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空气源热泵系统设计方案

长期以来空气源热泵空调系统， 主要应用于长江流域及其以南地区。 本文主要介绍低温空气源热泵系 统在 北方地区的应用案例，并对系统设“ • 的注意事项进行 r 阐述，对系统初投资和运行贽用进行/分析。 实际运 行证明，低温空气源热泵空调系统在北方制热是可行的，并且运行费用很低。
1 工程简介

XX 最大的综合类图书巾.场°本建筑长 49. 2m,宽 35. 1m,总建筑而积 6900m：；建筑共计 4 层，总高度为 15. 9m。一层、二层、三层是图书市场，四层为办公室。本建筑自 2001 年 6 月开 始施工， 2019 年 10 月完工， 2020 年 11 月空调开始调试运行。
2 空调计算设计参数

2.1 室外空调计算参数，见表 1。

季节

熨季
冬季
室外计算干球温 度 9
32.7
-12
2.2 室内空调设计参数，见表 2。


表 1 室外空调计算参数

室外 il • 算湿球
温 度(C)

26.2
室外计算相对湿
度(%)

52

表 2 室内空调设计参数


室外风速(m/s)

2.3
2.6


大气

压力(hPa)
1002.2
1023.4

熨季

相对湿度(勃

W60
〈60
W55

W60
冬季

相对湿度 R)

240
240
240
240
新风量

(m3/h • p)
12
12
30
30
噪声(dBA)

W45
W40
W50

W45
温度(℃)

24-27
24-27
24-27

24-27
房间

名称
图书室
阅览汇 办公室
会议室
温度(C)

8-20
8-20
8-20
8-20

3 冷热源选择

1.1 冷热源选择依据

秦皇岛市是全国闻名的度假旅游城市， 市政府对环境污染问题特别重视， 尤其是冬季供 暖产 生的污染问题。秦皇岛市供暖期较长，约为 5 个月。供暖资源也很丰富：煤、油、城市 集中煤 气、电和城市集中供热，由于本项目在开发区，没有城「6 集中供热，燃煤也被禁止使 用，可利 用的资源仅为油、城市集中煤气和电。秦皇岛由没有电增容，城市煤气有市政费用。 同时在与开
发商接触过程中，开发商提出以下几点要求：

①安全、环保、没有污染；②运行费用低：③系统运行可靠；④维护方便。

1.2 冷热源初投资比较

根据开发商提出的要求，提供以下比较方案：方案 1,空气源热泵空调系统：方案 2, 螺杆 冷水机组+电锅炉：方案 3,螺杆冷水机组+煤气锅炉：方案 4,螺杆冷水机组+油锅炉。 各种方案 初投资，见表 3。

表 3 各种方案初投资

项目
方案 1
方案 2
方案 3
方案 4
备注
制冷型(kW)
816
820
820
820

制热量(kW)
840
660
660
660

制冷机房(万元)
108
51
51
51

制热机房(万元)
0
28
26
24

电气(万元)
18
23
23
23
含控制
机房土建费(万元)
0
30
30
30

合计(万元)
126
132
130
128

1.3 运行费用分析比较

夏季，各种方案的系统制冷系数接近，又由于秦皇岛市夏季制冷期较短，这里不做比较, 仅 对冬季供热时的运行费用进行分析比较，结果见表 4。

表 4 各种方案冬季运行费用分析比较
_____ 方案]
3600Kj/kW • h

2. 5： 1

0. 4 kW • h

0. 5 元/ kW • h

0. 20 元
方案 2
3600Kj/kW • h

0. 95

1. 05 kW - h

0. 5 元/ kW • h

0. 52 元
方案
单位发热值
机组热效率
产生 IkW 热量

需要资源量
单位资源费用
产生 IKw 热量

需要的费用
方案 3
40000Kj/kg(l)

0.8

0. 14 kg(l)

3.2 元/ kg(l)

