空气源热泵热水机供热水系统工程设计说明.docx

空气源热泵热水机供热水系统工程设计

-----------------------作者：

----------------------- 日期：

空气源热泵热水机组中央供热水系统工程 设 计 方 案
一、 工程概况及甲方要求：
1. 工程概况
贵校柳州南亚、冠亚校区综合楼入住师生约 700 人，其中南亚校区 400 人，
冠亚校区 300 人，人均用热水按 30kg/天计算，总量为: 21000 kg/ 天

(55℃)
2． 甲方要求：
A、 要求在两栋楼天面安装空气热泵热水机组中央供热水工程，解决师生冲凉 用热水的问题。
B、 要求安装电辅助加热装置，以防冬天极端最冷(气温＜ 0℃时)辅助热泵 加热。
C、 要求定时供应热水。
D、 要求安装回水系统，以方便学生用热水。
E、 要求设备自动化，以方便管理。
二、 设计依据：
1． B12021.3-2000 《空气调节机能源效率限定值及能源等级》
2． GB19577-2004 《冷水机组能效限定值及能源效率等级》
3． GB50015-2003 《建筑给水排水设计规范》
4． GB50268-97 《给水排水管道工程施工及验收规范》
5． JGJ116-98 《建筑抗震加固技术规程》
6． GB50057-94 《建筑物防雷设计规范》
7． JGJ/T16-92 《民用建筑电气设计规范》
8． GB4272-92 《设备及管道保温技术通则》

9． 甲方要求
三、 设计方案：
我公司根据国家规范、标准和本公司一贯秉承的“安全、实用、节能、美观”八 字设计思想，体现设备实用性、合理性和技术先进性，结合贵校楼面的基本情况，设计
空气源热泵中央供热水系统方案，具体如下：
(一)、南亚校区

1． 在综合楼天面安装“金星牌” KRS- 15A 空气热泵热水机组壹台，组成一套空气热
泵中央供热水系统。系统在标况下每小时产 55℃热水 1283kg，机组运行 9.5 小 时就能满足该楼师生日用热水的要求。
2． 在综合楼天面安装 10m3、 2m3 储热水箱各一个，另在地上安装 2m3 储热水箱一
个(供给负一楼教师及饭堂用热水)，水箱内胆采用 :δ=1.5mm SUS304/2B 食
品级不锈钢 , 水箱外壳采用不锈钢、保温层采用聚氨酯整体发泡填充 , 厚度为

50MM。
3． 在空气热泵热水机组与储热水箱之间安装一套 ISG40- 100 加热循环系统。当 储热水箱中的热水未达到设定温度时，加热循环泵启动将储热水箱中的水抽至热泵 热水机组进行循环加热，直至水温达到设定要求，确保热水的温度恒定。
4． 在天面及地上水箱中各安装 12KW 电辅助加热壹套，以便冬天极端最冷时辅助加
热。
5． 在供热水主管上安装一套 ISG40- 100 加压回水系统。该系统有两个作用：第一，
在设定的供水时间段内，开启向管网内供水，以保证供热水管网压力；第二，该系 统受温度控制，当供热水管网中水温达不到冲凉的温度时，将管网中的低温水抽回 储热水箱二次加热，这样既可以保证打开花洒就有热水可用，又不浪费水源，节约 开支。
6． 在补冷水管安装 DF32 补水电磁阀一台， DN32 电子除垢器一套(净化水质)。
该电磁阀受时间和水箱的水位控制，在设定的时间段内当储热水箱水位降至设定水

位下限时，电磁阀开启补水；当水位达到客户设定的上限要求时，电磁阀关闭停止 补水。
7． 天面热水管道均采用 PPR 管(室内管网由土建方负责)，并用橡塑保温材料，外
用铝皮包装。
8． 供热水管采用浮球取水装置，该装置在浮力的作用下，始终浮在水箱的上部，取得
的都是水箱中较高温度的热水。
9． 由于储热水箱对天面的压力比较大，为了避免损坏屋面结构，采用工字钢对水箱底
座加固，地上水箱采用电磁阀补水，采用 C20 混凝土底座加固。
10． 系统采用微电脑可编程“水温、水位、时间”三位一体全自动控制，以方便管理。
(二)、冠亚校区

