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  • 熱泵供熱系統

    2020-08-11

    熱泵供熱系統

          在當前能源供應趨緊、環境保護要求不斷提高的形勢下,人們在不斷地尋求既節能又環保的新能源,熱泵就是新能源的一種。由于熱泵能實現把低溫熱能輸送至高溫熱能的功能,可大量利用自然資源和余熱資源中的熱量,有效地節約民用及工業所需的一次能源,它作為一種新的供熱技術不僅受到廣泛關注,而且已經迅速地被應用到實際工程中,并已取得了很好效果。

         熱泵的分類

         1.按所選用的熱源種類可分為:①水源型熱泵。就是利用一年四季溫度基本上都比較穩定的溫度較低的地下水、海水及江河水作為熱源,以及利用工業廢水、污水處理廠的處理污水,因其溫度較高,一般高于20℃,不結冰,故也是很好的熱源;②空氣源型熱泵(以下簡稱氣源熱泵),就是直接利用環境大氣作為熱源;③土壤地源型熱泵:就是利用埋設在土壤中盤管內水的流動而吸收土壤中的熱能。土壤吸收大量太陽能形成低位熱能資源,并有蓄熱功能、溫度穩定且全年波動較小,冬季土壤溫度比空氣高,則制熱效率高。

         2.按熱泵系統的用途可分為:①獨立式熱泵熱水系統:就是單純為制備熱水而設置的系統;②熱水與空調聯合式的熱泵系統:就是既具備制備熱水功能,同時還具備空氣調節功能。采用該系統時需要與空調專業共同聯合設計。

         3.按照《地源熱泵系統工程技術規范》GB503662005的規定:地下水源熱泵、地表水源熱泵及地埋管土壤熱泵均定義為地源熱泵系統。

         熱泵的工作原理及特點

         熱泵技術就是在高位能的推動下,將熱量從低位熱源流向高位熱源的技術。也就是說,把不能直接利用的低品位的熱源如空氣、土壤、水、太陽能、工業廢熱等熱源轉化為可利用的高位能熱源,從而達到部分節約一次性如煤、石油、天然氣、電等高位能源的技術。熱泵因其低溫熱源種類不同,其工作原理也有所區別。

         1.地下水熱泵系統,就是將地下水井內的地下水抽出送入熱泵機組,與熱泵的工作介質進行熱量交換后再通過回灌井回灌到原來的地層中去。抽水井和回灌井的數量,由設計負荷、需水量大小、地下水出水能力和回灌能力確定。其抽灌中的形式有一抽一灌抽多灌、多抽多灌及抽灌合一等多種形式。

         2.地表水熱泵系統:就是將江、河、湖泊的水在循環水泵的驅動下,經過處理直接流經熱泵機組或通過中間換熱器進行熱交換的系統為開式系統,將封閉的換熱盤管按照特

    定的排列方式放入具有一定深度的地表水中,傳熱介質通過換熱管管壁與地表水進行熱交換的系統為閉式系統。

    3.土壤源熱泵系統:就是以大地土壤為熱源將熱泵的換熱器埋在地面以下,利用熱泵的循環液體與大地土壤進行冷熱交換的系統。可以分為水平埋管、垂直埋管及蛇形埋管等形式。

    4.空氣源熱泵系統:就是利用專用的工質吸收環境大氣中的熱量而汽化,通過壓縮機壓縮升溫,變成高溫高壓氣體,再經過換熱器與待加熱的水交換熱量而冷卻,最后經過膨脹閥釋放壓力回到低溫低壓的液態

    熱泵如此通過制冷劑的不斷循環與待加熱水交換熱量將水加熱。其能效比(COP值)可高達2.0~5.0。同時在運行中不釋放附加熱能,不排放有害物質,工質與被加熱水完全分開,不會造成二次污染,故屬于節能環保產品。

