热泵设计选型指导

热泵热水器设计选型指南美的商用工程技术研究所第一章、热泵热水系统的相关概念热泵：热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力做功，输出能用的高品位热能的设备。热泵是把热量从低温端送向高温端的节能的新装置。它由蒸发器、空气压缩机、冷凝器、节流阀等部分组成，利用少量的工作能源，以吸收和压缩的方式，把一特定环境中低温而分散的热聚集起来，使之成为有用的热能。热泵热水器：热泵热水器就是利用热泵技术将低品位热源的热量转移到被加热的水中来制取热水的一种节能设备。空气源热泵热水器：空气源热泵是指以空气为低温热源来制取热水的热泵热水器。按热水加热方式可分为循环式热泵热水器和直热式热泵热水器循环式热泵热水器：使用侧冷水通过水泵多次循环不断地泵入机组进行加热而逐渐使冷水最终加热至需要温度的热泵热水器。直热式热泵热水器：使用侧冷水进入机组后直接加热成所需要温度的热水的热泵热水器。能效比和性能系数：性能系数（COP）的定义为：在额定工况和国家标准规定条件下，空气能热泵制热时，制热量（Q2）与有效输入功率（P）之比，即COP＝Q2／P，其值用瓦／瓦表示。而我们习惯把性能系数（COP）称做能效比，其实能效比（EER）的定义为：在额定工况和国家标准规定条件下，空调器进行制冷运行时，制冷量（Q1）与有效输入功率（P）之比即EER＝Q1／P，其值用瓦／瓦表示。热泵性能系数（COP）的是衡量热水机组的一个重要参数，如果在同一工况下，相同的输入功率，能效比越高，产热量越高。在额定工况下，空气能热泵热水机组的能效比一般能达到4以上。工况：由于空气能热泵在不同的环境温度下以及不同的进水温度下相同的机组而产热量和输入功率不同，为了对空气能热泵性能有个比较的基准而规定的一个共同环境温度和水温。一般情况下，热泵热水机组的额定工况是指：环境干球温度20℃、湿球温度15℃，机器冷水进水温度15℃，温升40℃。低温工况是指：环境干球温度7℃、湿球温度6℃，机器冷水进水温度9℃，温升46℃。制热量：在规定试验工况下，热泵机组在运行时间内提供给热水的热量与运行时间的比值。单位为kW。承压式水箱：指箱体密闭，不与大气相通，并能承受一定水压力的水箱。非承压式水箱：指水箱顶部与大气相通，通过液位控制装置控制其液面的水箱。开式热水供应系统：是指热水管网与大气直接相通的热水供应系统。闭式热水供应系统：是指热水管网不与大气直接相通的热水供应系统。第二章、设备选型计算第一节、生活热水定额表1序号建筑物名称单位最高日用水定额(L)50℃55℃60℃1住宅有自备热水供应和淋浴设备有集中热水供应和淋浴设备每人每日每人每日49~9873~12244~8866~11040~8060~1002别墅每人每日86~3477~12170~1103单身职工宿舍、学生宿舍、招待所、培训中心、普通旅馆设公用盥洗室设公用盥洗室、淋浴室设公用盥洗室、淋浴室、洗衣室设单独卫生间、公用洗衣室每人每日每人每日每人每日每人每日31~9449~7361~9873~12227~4444~6855~8866~11025~4040~6050~8060~1004宾馆客房旅客员工每床位每日每人每日147~19649~61132~17644~55120~16040~505医院住院部设公用盥洗室设公用盥洗室、淋浴室设单独卫生间医务人员门诊部、诊疗所疗养院、休养所住房部每床位每日每床位每日每床位每日每人每班每病人每次每床位每日73~12185~157134~24485~1579~16122~19666~11077~142121~22077~1428~14110~17660~10070~130110~20070~1307~13100~1606养老院每床位每日61~8655~7750~707幼儿园、托儿所有住宿无住宿每儿童每日每儿童每日25~4912~1922~4411~1720~4010~158公共浴室淋浴淋浴、浴盆桑拿浴、(淋浴、按摩池)每顾客每次每顾客每次每顾客每次49~7373~9885~12