1. 在综合楼天面安装“金星牌”KRS- 10A 空气热泵热水机组壹台，组成一套空气热泵
中
央供热水系统。系统在标况下每小时产 55℃热水 862kg，机组运行 10.5 小时就能 满
足该楼师生日用热水的要求。
2. 在 综 合 楼 天 面 安 装 7m3、 3m3 储 热 水 箱 各 一 个， 水 箱 内 胆 采 用: δ =1.5mm SUS304/2B 食品级不锈钢,水箱外壳采用不锈钢、保温层采用聚氨酯整体发泡填充, 厚度为 50MM。
3. 在空气热泵热水机组与储热水箱之间安装一套 ISG40- 100 加热循环系统。当储
热水箱中的热水未达到设定温度时，加热循环泵启动将储热水箱中的水抽至热泵热水 机组进行循环加热，直至水温达到设定要求，确保热水的温度恒定。
4. 在水箱中安装 12KW 电辅助加热两套，以便冬天极端最冷时辅助加热泵加热生产热
水。
5. 在供热水主管上安装一套 ISG40- 100 加压回水系统。该系统有两个作用：第一，在
设定的供水时间段内，开启向管网内供水，以保证供热水管网压力；第二，该系统受

温度控制，当供热水管网中水温达不到冲凉的温度时，将管网中的低温水抽回储热水 箱二次加热，这样既可以保证打开花洒就有热水可用，又不浪费水源，节约开支。
6. 在补冷水管安装 DF32 补水电磁阀一台， DN32 电子除垢器一套(净化水质)。该
电磁阀受时间和水箱的水位控制，在设定的时间段内当储热水箱水位降至设定水位下 限时，电磁阀开启补水；当水位达到客户设定的上限要求时，电磁阀关闭停止补水。
7. 天面热水管道均采用 PPR 管(室内管网由土建方负责)，并用橡塑保温材料，外用
铝皮包装。
8. 供热水管采用浮球取水装置，该装置在浮力的作用下，始终浮在水箱的上部，取得的
都是水箱中较高温度的热水。
9. 由于储热水箱对天面的压力比较大，为了避免损坏屋面结构，采用工字钢对水箱底座
加固。
10. 系统采用微电脑可编程“水温、水位、时间”三位一体全自动控制，以方便管理。

四、 设计特点及说明：
1． 高效节能：机组每耗 1 度电可以产生相当于 3~4.5 度以上的电所产生的
热量，较电热水器节能 65%~80% (如果综合利用可节能 85%~90%)。
2． 安全环保：机组系统内设有漏电、过载、缺相、缺水、压力等多重保护， 对人、机都不存有任何不安全隐患；没有废气、废渣等污染的排放和燃料泄露、 火灾爆炸、中毒等危险，所有热煤(冷煤)符合我国能源政策和环保要求。
3． 模块式结构，储水式作业方式，临时停电不影响系统供应热水，无需备用 设备。
4． 采用微电脑中央控制：包括水温控制、单机控制、恒温控制、时间控制、 压力控制等，全自动运行，无需专人操作；水温调节、供水时间调节等由用户按 需要设置，易于管理，使用方便。
5． 机组采用了五星公司的独特设计，技术创新，从而使加热热水的时间更

快，水温更高(可达 55℃)，能更好地满足各层次的热水需求。
6． 一年四季，无论晴、雨、昼、夜全天候生产供应热水，不用任何辅助能
源。
7． 主机选用世界名牌优质热泵型压缩机和相关配件，外壳采用碳钢喷塑制 作，使机组的使用寿命更长。
8． 机组可以安装在室外，如屋顶、露天放置，可以实现远程监控，占地面积 小，安装简单，无需另设工作房。