    11.6.3熱泵系統的選擇

    1,地源熱泵系統方案設計之前,應進行工程場地狀況調查,并應對淺層地熱資源進行勘察。具體勘察內容和要求,應按《地源熱泵系統工程技術規范》GB50366-2005的

    規定執行。

    1)根據工程勘察報告,經技術經濟比較后確定是否采用地熱熱泵系統,以及采用哪種低溫熱源種類的熱泵系統。

    2)游泳池池水加熱系統不得采用地埋管地源熱泵系統。

    3)游泳池池水加熱系統采用水源熱源系統時,水源供水量必須充足。水質滿足熱泵機組要求,否則應采取有效的凈化處理措施。如水源為地下水時,應采取可靠的回灌措施,將換熱后的地下水回灌到同一含水層且不得污染地下水資源,嚴禁將換熱后的地下水直接排放。

         2.游泳池一般都建在城市,利用水源熱泵或土壤源熱泵,尚有一定的條件限制。對設有集中空調系統的大型游泳中心及酒店游泳池,可采用循環冷卻水或冷凍水作為水源熱泵的熱源。

         3.空氣源熱泵系統由于它的熱源是空氣中的熱能,它的熱效率是隨著環境溫度的升高而增加,隨著環境溫度的降低而降低。因此,應對當地的氣溫進行仔細分析,并通過對設備初次投資、設備運行費用、管理費用、環境保護等方面因素進行經濟技術比較后,以確定采用哪一種空氣源熱泵系統。一般可按如下原則選用

         1)在最冷月平均溫度等于及高于10℃的地區可采用氣源熱泵系統,而且可不設輔助熱源。

         2)在最冷月平均氣溫為0~10℃的地區,如采用氣源熱泵系統時,應設輔助熱源。

         3)在寒冷地區最冷月平均氣溫低于及等于-3℃時,應經技術經濟比較后確定是否采用氣源熱泵系統或熱泵機組是否全年運行。

         4)空氣源熱泵的效率是隨著環境溫度的升高而增加,為了獲得較高的熱效率、提高節能效果,適用于年平均氣溫較高的地區。但應注意機組的工作氣溫不得超過其允許的值。一般最高工作氣溫不超過43℃,最低工作氣溫不低于ー7℃(也有資料介紹最低氣溫不宜低于-5℃)。至于有資料介紹:只要環境溫度不低于-40℃、就可以將大氣作為空氣源熱泵的熱源。這種提法是基于空氣源熱泵機組是采用專用的冷凝劑作為工質而講的,因為該制冷劑在一40℃氣溫條件下仍可汽化。因此,設計時應與產品供應商密切配合,探討低溫條件應用的可能性

         5)用于游泳池的空氣源熱泵有兩種類型

         (1)獨立循環加熱型熱泵,即僅具有單一對池水進行加熱的功能。但由于池水加熱與游泳者的淋浴用熱水的水質不同,溫度不同,故兩者應分開設置各自的熱泵系統。

         (2)混合型空氣源熱泵,是一種將游泳池水表面蒸發潛熱回收利用,轉移到池水和空氣中,彌補池水和空氣中的熱損失,并同時實現池水加熱、空氣調節和除濕等三種功能,所以亦稱“三集一體”空氣源熱泵,是室內游泳池的專用熱泵。

         如選用混合型空氣源(也稱三集一體型)熱泵系統時,由于其使用功能上的不同,故游泳者的淋浴用熱水應另行設置獨立的單一功能的空氣源熱泵供熱系統。

        以上兩種形式的產品在我國“珠三角”地區和“長三角”地區的中小型游泳館有較多的使用實例,不僅完全能滿足使用要求,同時節約了能源減少了運行費用,效果良好。在設有標準游泳池和跳水池的大型游泳館工程中,據了解利用空氣源熱泵系統進行池水加熱及空調合用者僅有2例,在運行時間還不到2年的時間內其系統運行穩定,也取得了滿意效果。相信在大型游泳館的應用將會不斷完善并日趨成熟。

