,为了获得较高的热效率、提高节能效果,适用于年平均气温较高的地区。但应注意机组的工作气温不得超过其允许的值。一般最高工作气温不超过43℃,最低工作气温不低于ー7℃(也有资料介绍最低气温不宜低于-5℃)。至于有资料介绍:只要环境温度不低于-40℃、就可以将大气作为空气源热泵的热源。这种提法是基于空气源热泵机组是采用专用的冷凝剂作为工质而讲的,因为该制冷剂在一40℃气温条件下仍可汽化。因此,设计时应与产品供应商密切配合,探讨低温条件应用的可能性

     5)用于游泳池的空气源热泵有两种类型

     (1)独立循环加热型热泵,即仅具有单一对池水进行加热的功能。但由于池水加热与游泳者的淋浴用热水的水质不同,温度不同,故两者应分开设置各自的热泵系统。

     (2)混合型空气源热泵,是一种将游泳池水表面蒸发潜热回收利用,转移到池水和空气中,弥补池水和空气中的热损失,并同时实现池水加热、空气调节和除湿等三种功能,所以亦称“三集一体”空气源热泵,是室内游泳池的专用热泵。

     如选用混合型空气源(也称三集一体型)热泵系统时,由于其使用功能上的不同,故游泳者的淋浴用热水应另行设置独立的单一功能的空气源热泵供热系统。

    以上两种形式的产品在我国“珠三角”地区和“长三角”地区的中小型游泳馆有较多的使用实例,不仅完全能满足使用要求,同时节约了能源减少了运行费用,效果良好。在设有标准游泳池和跳水池的大型游泳馆工程中,据了解利用空气源热泵系统进行池水加热及空调合用者仅有2例,在运行时间还不到2年的时间内其系统运行稳定,也取得了满意效果。相信在大型游泳馆的应用将会不断完善并日趋成熟。

    热泵加热系统的设计要点

     1.池水加热所需热量应按本手册第11.2节叙述的方法进行计算

     2.游泳者淋浴用热水所需热量,应按《建筑给水排水设计规范》GB50015的有关规定计算。

     3.空气热泵产热量计算应遵守下列各项原则

     1)对于不设辅助热源的系统,采用单一的加热功能的热泵系统时,应按全年最冷月的平均气温和水温计算所需热量。

     2)对于需要设置辅助热源的系统,采用单一的加热功能的热泵系统时,宜按当地春分、秋分两个季节所在月份的平均气温和水温进行计算所需热量。

     3)对于采用混合型具有多功能的空气源热泵系统,应根据对当地全年的冷热负荷的分析,分别计算其不同季节的需热量。采用该型设备时,应以空调专业为主,本专业和设备供应商应主动密切予以配合。但应首先满足游泳池池水加热的要求。

     4)游泳者的淋浴用热水一般采用具有単一加热功能的热泵,并设置独立的供热系统。

     5)对设置辅助的热源供热系统,应该根据最不利工况进行辅助热源所需供热量的计算。

     6)最后还应根据当地气候特点对热泵的名义制热量进行修正,并依修正后的热量和中标产品特性曲线、实际工况选定热泵名义制热量。修正因素的取值一般为:①室外计算温度修正系数:按所选产品样本选用或由产品供应商提供;②融霜修正系数:如每小时融霜一次时取0.9:如每小时融箱二次时取0.8。

     7)空气源热泵机组与相关设备的计算方法,应按《全国民用建筑工程设计技术措施・节能专篇・给水排水》分册(2007年版)和国家给水排水标准图集0655127《热泵热水系统选用与安装》的规定进行计算。

    8)由于目前市场上的产品种类较多,各项参数不完全一致。所以,在选择设备时应按夏季工况校核,在最不利工况下空气源热泵机组的能效比(COP)值不宜低于2.0。

     空气源热泵机组配置

     1.由于全年四个季节的气温和湿度处在不断变化中,所以应根据当地气温和负荷变化的具体情况确定机组的数量和运行方式,一般在一个系统中的机组数量不宜少于2台,而且机组应为相同型号,此情况下可不设备用机组。

     2.热泵机组应效能高,并适合当地的气候条件和实际工程使用要求,游泳池的循环水流采用分流量加热方式。

     3.应具有水温控制、水流保护、过流保护、冷媒高低压保护、压缩机延机启动等功能

    4.由于游泳池水的长效消毒大多采用氯制品消毒剂,池水中含有一定的余氯,具有定的腐蚀性。因此,与被加热池水接触的材质应能耐氯的腐蚀。故冷凝热交换器应尽量选用钛合金材质的热交换器,或双板(管)铜质或O2Cr17Nil4Mo2(3161L)不锈钢材质的热交换器。

     5.机组要有专用的冷媒工质经过压缩、冷凝、节流膨胀、蒸发等各个环节才能完成加热过程,故冷媒工质应采用性能稳定、运行安全可靠、无二次污染、与压缩机和相关配件相匹配的高效环保型工质。

     6.空气源热泵在国内尚无国家及行业产品标准,市场上的产品种类繁多,且质量参差不齐。因此,选用时应认真进行调查研究,分析对比,并与专业公司一起共同进行该项工作。

     游泳池池水初次加热时间的处理

     由于选用的游泳池类的热泵是按全年满足游泳池池水保持“恒温”确定的。如要满足《规程》对初次加热时间的要求,可以采用由热泵机组与辅助加热设备同时运行的办法来解决。

     空气源热泵机组布置的要求

     1.机组一般可布置在屋面上或使用该设备的建筑物邻近地面上,并应远离人流较密集的地方,以防止机组运行气流和噪声对环境的影响;

    2.机组为侧进风时,其进风面距墙的距离不小于1.5m,两台机组进风面相对布置时,其间距不小于3.0m;机组控制柜的柜面与墙面的距离不小于1.2m

     3.机组为顶部出风构造时,其出风口上部的净空不小于4.5m

     4.机组周围只允许一侧的隔墙高度高出机组高度;

     5.机组基础高度应不小于300mm,并大于当地的积雪厚度;

     6.机组设置处应设置排除机组产生的较大量冷凝水的措施。

 

 

 

 

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