附件一：机组冬季超低温启动与安全运行技术说明：

热泵机组在冬季室外气温 -5℃以下工况运行时，冷媒系统的 R22 的蒸发压力

将在 2kg/cm2 以下，导致吸气压力过低，将影响压缩机的正常运转，这时冷媒系

统的低压保护开关将运行，以保护压缩机，这将导致热泵机组的低温下难以启动，

同时低温下运行时，压缩压的压缩比将加大，压缩机的运行极不安全，且运转率增

高，室外蒸发器容易结霜，增加耗电。

一般厂家采用使低压保护逻辑失效的方法帮助压缩机强制启动，这样将造成压

缩机大量失油，影响压缩机的使用寿命，严重的会导致压缩机烧毁。

五星公司热泵机组为改善上述状况，在冷媒系统元件上做出大量改进：

□将冷凝器、蒸发器的换热面积加大，减少换热温差，降低压缩机的压综述

比。

□设置了诸多保护：如压力过高、压力过低、电压过高、电压过低、逆相、

缺相、相间不平衡、水温过高、水温过低、防冻保护、压缩机油温过高、

排气温度过高、电机线圈过热、水流量保护、压缩机过载、安全阀等保护

并报警。

□设置了安全阀、防止冬季高压压力过高。

五星公司的热泵机组能确保在-7℃低温下可安全稳定地运行。

附件二：机组冬季水系统防冻技术说明：

A、水系统防冻的必要性：

当热泵机组在冬季 0℃以下气温工况长时间停机时，例如：夜间及节假日等时

间，水系统中的水温降低 0℃以下时，会发生冻结，导致管道及水泵体冻裂，因此

须设置保护措施防止此类危险发生。

B、水系统防冻措施：

热泵为防止水系统冻结，设置了由微电脑控制的防冻措施。当外气温度低于 0-

4℃时(0-4℃内可调，根据用户现场情况而定)，由微电脑控制自动启动水泵运

行，当主机出水温度低于 5-7℃时(5-7℃内可调，根据水系统保温情况而定)，

自动启动主机运行制热，使水温上升至 15℃后停机。

C、水系统防冻建议：

当热泵机组在冬季长期停机时，例如：春节期间，应将水系统放干，以节省水

泵及主机为防冻而启动所耗费的电费。

附件三：热泵机组自适应智能化热泵除霜技术说明：

热泵机组在冬季制热工况运行时，当湿度高于 50%，气温较低时，蒸发器就会 发生潜热交换，引起蒸发器结霜。热泵机组需进入除霜循环，此时热泵不仅不能给 系统提供热量，反而会吸收热量，影响了热泵机组的平均制热量和平均制热效率。 因此热泵机组除霜技术的先进性与如何减少机组的结霜量对提高热泵机组的平均制 热量及平均制热效率至关重要。
“五星”热泵主机在降低结霜时的室外气温、减少结霜量以及智能化除霜等方 面均有自己的独到技术。

首先，降低结霜时的室外气温、 减少结霜量是最关键 的，对提高冬季平均热

量、制热效率具有决定性的作用：

1. 蒸发器换热面积比其它厂家的设计加大了 20%，减少了通过蒸发器的空气源换 热温差，使冬季采暖的蒸发温度不需要太低，即在同等室外温度及湿度条件下不 会结霜或减少结霜量，因而减少了除霜次数及除霜时间，大大提高平均制热量。
2. 低压旁通系统可提高高压排气温度，同时提升蒸发温度，使盘管不会结霜或减少

结霜量。

由此可见，同等气侯条件下，一般厂家的热泵已结霜时，而“五星”的热泵不 会结霜，同等湿度条件下，“五星”热泵机组结霜时的室外气温较一般厂家的低 2-3。C。整个冬季运行中，可比其它厂家减少 20-30%的结霜量，使冬季平均制热 量提高 20-30% (根据气候不同而有不同)。
降低结霜时的室外气温、减少结霜量是一般厂家尚未关注的， 根据我们对目