        熱泵加熱系統的設計要點

         1.池水加熱所需熱量應按本手冊第11.2節敘述的方法進行計算

         2.游泳者淋浴用熱水所需熱量,應按《建筑給水排水設計規范》GB50015的有關規定計算。

         3.空氣熱泵產熱量計算應遵守下列各項原則

         1)對于不設輔助熱源的系統,采用單一的加熱功能的熱泵系統時,應按全年最冷月的平均氣溫和水溫計算所需熱量。

         2)對于需要設置輔助熱源的系統,采用單一的加熱功能的熱泵系統時,宜按當地春分、秋分兩個季節所在月份的平均氣溫和水溫進行計算所需熱量。

         3)對于采用混合型具有多功能的空氣源熱泵系統,應根據對當地全年的冷熱負荷的分析,分別計算其不同季節的需熱量。采用該型設備時,應以空調專業為主,本專業和設備供應商應主動密切予以配合。但應首先滿足游泳池池水加熱的要求。

         4)游泳者的淋浴用熱水一般采用具有単一加熱功能的熱泵,并設置獨立的供熱系統。

         5)對設置輔助的熱源供熱系統,應該根據最不利工況進行輔助熱源所需供熱量的計算。

         6)最后還應根據當地氣候特點對熱泵的名義制熱量進行修正,并依修正后的熱量和中標產品特性曲線、實際工況選定熱泵名義制熱量。修正因素的取值一般為:①室外計算溫度修正系數:按所選產品樣本選用或由產品供應商提供;②融霜修正系數:如每小時融霜一次時取0.9:如每小時融箱二次時取0.8。

         7)空氣源熱泵機組與相關設備的計算方法,應按《全國民用建筑工程設計技術措施?節能專篇?給水排水》分冊(2007年版)和國家給水排水標準圖集0655127《熱泵熱水系統選用與安裝》的規定進行計算。

        8)由于目前市場上的產品種類較多,各項參數不完全一致。所以,在選擇設備時應按夏季工況校核,在最不利工況下空氣源熱泵機組的能效比(COP)值不宜低于2.0。

         空氣源熱泵機組配置

         1.由于全年四個季節的氣溫和濕度處在不斷變化中,所以應根據當地氣溫和負荷變化的具體情況確定機組的數量和運行方式,一般在一個系統中的機組數量不宜少于2臺,而且機組應為相同型號,此情況下可不設備用機組。

         2.熱泵機組應效能高,并適合當地的氣候條件和實際工程使用要求,游泳池的循環水流采用分流量加熱方式。

         3.應具有水溫控制、水流保護、過流保護、冷媒高低壓保護、壓縮機延機啟動等功能

        4.由于游泳池水的長效消毒大多采用氯制品消毒劑,池水中含有一定的余氯,具有定的腐蝕性。因此,與被加熱池水接觸的材質應能耐氯的腐蝕。故冷凝熱交換器應盡量選用鈦合金材質的熱交換器,或雙板(管)銅質或O2Cr17Nil4Mo2(3161L)不銹鋼材質的熱交換器。

         5.機組要有專用的冷媒工質經過壓縮、冷凝、節流膨脹、蒸發等各個環節才能完成加熱過程,故冷媒工質應采用性能穩定、運行安全可靠、無二次污染、與壓縮機和相關配件相匹配的高效環保型工質。

         6.空氣源熱泵在國內尚無國家及行業產品標準,市場上的產品種類繁多,且質量參差不齊。因此,選用時應認真進行調查研究,分析對比,并與專業公司一起共同進行該項工作。

         游泳池池水初次加熱時間的處理

         由于選用的游泳池類的熱泵是按全年滿足游泳池池水保持“恒溫”確定的。如要滿足《規程》對初次加熱時間的要求,可以采用由熱泵機組與輔助加熱設備同時運行的辦法來解決。

         空氣源熱泵機組布置的要求

         1.機組一般可布置在屋面上或使用該設備的建筑物鄰近地面上,并應遠離人流較密集的地方,以防止機組運行氣流和噪聲對環境的影響;

        2.機組為側進風時,其進風面距墻的距離不小于1.5m,兩臺機組進風面相對布置時,其間距不小于3.0m;機組控制柜的柜面與墻面的距離不小于1.2m

         3.機組為頂部出風構造時,其出風口上部的凈空不小于4.5m

         4.機組周圍只允許一側的隔墻高度高出機組高度;

         5.機組基礎高度應不小于300mm,并大于當地的積雪厚度;

         6.機組設置處應設置排除機組產生的較大量冷凝水的措施。

     

     

     

     

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