244~6666~8877~11040~6060~8070~1009理发室、美容院每顾客每次12~1911~1710~1510洗衣房每千克干衣19~3717~2215~3011餐饮厅营业餐厅快餐店、职工及学生食堂酒吧、咖啡厅、茶座、卡拉OK房每顾客每次每顾客每次每顾客每次19~259~124~917~228~114~915~207~103~812办公楼每人每班6~126~115~1013健身中心每人每次19~3117~2815~2514体育场(馆)运动员淋浴每人每次21~4328~2925~3515会议厅每座位每次2~42~42~3注：1、冷水温度按5℃计。2、表内数据引自GB50015(建筑给水排水设计规范)本表摘自CRAA311-2009《热泵热水系统设计、安装及使用规范》第二节、卫生器具的热水用水定额及使用水温表表2序号卫生器具名称一次用水量/L小时用水量/(L/h)使用水温/℃1住宅、旅馆、别墅、宾馆带有淋浴器的浴盆无淋浴器的浴盆淋浴器洗脸盆、盥洗槽水嘴洗涤盆(池)15012570~1003—300250140~20030180404037~4030502集体宿舍、招待所、培训中心淋浴器有淋浴小间无淋浴小间盥洗槽水嘴70~100—3~5210~30045050~8037~4037~40303餐饮业洗涤盆(池)洗脸盆；工作人员用顾客用淋浴器—3—402506012040050303037~404医院、疗养院、休养所洗手盆洗涤盆(池)浴盆——125~15015~25300250~3003550405幼儿园、托儿所浴盆：幼儿园托儿所淋浴器：幼儿园托儿所盥洗槽水嘴洗涤盆(池)10030301515—40012018090251803535353530506公共浴室浴盆淋浴器：有淋浴小间无淋浴小间洗脸盆125100~150—5250200~300450~54050~804037~4037~40357办公楼、洗手盆—50~100358理发室、美容院：洗脸盆—35359实验室洗脸盆洗手盆——6015~25503010剧场淋浴器演员用洗脸盆605200~4008037~403511体育场馆淋浴器303003512工业企业生活间淋浴器：一般车间脏车间洗脸盆或盥洗槽水嘴一般车间脏车间406035360~540180~48090~120100~15037~4040303513净身器10~15120~18030注：1.一般车间指现行《工业企业设计卫生标准》中规定的3和4级卫生特征的车间；脏车间指该标准中规定的1和2级卫生特征的车间。2.表中的用水量均为对应使用水温时的水量。3.一次用水量是指使用一次的用水量，并非卫生器具开关一次的用水量，有些卫生器具使用一次可能要开关数次。4.数据引自GB50015《建筑给水排水设计规范》本表摘自CRRA311—2009《热泵热水系统设计、安装及使用规范》第三节、冷水计算温度（冬季）表3分区地区地面水温度（℃）地下水温度（℃）第一分区黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北部分，宁夏偏东部分46～10第二分区北京、天津、山东全部，河北、山西、陕西的大部分，河南北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小部分410～15第三分区上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部，河南南部515～20第四分区广东、台湾全部，广西大部分，福建、云南的南部10～1520第五分区重庆、贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南地区，广西偏北的一小部分715～20注：数据引自GB50015《建筑给水排水设计规范》第四节、热水用水量计算1、根据人数及床位数和其热水用水水量定额计算Qt=m×qr(式2.4.1)式中：Qt——设计全天热水用水量（L）；qr——热水用水定额(见表)；m——用水计算单位数；2、耗热计算：热水用水量乘温度便得到耗热量，但要注意单位换算，例（同种状态下）：1L水=1kg水，1T水=1m3水=1000L水，公式如下：Qd=Qt·C（tr－tl）·ρr(式2.4.2)式中：Qd——热水日耗热量(kcal)；Qt——设计全天热水用水量（L）；C——水的比热(1.0kcal/kg·℃)；tr——热水的温度(℃)；tl——冷水的温度(℃)；ρr——热水的密度(ρr=1Kg/L)。