[分享]家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析

发表于2018-04-03     1298人浏览     0人跟帖     总热度:126  

  家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_1
随着人民环境保护意识的增强以及科技高速发展,高效、节能、环保的空气源热泵技术逐步受到人们的青睐,此技术以吸收空气中大量的热能作为主要能量,节能效果明显,在工作中无废气,噪声小,不污染环境。尤其是近年来,长江中下游流域等无集中采暖区域,人民生活条件提升较快,各类居住建筑生活热水、以地暖为代表的采暖需求量迅速上升,也促进了空气源热泵采暖系统的发展,以空气源热泵三联供机组为代表的集约化、智能化趋势也愈加明显。
 
1空气源热泵的原理和性能指标
1.1 空气源热泵的原理
  水泵可以把水从低处打到高处,热泵则可以把低温物体的热量传送给高温物体。空气源热泵就是这种从低温空气中采集热量,再把热量输送给高温物体的装置。它是利用逆卡诺循环原理,即借助少量电力,推动压缩机对制冷剂工质做功,即在常温常压下让工质能通过热交换器吸收自然环境中空气的热量,同时工质从液态变为气态。再通过电力驱动的压缩机将其气体压缩为较高温高压的气体,最后将水通过另外一个热交换器从而获得热水。由此可见,常规空气源热泵热水机组主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀等几大部分组成,还包括循环水泵和热水箱等末端设备。
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_2
  由能量平衡原理可知所获热水包含了从环境中吸收的热以及压缩机输入做功的大部分。由压缩机消耗的功转化成的热仅是热泵输出热量的一小部分,而大部分是自然界提供的自然能,这种能量是免费和取之不尽的。所以热泵与直接使用电能相比是一种高度节能的机械装置。
  空气源热泵由能量平衡原理可知所获热水包含了从环境中吸收的热以及压缩机输入做功的大部分。由压缩机消耗的功转化成的热仅是热泵输出热量的一小部分,而大部分是自然界提供的自然能,这种能量是免费和取之不尽的。所以热泵与直接使用电能相比是一种高度节能的机械装置。
1.2 空气源热泵的性能和影响因素
  空气源热泵机组的一个重要参数就是COP(Coefficient of performance)值,即有效(利用)系数或性能系数,理想的性能系数为逆卡诺循环的效率,由下式表示:
  空气源热泵机组的一个重要参数就是COP(Coefficient of performance)值,即有效(利用)系数或性能系数,理想的性能系数为逆卡诺循环的效率,由下式表示:
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_3  理想的逆卡诺循环的效率很高,可以达到8~9。但是由于空气源热泵蒸发器和冷凝器的效率小于1、压缩机效率小于1和机械摩擦损失等因素,实际的COP值一般为3~4,约为理想值的1/3左右。影响空气源热泵的性能还有环境温度、单位时间制热量等外界因素。通过相关试验数据得出结论:环境温度根据它对空气源热泵系统COP值的不同影响可以分为高、中、低三个温区,其中中温区(5~30℃)环境温度的变化对系统工作效率影响显著,环境温度30℃时系统运行性能最佳。系统COP值随水箱设定温度的升高呈近线性下降的趋势,当水箱设定温度为60℃时,各种环境温度下运行的COP值都降到最小,同时环境温度越低,水箱设定温度对COP值影响愈加明显,进一步表明环境温度是影响空气源热泵热水系统运行性能的最重要因素。
2 三联供机组的分类、系统组成及性能指标
2.1 三联供机组的分类
  三联供是可以提供空调、地暖和热水三种功能的热泵机组。也称为三联供热泵、三联供空调。按照热源的来源不同,三联供分为空气源热泵三联供和地源热泵三联供。其中地源的产品又被称为水源热泵三联供、地源热泵三联供等。空气源热泵三联供从用途上来分类,分为家用空气源三联供和商用空气源三联供。本文分析的即为美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统。
2.2 美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供机组的系统组成及运行过程
  三联供系统包括主机部分(含水泵,膨胀罐等)、室内末端部分(含线控器等)、室内地暖部分(含分水器和温控器等)、中央热水部分(含水箱、回水控制等)。 
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_4
  美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统,有空调制冷、空调制热、制热水、地暖和制冷制热水五种模式。
  在需要空调和热水的情况下,设定“制冷兼热水模式”。在此模式下,当空调管道回水温度高于12℃时启动“制冷”运行,直到回水温度低于7℃(可设定)停机;当热水箱中水温低于50℃时启动“热水”运行,直到水温到达55℃(可设定)停机;当回水温度高于12℃同时热水箱中水温低于50℃时启动“制冷兼热水”运行,直到热水箱水温到达55℃或者空调回水温度低于7℃(可设定)停机。在此模式下,启动空调末端(风机盘管)就可以得到保持设定温度、清凉干爽的室内环境,开启热水龙头,就可以得到50-55℃的生活热水。
  在仅仅需要空调的情况下,设定“制冷模式”。在此模式下,当空调管道中的回水温度高于12℃时启动“制冷”运行,直到回水温度低于7℃(可设定)停机;热水功能不启动。在此模式下,启动空调末端(风机盘管)就可以得到保持设定温度、清凉干爽的室内环境。