0. 45 元
方案 3
112OOKj/m3

0.8

0. 39 m3

0. 7 元/小

0. 28 元

3. 4 结果分析

通过以上分析可以看出，空气源热泵空调系统不仅初投资较低，其冬季运行费用也优于 其 他三种方案，所以，本工程选用低温空气源热泵机组作为空调系统冷热源。

4 机房设计

3.1 空气源热泵机组选型

3 2?e 2
□
□
口 后
矮
6
□ 3 同d
I

图 1 设备布置图
1 低温空气源热泵空调机组 2 冷热水循环水泵 3 电加热器 4 电子水处理器 5 膨胀水箱
6 电器及控制装置

3.2 空气源热泵水系统设计

本空气能热水器系统主力管采用异程式,每层均采用同程式，两台主机为并联方式。系 统

原理图见图 2。

第 口 E L 豆 Jf X « *
& C■

图 2 系统原理图
1 低温空气源热泵空调机组 2 冷热水循环水泵 3 电加热器 4 电子水处理器 5 膨胀水箱

4. 3 其他设备选型

① 冷热循环水泵： KQL100/160-15/2,两用一备，流量 10(W/h,扬程 32mHe，功率 15 kW；

② 电子水处理器： SHN-8,一台，流量 120m3/h-220m'/h,功率 12W：

③ 辅助电加热器： DR-90,两台 ,功率 90kW： DR-60, 一台 ,功率 60 Kw

0

5 末端系统设计

末端系统采用风机盘管+新风系统， 本建筑的营业厅四周为落地玻璃窗， 建筑的进深也 较大， 这样会导致空调负荷较大，且集中在建筑的周闱。在施工图设计时，营业厅采用了内 外分区的 方式。在负荷较大的外区，采用风机盘管+新风方式：在负荷较小的内区，采用吊 顶式空调机组 方式。四层办公区采用风机盘管+新风系统。
6 自动控制

6.1 每台低温空气源热泵空调主机的冷热水进水管上分别设有 1 个水流开关,水流开关与主 机 连锁。当进水量低于主机要求的最低水量时，主机将自动关闭。

6.2 水泵与主机连锁控制，系统启动时，水泵先开启，主机后开启：系统关闭时，主机先关 闭，水泵最后关闭。

6.3 新风机与电动风阀连锁，新风机关闭时，电动风阀关闭，以防止新风机表冷段冻裂。

6.4 电加热器启停控制。电加热器采用分级启停，根据不同水温度，启停相应的电功率。

6.5 主机冬季防冻措施。主机具有两级冬季防冻保护措施：当室外温度低于 5℃时，启动水 泵：当循环水温度低于 15°。时，热泵机组开始制热。

7 实际运行情况

本工程自投入运行以来，已经经历了一个制冷季和两个采暖季。百信图书广场每天营业 10 个小时，一周工作 7 天，在实际运行过程中，业主每天均对系统进行较为详细的数据记 录，从 记录的数据分析可以看出，每年 11 月和次年的 2、 3 月的运行费用较低，为 3 元/m 二 左右：每 年 12 月和次年的 1 月的运行费用较高，为 5 元/m;左右：全年平均为4 元/m：左右。 由此可 见，低温空气源热泵空调系统是比较节能的空调系统。
8 设计得失分析

由于低温空气源热泵空调系统首次应用于北方，使得辅助电加热器的选择容量偏大。在 实 际运行中发现，只有 60 kW 的电加热器在气温较低时运转，一台 90kW 的电加热器只有在 早晨系 统启动时运转 30 分钟左右，而另一台整个冬季几乎不运转。电加热器的选型偏大， 也增加了配 电方面的投资。
9 结束语

9.1 低温空气源热泵空调系统是一种在能型空调系统，该系统不仅运行费用低廉，符合绿色 环 保的要求。

9.2 低温空气源热泵空调系统设计简单，维护方便，且扩大了建筑有效使用面积。

9.3 低温空气源热泵空调系统适合在华北地区、黄河中下游流域和西北的部分地区使用，是 值 得推广的空调系统。