前市场上主要热泵除霜系统的调查了解，除霜系统的控制主要分为以下三类。

1.继电器控制。此类控制多出现在无电脑控制的机组上，其主要控制手段为一个

温度继电器和一个化霜计时器。此种除霜控制使用不灵活，可靠性、效率较

低，而且除霜不彻底，故障率高，其优点是成本低廉，系统简单。

2.电脑控制。根据温度、时间两个参数联合控制除霜。其主要控制手段为室外传

感器和可调节的化霜间隔。此种方式对如何设定启动除霜的室外温度值和除霜

的间隔时间需要丰富的经验，且随地区的不同和气候条件的不同(主要是温度

的不同)，其设定值也不同，甚至白天和夜间运行的设定也不相同，这样对用

户的使用造成了不便。

可见，以上二类除霜系统还存在的各种缺陷，使热泵机组的冬季运行存在着许

许多多的隐患或困难。

3.自适应智能化热泵除霜技术：

“五星”公司集多年生产热泵机组的经验，在其先进的 MACROPLUS II 电脑

控制系统上开发了最先进的具有适应功能的智能型热泵机组除霜控制系统，使热泵

机组的控制水平进入了一个新的纪元。下面就详细介绍此除霜系统的控制逻辑。

➢ 除霜理念原则：
蒸发器有霜必化是不经济的；

经研究及实验报告证明，蒸发器结霜达 50-60%时化霜，最为经济；

除霜过程的时间愈短愈好，除霜周期愈长愈好。
➢ 除霜原理：
利用“热气反向”逆循环微电脑控制自动除霜。

除霜控制参数“采用压力、温度、时间三个参数联合控制智能除霜。
➢ 除霜用硬件配置：
中文 MACROPLUS II 微电脑控制器：

热泵机组运转高压压力

室外温度传感器；

蒸发器表面温度传感器；
低压压力传感器；

高压压力传感器；
除霜控制过程：

第一步：微电脑读取盘管表面温度、压力、环境温度，自动采样并感知蒸发器结霜程度 是否达到 50-60% ，以判断是否需要除霜。
第二步：若需除霜，由微电脑控制四方阀换向，压缩机不停机，同时自动停止风扇运 转，风冷蒸发器转为冷凝器，向室外放热，使盘管的霜融化。
第三步：电脑不断侦测盘管表面温度，高压压力，根据盘管表面温度设定值、高压力设 定值、最长除霜时间设定值来综合判断是否结束除霜，以先达到参数为准。
第四步：除霜结束，风机开启最高一档 ,迅速将盘管表面水膜吹干，以防盘管上遗留的 水冻结成冰，此后除霜结束，切换四方阀，自动回复到制热工况，完成自动化 除霜。

典型结霜面积大于 50%后之化霜曲线图

开始化霜 化霜后水膜开始蒸发点

22

18 恢复正常制暖

14

化霜结束，同时水气蒸发

10

30 60 90 120 150 180
自适应智能化除霜控制系统的先进性：
a) 整个除霜进程中压缩机不停机，避免了除霜中压缩机频繁停机对压缩机的寿
命的影响。
b) 除霜结束，恢复制暖的瞬间，为保护压缩机， MACROPLUS II 微电脑自动
将压缩机卸载至 50%工况运行，同时设置除霜高压压力保护以保护压缩 机。一般厂家无此类保护，将使压缩机的寿命大大减少。
c) 值得说明的是，微电脑可记录上一次的除霜时间、除霜周期及控制参数，对
初设置的变量进行优化，这就是智能化除霜系统中的自适应系统。
d) “五星”公司秉持本地化设计的理念，根据多年收集的各地气象资料，在工 厂 运 转 测 试 站 调 试 热 泵 机 组 时， 依 据 用 户当 地 的 气 候 状 况 来 设 定 MACROPLUS II 电脑经验公式中各变量的设定值，以保证不同的地区，不 同的温度气候，均可高效率地除霜。
此项除霜技术真正实现全智能化自动除霜。可以提高热泵机组的冬季平均制热 效率达 30%以上，还可以降低除霜工况时压缩机的负荷，延长压缩机的使用寿 命，同时将除霜时水系统水温波动准确控制在 1。C 以内。