  在仅仅需要热水的情况下,设定“热水模式”。在此模式下,当热水箱中水温低于50℃时启动“热水”运行,直到水温到达55℃(可设定)停机。在此模式下,开启热水龙头,就可以得到50-55℃的生活热水。
  在仅仅需要制热的情况下,设定“制热模式”。在此模式下,当空调管道中的回水温度低于40℃时启动“制热”运行,直到回水温度高于45℃(可设定)停机;热水功能不启动。在此模式下,启动空调末端(风机盘管)或者启动地暖温控器就可以得到保持设定温度、温暖舒适的室内环境。
  在需要制热及热水的情况下,设定“制热兼热水模式”。在此模式下,当热水箱温度低于50℃时启动“制热水”运行,直到热水箱水温达到55℃停机;当空调管道或地暖管道回水温度低于40℃时启动“制热”运行,直到回水温度高于45℃(可设定)停机;当同时需要“制热”和“制热水”时优先启动制热水,直到热水达到设定温度后再切换到制热。在此模式下,启动空调末端(风机盘管)或者启动地暖温控器就可以得到保持设定温度、温暖舒适的室内环境;打开热水龙头就可以获得50-55℃的生活热水。
2.3 美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供机组的性能指标
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_5
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_6
3 工程实例
  以池州香樟里那水岸楼盘为例,池州地区地理坐标:东经116°38′至108°05′,北纬29°33′至30°51′,海拔高程:13.78m。属暖湿性亚热带季风气候,日照充足,季风明显,四季分明(春暖、夏炎、秋凉、冬冷)、梅雨显著、过渡性明显,雨量充足,光照充足无霜期长,年均无霜期220天,最长286天。年平均气温16.5℃,一月最冷月平均气温在0℃,约为4℃,七月最热月在28℃左右。香樟里那水岸楼盘为新建,配套安装美的“变频三剑”家用空气源热泵空气源热泵三联供系统1650套。
3.1美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统配置说明
  楼盘共计约1650户,因该项目户型有多种户型,本文选取其中一个数量较多的B2户型为例:套型面积为120m2,建筑面积为115 m2,套内面积为102 m2,根据房型信息对房间制冷、地暖、生活热水进行系统性设计。
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_7
3.2美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统主机设备选型
  根据房间的功能,主要采用冷负荷指标进行选择,配置末端室内机5台,末端及主机具体配置表格如下:
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_8
3.3美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统地暖部分设计
  房间热负荷按照《地面辐射供暖技术规程》(JGJ142-2004)3.3.2条规定“计算全面地暖辐射供暖系统的热负荷时,室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2度,或去对流采暖系统计算热负荷的90%-95%,此处以降低2度计算”。
  低温热水地面辐射供暖系统的供回水温度应由计算确定,民用建筑供水温度宜采用35-50度,不应超过60度,供、回水温差宜小于或等于10度。
  根据此项目的实际情况,考虑到本地的冬季平均气温及楼盘定位,设计上尽力考虑满足业主使用的舒适性,按照每平米150 W计算。
  地暖热量需求:80 m2×150W/ m2=12.0KW
  机型提供热量:12KW÷(70%池州地区冬季衰减余量)=17.1KW
  则选用1台美的“变频三剑”空气源热泵主机KRSJF-V160/N1-610,满足地板采暖需求,另按主机能力的30%配置电辅热(同时要兼顾家庭的供电负荷),以备超低温天气使用。
3.4美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统能耗及经济分析
3.4.1计算依据
  以上述B2户型为例,住宅的采暖面积为80m2,除厨房阳台外,户内其它房间均有采暖,采暖末端采用低温地板辐射采暖。采暖设计参数为:风速3m/s、室内温度18℃。现建筑节能住宅小区的单位建筑面积热负荷约为45w/m2(现国家规定节能建筑选用的最大的负荷),折合每平方米38.7kcal/h。住宅小区壁挂炉使用的是天然气,热值为7800kcal/ m3,其平均效率为80%。价格为3.0元/ m3;电采暖使用的是家用电,热值为860 kcal/度,其平均效率为95%,价格为0.56元/度。
3.4.2系统采暖季运行费用计算与比较
  按照24小时全天不间断全部采暖,保证室内温度18℃:
1、使用天然气作为热源费用计算
  根据计算说明,每平方米每天消耗的热量为38.7kcal/h×24h=928.8kcal,每平方米每月所需的天燃气量为928.8kcal/7800kcal/m3×30天=3.57 m3,则该户型(B2户型80m2采暖面积)使用燃气采暖每个月的采暖费用为3.57 m3×3.0元/ m3×80 m2÷0.8(平均效率)=1070.00元/月。
2、使用电作为热源费用计算
