陜西土木建筑網(wǎng)首頁(yè) > 學(xué)術(shù)研究 > 課題研究 > 寒冷地區(qū)空氣源熱泵機(jī)組應(yīng)用探討

摘要：介紹了空氣源熱泵機(jī)組的特點(diǎn)，探討了空氣源熱泵機(jī)組在北方寒冷地區(qū)設(shè)計(jì)選用時(shí)的一些體會(huì)。北方寒冷地區(qū)夏季最高溫度峰值較低，高溫天氣持續(xù)時(shí)間短，空氣源熱泵機(jī)組即使采用風(fēng)冷形式，仍可滿(mǎn)足夏季絕大多數(shù)天氣狀況時(shí)的供冷要求。...

寒冷地區(qū)空氣源熱泵機(jī)組應(yīng)用探討

張奕宜

(蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院甘肅蘭州730000)

    過(guò)去我國(guó)北方寒冷地區(qū)由于夏季最高溫度峰值較低，高溫天氣持續(xù)時(shí)間短，所以在關(guān)注室內(nèi)環(huán)境的問(wèn)題上，一直比較注重于冬季供熱。近年來(lái)，隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的要求也越來(lái)越高，對(duì)夏季制冷也提出了更高的要求，因此不但有越來(lái)越多的新建建筑采用了中央空調(diào)系統(tǒng)，而且也有很多舊有建筑諸如商場(chǎng)、賓館、辦公樓等存在空調(diào)改擴(kuò)建的情況。本文僅就空調(diào)系統(tǒng)選用空氣源熱泵機(jī)組作為冷熱源時(shí)談一些淺見(jiàn)。

1、空氣源熱泵機(jī)組的特點(diǎn)

    1.1空氣源熱泵機(jī)組是一種單元整體式機(jī)組，集制冷、加熱、送風(fēng)、空氣凈化、電器控制等于一體，機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，自帶冷熱源，常以模塊化設(shè)計(jì)，組合方便。

    1.2機(jī)組在結(jié)構(gòu)上考慮了防雨措施，安裝于屋頂或室外平臺(tái)上時(shí)，可不設(shè)防雨和遮陽(yáng)設(shè)施。

    1.3機(jī)組自帶全電腦控制，自動(dòng)化程度高，而且機(jī)組電器連接緊湊，現(xiàn)場(chǎng)只需連接少量的控制線(xiàn)和主電源線(xiàn)即可。

    1.4機(jī)組采用風(fēng)冷卻系統(tǒng)，具有安裝于屋頂或室外平臺(tái)上，不占用室內(nèi)的有效面積，省去冷卻水系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)；但也使機(jī)組存在一個(gè)顯著的弱點(diǎn)：就是在其供熱運(yùn)行時(shí)，隨室外溫度的降低，其供熱量逐漸減少，而建筑物的熱負(fù)荷卻逐漸增加。所以在實(shí)際工程的應(yīng)用中，這一特點(diǎn)也是機(jī)組選用時(shí)最關(guān)注的問(wèn)題。

2、機(jī)組在空調(diào)改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用

    對(duì)于舊有建筑空調(diào)系統(tǒng)改擴(kuò)建工程而言，一般原有采暖供熱系統(tǒng)不拆除，新增空調(diào)系統(tǒng)的主要作用為夏季供冷、過(guò)渡季節(jié)的供熱及最冷天氣時(shí)的附加供熱。

    由于北方寒冷地區(qū)夏季最高溫度峰值較低，高溫天氣持續(xù)時(shí)間短，空氣源熱泵機(jī)組即使采用風(fēng)冷形式，仍可滿(mǎn)足夏季絕大多數(shù)天氣狀況時(shí)的供冷要求，以蘭州某商場(chǎng)為例，即使在空調(diào)系統(tǒng)改擴(kuò)建中使用了空氣源熱泵冷熱水機(jī)組，經(jīng)過(guò)一個(gè)夏季的運(yùn)行，除在最高氣溫持續(xù)的幾天里達(dá)不到室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度的要求外，其余時(shí)間均運(yùn)行狀況良好。

    北方寒冷地區(qū)的過(guò)渡季室外氣溫變化多，晝夜溫差大，此時(shí)由于供暖系統(tǒng)的停運(yùn)，室內(nèi)溫度常低于人體舒適溫度的要求，新增的空調(diào)系統(tǒng)間歇啟用、全新風(fēng)工況運(yùn)行，由于此時(shí)室外溫度不是很低，因此建筑物的耗熱量相對(duì)較低，而熱泵機(jī)組的效率是比較高的，所以選用空氣源熱泵機(jī)組作為熱源，可以達(dá)到比較理想的使用要求。

    對(duì)于最冷天氣時(shí)的附加供熱運(yùn)行，雖然熱泵機(jī)組的效率偏低，但由于原采暖系統(tǒng)已滿(mǎn)足供熱要求，因此對(duì)附加供熱量的要求并不高。所以采用空氣源熱泵機(jī)組作為新增空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，可以使新增空調(diào)系統(tǒng)滿(mǎn)足使用要求。

