空气源热泵如何选型
空气源热泵采暖是运用逆卡诺原理,通过冷媒吸收空气中的低品位热量,经过是少量电能驱动压缩机做功,将低品位热量变成高温高压的热量,通过换热器将热量换给水,然后传递给采暖终端,如风机盘管、地暖、散热片等末端以达到供暖的效果。而一些用户使用空气源热泵采暖效果不好的原因可能有以下几方面:
机型选择。机型是否适合当地气温、品牌是否是专业空气源热泵采暖的、是否具有专业售后及专业技术等都将影响使用效果。如一般的南方空气源热泵产品,受气温限制,无法在低温情况下正常运作。而在环境气温甚至能够达到-25℃的情况下,选择超低温空气源热泵是尤为关键的。
一、单台空气源热泵制热量计算:
一台超低温空气源热泵机组DKFLR-28II,制热时额定输入功率为9.5KW,从7℃的环境向用户供热,用户要求提供45℃的热水。如按热泵的理论循环——逆卡诺循环工作,求供热量。当某天的极端温度是-20℃时,其供热量又如何?
解析:利用逆卡诺循环的制热系数公式进行计算
1.当室外温度为7℃时:
T'k=45+273=318K(转换为热力学温标要加273;单位K:开尔文)
T'0=7+273=280K
供热系数:ε= T’k/—(T’k- T’0)=318/38=8.37
供热量为:Q=ε×W=8.37×9.5=79.5KW
2.当室外温度-20℃时:
T’k=45+273=3118K(转换为热力学温标要加273;单位K:开尔文)
T’0=-20+273=253K
供热系数:ε= T’k/—(T’k- T’0)=318/65=4.89
供热量为:Q=ε×W=4.89×9.5=46.5KW
通过计算我们可以发现,室外温度降低,理论上制热能力下降。但是,即使-20℃,理论供热系数仍然可以达到4.89。逆卡诺循环是理论循环,其忽略了磨损、传热温差等条件,因此实测供热系数会小于理论计算的数值。但作为热泵的理论支撑,它指明了热泵的能效极限,仍然对工程实践具有指导意义。
二、普通小区住宅实际案例解析:
某北方节能住宅采用地暖辐射采暖,建筑面积85㎡,采暖设计总热负荷3000W。地暖入户管用PPR,DN20(De25),S3.2(壁厚3mm,内径18mm入户按8米考虑),地暖盘管用DN16(D鹅0)PB-R509,共四个环路。共4路地暖管,环路平均长度70米,假设供回水温度为40/30℃。请进行校核计算,是否需要蓄能水箱。如果同样的户型,但为不节能建筑,热指标是70W/㎡呢?
解析:
1.系统水容量计算
1)管道水容积按下式计算:
Mg=∑qi×li=3.14×0.0182/4×8×103+3.14×0.0162/4×70×4×103=58kg
2)设备水容积假定为2kg
3)系统水容量M1=Mg+Ms=60kg
2.系统要求的最小水容积
M2=(Q×t0)/(C×∆t)=3×3×60/(4.187×3)=42kg
经计算可以确定,系统水容积足以满足系统要求的最小容积,不必增加蓄能水箱。
3.采暖热负荷
1)建筑面积85㎡,热指标是70W/㎡,
Q=85×70=5950W=5.95KW
2)系统要求的最小水容积
M2=(Q×t0)/(C×∆t)=5.95×3×60/(4.187×3)=84kg
经计算可以确定,系统水容积不满足系统要求的最小水容积,可以增加一个50~100L的蓄能水箱。但是我们知道,地暖垫层本身就有蓄热能力,即使在寒冷的北方,停暖一天,温度有可能下降1℃,我们完全可以不设置蓄能水箱。
三、商业空间热泵供暖案例解析:
某电力调度楼要求冷暖空调,该楼每日24h不间断值班,所在地区无冬季供热管网。冬季空调热水进、出水温度47℃/42℃。经计算,冬季热负荷为250kW。初选一组名义制热量为331.0kW的空气源热泵机组。已知当地暖空气调节室外干球温度为-3℃;冬季采暖计算温度0℃;每1h融霜一次。该机组名义工况及制热量修正系数如下,请校核该空气源热泵机组室外空调计算温度下的冬季供热量是否满足要求,并计算其室内温度。如不达标,请给出相关技术措施。
名义工况(℃)
修正系数
解析:
先用内插法,计算进风温度为-3℃、进出水温度为47℃时修正系数。
K1=0.682
1.该空气源热泵机组室外计算空调温度下的冬季制热量:
Q=q×K1×K2=331.0×0.682×0.9=203.2KW
该建筑冬季热负荷为250kw,该机组不能满足本楼的供热量要求。
2.如果直接使用这组机组不采用其他辅助加热措施会使室内温度偏低。
假设冬季供热负荷为250kw时,空调室内能达到设计温度是20℃。如果把建筑各部分的围护结构的耗热量简化为室内外温差的线性函数,并假设室外空调计算温度下,当热泵供热量简化为室内外温度的达到平衡时,室内温度为t0我们可以简单计算下:
203.2/250=[tn-(-3)]/[20-(-3)]
解得tn=15.7℃
3.我们可以考虑更换机组或者增加电辅热的方法,需要增加的辅热量是:
250-203.2=46.8kw
四、别墅平层热泵供暖案例解析:
山西地区,三层宿舍,建筑面积1500平方米。平顶,370外墙没有保温,中空玻璃。长期刮大风,室外采暖计算温度-15℃,室内采用铜铝复合散热器。问需要多少热量?
解析:平顶,370外墙没有保温是典型的上世纪80年代的建筑;采用了中空玻璃,但没有贴保温板,还达不到节能30%,但要比非节能的建筑强一些。常年刮大风,给我们的信息是建筑冷风渗透(漏风)可能比较厉害,加之室外温度很低-25℃,我们查热指标推荐表,基本要取该类型建筑的上限了。
我们对比办公、医院、旅馆的热指标后,将该宿舍的热指标取值暂且定为80W/㎡。我们算下总负荷:
80×1500=120KW。
请朋友们注意,这个表格引自《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010。集中供热地区一般是按连续供暖考虑。空气源机组如果间歇运行。比如空气源热泵机组只在白天累计运行12小时,输入建筑物24小时,那么根据平衡原理,我们要在这12小时,输入建筑物24小时消耗的热量,那么我们的机组可能就要选择240KW了。