北方低温空气源热泵空调系统解决设计方案

北方低温空气源热泵空调系统设计方案摘要：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，并对系统设计的注意事项进行了阐述，对系统初投资和运行费用进行了分析。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。关键词：低温空气源空气源热泵节能1工程简介秦皇岛市百信图书广场位于秦皇岛市开发区，目前是秦皇岛市最大的综合类图书市场。本建筑长49.2m，宽35.1m，总建筑面积6900m2；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，2002年10月完工，2002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。表1室外空调计算参数季节室外计算干球温度(℃）室外计算湿球温度(℃）室外计算相对湿度(%)室外风速(m/s)大气压力(hPa)夏季32.726.22.31002.2冬季-12522.61023.42.2室内空调设计参数，见表2。表2室内空调设计参数房间名称夏季冬季噪声(dBA)新风量(m3/h·p)温度(℃)相对湿度(%)温度(℃)相对湿度(%)图书室24-27≤608-20≥40≤4512阅览室24-27≤608-20≥40≤4012办公室24-27≤558-20≥40≤5030会议室24-27≤608-20≥40≤45303冷热源选择3.1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，没有城市集中供热，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。秦皇岛市没有电增容，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。3.2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备注制冷量（kW）816820820820制热量（kW）840660660660制冷机房（万元）108515151制热机房（万元）0282624电气（万元）18232323含控制机房土建费(万元)0303030合计（万元）1261321301283.3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方案1方案2方案3方案3单位发热值3600Kj/kW·h3600Kj/kW·h11200Kj/m340000Kj/kg(l)机组热效率2.5:10.950.80.8产生1kW热量需要资源量0.4kW·h1.05kW·h0.39m30.14kg(l)单位资源费用0.5元/kW·h0.5元/kW·h0.7元/m33.2元/kg(l)产生1Kw热量需要的费用0.20元0.52元0.28元0.45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4.1空气源热泵机组选型图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4.2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。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100m3/h，扬程32mH2o，功率15kW；②电子水处理器：SHN-8,一台，流量120m3/h-220m3/h，功率12W；③辅助电加热器：DR-90，两台，功率90kW；DR-60，一台，功率60Kw。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，且集中在建筑的周围。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/m2左右；每年12月和次年的1月的运行费用较高，为5元/m2左右；全年平均为4元/m2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60kW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节能型空调系统，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。参考文献：1电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册.北京:中国建筑工业出版社,19952顾兴蓥.民用建筑暖通空调设计技术手册.北京:中国建筑工业出版社,19963马最良，杨自强，姚杨等.空气源热泵冷热水机组在寒冷地区应用的分析.暖通空调，2001，34姜益强，姚杨，马最良.空气源热泵供热最佳经济平衡点的探讨.暖通空调，2001，3