将以上数据代入计算，上式可简化为：Qd=Qt（tr－tl）(式2.4.3)3、冷水量、热水量和混合水量换算冷水量、热水量和混合水量换算三者的关系如下式Qr+Ql=Qm(式2.4.4)(式2.4.5)式中：Qr、Ql、Qm——分别为热水量、冷水量、和混合水量（L）tr、tl、tm——分别为热水温度、冷水温度、和混合水温度（℃）第五节、设备的选型一、空气能热泵主机选型1、确定日用水量根据公式（2.4.1）可确定每天最高用水量，在用户无特别要求的情况下，单位人数或床位数的额定用水量可按表1进行选取，温度一般按55℃计。表1为规范要求的数据，一般用于要求较为严格的场合，通常我们按下表所列的热水定额进行选取计算。tltrtltmQmQr常见用水量的确定表4序号建筑物名称单位55℃日用水定额(L)常取值（L）1宾馆客房（不带浴缸）每床每日70-120100（带浴缸）每床每日150-2001502一般旅馆每床每日60-100803住宅每人每日50-80604学校（工厂宿舍）单间淋浴每人每日50-8060集体淋浴每人每日40-7050提桶取水每人每日20-50305医院（含病人陪附）每床每日80-1201002、确定热泵机组每天的运行时间热泵热水器作为一种新兴制热水产品，其与传统制热设备(锅炉设备)的制热方式是完全不同的。因热泵机组造价较高、各用水场合热水使用时段不均、用水量不均衡、不同的环境温度机组制热能力也将或高或低变化、不同季节进出水温差不同、不同工作方式的机器最高出水温度也不同等等因素，使得热泵热水机组不能够采取即热式设计(即按小时最大热水量设计)，这就好比如今，市场上的电热水器，有蓄水式和快热式的，蓄水式的需要一个水箱，体积稍大，需要一定的加热时间，快热式非常小巧，可以即时出热水，但它需要非常大的电功率，不仅加大了电网容量，也带来了一些不安全因素，而且设备也很昂贵。综上所述，热泵热水设备的选型需根据设计运行时长，用日热水耗热量除上运行时长，再乘以一个安全系数，就是热泵每小时要提供的制热量。其值可按下式计算：设计小时制热量Qh=F×Qd/(860×T)（式2.5.1）式中Qh——设计小时制热量，也即机器热负荷(kW)F——安全系数，取值范围为1.05~1.1Qd——全天热水耗热量(kcal)T——设计热泵机组日运行时间(h)，其值应根据用水规律、低温热源情况和系统经济性等因素综合考虑确定。不定时供水时，建议取值为8~16h，定时供水时由设计人员酌情确定。3、确定热泵机组型号及台数在以上计算完成后，可进行热泵的选型，在选型时应遵循以下几个原则：a、在全年使用的热水系统中，热水日耗热量应按冬季最不利工况进行设计计算；b、应根据当地气候情况及机组热负荷情况结合机组自身的运行特点合理选择机组。最不利工况点既不能选过高也不能选过低，过高将导致冬季能力不足，过低将导致一般季节能力过剩，投资加大。一般而言，在冬季最冷月平均气温大于0℃以上的地区，可按环境温度为7℃的工况来选择机器，小于0℃的地区可根据具体情况按0℃~5℃℃之间选取工况。c、在确定机器型号时应按照产品特性曲线上对应的工况来选取制热量。d、对于机器数量的选择，原则上当用户的小时耗热量需求小于20kW时可选用1台机组，当小时耗热量需求大于20kW时，应不少于2台机组。e、以下为普利斯特机组在各温度点的制热量的大致衰减量，可用来做为设计参考：气温(℃)-7℃0℃5℃7℃15℃20℃修正系数45%65%72%75%92%100%二、水箱容积的确定由于单位时间的用水水量的不确定特性，确定水箱容积是没有精确的计算公式的，但水箱容