  根据计算说明,每平方米每天消耗的热量为38.7kcal/h×24h=928.8kcal。每平方米每月所需的电量量为928.8kcal/860kcal/m3×30天=32.4 度。则该户型(B2户型80m2采暖面积)使用电采暖每个月的采暖费用为32.4 度×0.56元/ m3×80 m2÷0.95(平均效率)=1528.00元/月。
3、使用美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组作为热源费用计算
  空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过自然能(空气蓄热)获取低温热源,经系统高效集热整合后成为高温热源,用来取(供)暖或供应热水。根据专业机构检测,冬季机组能效比cop值为2.5以上。则该户型(B2户型80m2采暖面积)使用电采暖每个月的采暖费用为32.4 度×0.56元/ m3×80 m2÷0.95(平均效率)÷2.5=611.00元/月。
故系统采暖季(地板采暖)按每年3个月运行,使用美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组与天然气费用节省对比:(1070-611)*3=1377元;使用美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组与电采暖费用节省对比:(1528-611)*3=2751元。
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_9
  故系统生活热水使用美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组与太阳能加电辅热相比年运行费用节省:(3286—2373)/5=182.6元;使用美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组与电热水器相比年运行费用节省:(9994—2373)/5=1524元。
3.4.5 经济效益说明家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_10
注:1、池州地区按照全年3个月采暖季计算,生活热水按照全年每天200L使用量计算。
2、以上运行费用概算是根据池州市地区室外0℃气温,室外风速3m/s时进行计算得来。池州地区冬季大部分平均气温高于0℃以上,实际运行费用会有很大降低,且美的“变频三剑”空气源热泵三联供机组系统夏天空调运行时,生活热水基本免费,节能效果更为显著。
4美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统实测数据分析
  以上述B2户型为例,测试各种使用情况下的运行数据: 
4.1使用情况1:房间全开,设定50℃水温
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_11
启动平均电量为4.14(kwh/h),稳定运行平均电量为3.89(kwh/h)。
4.2使用情况2:房间全开,设定44℃水温
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_12启动平均电量为3.72(kwh/h),稳定运行平均电量为3.19(kwh/h)。
4.3使用情况3:房间全开,设定40℃水温
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_13平均电量为2.88(kwh/h)。
4.4使用情况4:单开主卧,设定37℃水温
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_14平均电量为2.18(kwh/h)。
4.5各类使用情况下(高、中、低冷热)的噪音数据
家用空气源热泵三联供系统方案设计及案例分析_15制冷、制热待机等工况下音质均优于相关标准,音质较好。
5总结
  系统运行费用不仅受到天气、建筑本身的保温性能以及采暖系统的节能性,还受到用户本身的使用水平高低等种种因素的影响。
  1、随着地暖设定水温的降低,运行费用会越来越低,通过实测数据可知,在同等耗电的情况下,提高一度就约增加3.6%的耗电量。建议加强与用户的宣贯:在冬季采暖的时候,不要把温度调得太高,合理设置采暖温度是实现地暖节约最关键的部分。不管是从人体舒适度还是节能角度考虑,建议设定温度在16度到17度最佳。
  2、从全负荷与部分负荷的实测数据进行分析:房间全开和单开的耗电量明显相差较大,建议每户装房间温控器,单独控制。
  3、美的“变频三剑”家用空气源热泵三联供系统在满足空调要求时,同时解决了热水、冬季采暖需求,初投资可节省30%左右,综合运行费用根据实际使用状况,保守节能20%以上。
  4、同时选择地暖和制热水模式:建议设置“制热水优先”,机组优先制热水,热水达到设定温度下自动转为地暖模式。地暖需等热水达到设定温度才能使用,一般一个半小时左右,比较节能。
  5、同时选择空调制热和制热水模式:建议设置“制热水优先”,机组优先制热水,热水达到设定温度下自动转为制热模式,空调制热需等热水达到设定温度才能使用,一般一个半小时左右,比较节能。

扫码加入筑龙学社  ·  暖通空调微信群 为您优选精品资料,扫码免费领取
分享至

分享到微信朋友圈 ×

打开微信"扫一扫",扫描上方二维码
请点击右上角按钮 ,选择 

键盘汪汪汪

北京 顺义区 | 给排水

3 关注

999+ 粉丝

981 发帖

864 荣誉分

该博主未添加简介

猜你爱看

添加简介及二维码

简介

还可输入70字

二维码(建议尺寸80*80)

发站内信息

还可输入140字
恭喜您已成功认证筑龙E会员 点击“下载附件”即可
分享
入群
扫码入群
马上领取免费资料包
2/20