    另外，采用空氣源熱泵機(jī)組作為新增空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源，也減少了使用水冷機(jī)組在改造工程中的一些困難，例如水冷機(jī)組需要在室內(nèi)占用機(jī)房，而機(jī)房位置的選取需考慮系統(tǒng)配置、剪力墻的位置、噪聲振動(dòng)對(duì)周?chē)�房間的影響等諸多因素，對(duì)于布局開(kāi)問(wèn)已建成的建筑物來(lái)說(shuō)有時(shí)還是比較困難的。顯然，空氣源熱泵機(jī)組因?yàn)橹糜谑彝舛�避開(kāi)了這一難題。再例如水冷機(jī)組的冷卻水系統(tǒng)，對(duì)于已建成的建筑物來(lái)說(shuō)，其安裝過(guò)程中的工作量往往大于新建建筑，而空氣源熱泵機(jī)組因?yàn)椴捎蔑L(fēng)冷系統(tǒng)，不但節(jié)省了冷卻水系統(tǒng)的設(shè)備投資，而且也免去了安裝的工作量。

    因此筆者認(rèn)為，在空調(diào)改擴(kuò)建工程中，應(yīng)優(yōu)先考慮采用空氣源熱泵機(jī)組作為新增空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的方案。

3、機(jī)組在新建建筑空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

    3.1機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)唯一冷熱源時(shí)的不足

    新建建筑采用中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，一般不再設(shè)采暖系統(tǒng)，因此，中央空調(diào)系統(tǒng)需擔(dān)負(fù)起建筑物全年的供冷供熱負(fù)荷。由于北方地區(qū)的建筑物冬季耗熱量大于夏季制冷量，因此如采用空氣源熱泵機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)唯一的冷熱源時(shí)，需按照冬季熱負(fù)荷選取設(shè)備容量。冬季所有機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，夏季部分機(jī)組運(yùn)行。前面已經(jīng)談到空氣源熱泵機(jī)組采用風(fēng)冷的形式，其弱點(diǎn)在于供熱(冷)量的不穩(wěn)定，而北方地區(qū)的冬季最低氣溫峰值低，低溫天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)冬季的供熱要求比較高，所以采用這一方案，初投資比較大。從夏季供冷的要求考慮，系統(tǒng)的富裕量頗大，而冬季供熱時(shí)，卻不能完全保證空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度。針對(duì)這一情況，增設(shè)輔助熱源的方式是合理的。

    3.2確定輔助熱源規(guī)模的方案探討

    (1)方案一：主要是基于能量平衡的概念設(shè)計(jì)確定的，即首先根據(jù)建筑物的夏季冷負(fù)荷(Q冷)確定空氣源熱泵機(jī)組的規(guī)模，以此計(jì)算出機(jī)組在冬季可供給的熱量(Q1)，再根據(jù)建筑物的冬季熱負(fù)荷(Q)，扣除機(jī)組在額定參數(shù)下可供給的熱量(Q1)，其余熱負(fù)荷(Q2)采用燃油或燃?xì)忮仩t供給，以此確定輔助熱源的規(guī)模，運(yùn)行時(shí)，當(dāng)室外氣溫(tw)低于機(jī)組供熱的額定室外溫度時(shí)，啟動(dòng)輔助熱源系統(tǒng)，空氣源熱泵機(jī)組在整個(gè)供熱季節(jié)始終運(yùn)行。

    (2)方案二：在方案一中，由于空氣源熱泵機(jī)組隨著室外溫度的降低，效率也不斷降低，而鍋爐的效率并不受室外溫度的影響，因此當(dāng)室外溫度低于某一個(gè)值時(shí)，空氣源熱泵機(jī)組的效率將低于鍋爐的效率。如果在這一階段依然采用空氣源熱泵機(jī)組與鍋爐同時(shí)運(yùn)行，勢(shì)必增加一次能源的消耗量；如果在確定輔助熱源的規(guī)模時(shí)，采用最佳能源利用率平衡點(diǎn)溫度的概念，即確定一轉(zhuǎn)換溫度，確定條件是當(dāng)熱泵機(jī)組的利用系數(shù)等于鍋爐的利用系數(shù)時(shí)，即E熱泵=E鍋爐，在此溫度以上，運(yùn)行熱泵機(jī)組，該溫度以下，關(guān)閉熱泵機(jī)組，全部運(yùn)行輔助熱源。這樣，就可以保證熱泵機(jī)組在較高：的效率下運(yùn)行，使整個(gè)供熱季節(jié)均能獲得較高的一次能源利用率，從而減少了一次能源的消耗量。但是，根據(jù)相關(guān)資料顯示，平衡點(diǎn)溫度往往高于機(jī)組供熱的額定室外溫度，所以采用這一方案，會(huì)增加輔助熱源的設(shè)備容量，初投資將大于方案一。

    由于各地區(qū)氣象條件的差異，熱泵機(jī)組和鍋爐的效率在各地區(qū)是不相同的，因此各地的平衡點(diǎn)溫度不同。另外空氣源熱泵機(jī)組除有冷熱水機(jī)組外，也有全冷劑系統(tǒng)，而輔助熱源的供熱介質(zhì)為熱水，因此輔助熱源系統(tǒng)的投資在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中所占的比例也不相同；所以在實(shí)際的工程應(yīng)用中，究竟采用那種方案確定輔助熱源的規(guī)模，還需根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較之后決定。  

參考文獻(xiàn):

[1]姜益強(qiáng)姚楊馬最良．空氣源熱泵冷熱水機(jī)組供熱最佳能源利用率平衡點(diǎn)溫度的研究．《建筑熱能通風(fēng)空調(diào)))2000．2

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  尚雯瀟  尹維維 編輯 文徑 審核)

上一篇： 節(jié)能建筑的設(shè)計(jì)

下一篇： 營(yíng)造宜人的城市濱水空間