空气能热泵热水机组的设计选型

空气能热泵热水系统的设计选型随着人们生活水平的提高，热水器在各个场所使用越来越广泛。而选择中央热水工程方案首要考虑安全，同时要求管理方便、节能和环保。空气源热泵热水机组没有燃烧，没有排放，没有易燃易爆触电等隐患，比各种锅炉、电热水器都安全。又不像太阳能怕阴雨天和黑夜，能够全天侯工作。机组自动运行可无人值守。不仅初投资小，而且运行费用非常低，因此近年来空气能热水系统迅速发展。空气源热泵热水设备是新一代的节能环保产品，符合当前建设节能社会的国策。该系统采用热泵逆卡诺原理，从空气中的到大量免费热能，不但环保、安全、管理简单(全自动控制)，而且不受天气影响全天候运行，是目前所有热水系统中综合经济性能最好的一种,可以节省可观的运行费用。下面根据设计手册，和09版给排水技术措施对空气源热泵机组的设计选型做了单独整理。一、热泵热水机组选用要求空气能热水机组热源是空气，其性能受环境影响较大，根据现有资料：1.环境温度低于-15℃时，大部分热水机阻不能正常启动。这就要求热水机组使用区域要求适用地区冬季环境温度最低温度高于-15℃。2.环境温度低于10℃时，热水机组制COP值开始衰减。这意味着要满足用户要求，系统需要辅助热源。这就加大了热水系统的能耗。热水用水不经济。由此可知空气源热泵热水机组适用于夏热冬暖地区。根据我国气候条件，推荐在长江以南地区选用空气源热泵机组。二、热水供水系统设计（一）计算参数1.热水用水定额2.冷水温度在计算热水系统的耗热量时，冷水温度应以当地最冷月平均水温资料确定。无水温资料时，可按表6.2.1确定。3.用水水温采用集中热水供应系统的住宅，配水点的水温不应低于45℃。盥洗用、沐浴用和洗涤用的热水水温参见表6.2.3注意：集中热水供应系统中，在水加热设备和热水管道保温条件下，加热设备出口处与配水点的热水温度差，一般不大于10℃。（二）热水量和耗热量的计算1.日耗热量和热水量的计算全日供热水的住宅、宿舍、别墅、招待所、培训中心、旅馆、宾馆、办公楼、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所(有住宿)等建筑的集中热水供应系统的日耗热量、热水量可分别按下列公式计算：2.设计小时耗热量1）全日集中热水供应的居住小区的设计小时耗热量按下列情况分别计算：a.当小区的公共建筑(如餐馆、娱乐设施等)的最大用水时段与住宅的最大用水时段一致时，应按两者的设计小时耗热量叠加计算，设计小时耗热量计算见公式（6.4.2-1）b.当小区内有与住宅的最大用水时段相同的公共建筑(如餐馆等)和不相同的公共建筑(如办公用房等)，则设计小时耗热量应为住宅与前者的设计小时耗热量加后者的平均小时耗热量计算。2）全日集中供应热水的宿舍(I、Ⅱ类)、住宅、别墅、酒店式公寓、招待所、培训中心、旅馆与宾馆的客房(不含员工)、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所(有住宿)、办公楼等建筑的全日集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下列公式计算：3）定时集中供应热水的居住小区、住宅、旅馆、医院及工业企业生活问、公共浴室、宿舍(Ⅲ、Ⅳ类)、学校、剧院、化妆间、体育场(馆)等建筑物的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：4）具有多个不同使用热水部门的单一建筑或具有多种使用功能的综合性建筑，当其热水由同一热水供应系统供应时，设计小时耗热量可按同一时问内出现用水高峰的主要用水部门的设计小时耗热量加其他用水部门的平均小时耗热量计算。3.设计小时热水量设计小时热水量按下式算：（三）设备选型1.机组小时供热量空气能热泵热水机组小时供热量按下式计算：空气能热泵机组系统中没有辅助热源是，要求机组的名义制热量满足公式6.8.52.热水贮水器的选择1）水供用系统中，当小时供热量小于或周期性小于耗热量时，热水贮热器的贮水容积应根据小时供热量曲线和小时耗热量曲线以及热水贮水器的工作情况计算决定。其水箱有效容积应按下式近似计算：Vr=（1.2～1.25）Wmax/cρ（tr-tL）式中Vr——热水贮水器容积（L）Wmax——热水贮水器所需的最大贮热量（KJ）1.2～1.25——容积附加系数，定温变容水箱取1.1-1.2.闭式热水罐取1.2.；变温变容水箱取1.2～1.25。2）集中热水供应系统中，当小时供热量等于设计小时耗热量时，热水贮水器的贮水容积可按经验计算决定。a.住宅、旅馆、医院、集体宿舍和公共浴室，热水贮水器的有效容积应不小于45min设计小时耗热量。Vr≥0.75W/cρ（tr-tL）式中Vr——贮水器有效容积（L)b.工业企业淋浴室热水贮水器的有效容积应不小于30min设计小时耗热量、Vr≥0.5W/cρ（tr-tL）贮热和加热合一的容积式水加热器和开始加热水箱，冷水从下部进入，热水从上部送出，还需附加箱底加热部分的容积。立式容积式水加热器附加10%，卧式容积式水加热器和开始加热水箱附加20～25%。3.加热循环中循环泵的选择水箱与机组之间需要水泵为加热循环提供动力。此时循环水泵的流量应根据换热器大小确定。计算公式如下：qx=1.15~1.2QgCρ∆t式中Qg——设计小时供热量（KJ/h）qx——循环流量（L/h）Δt——空气源热泵机组被加热水温升（℃）一般为5～7℃。ρ——空气源热泵机组被加热水的密度（Kg/L）可取1.0备注：当空气能热泵机组不许再次经过换热器换热时，循环水泵的流量可在机组额定流量的基础上乘以1.15～1.2的安全系数。扬程：H=1.3（Hb+HE+Hp）式中H——循环泵扬程（kPa）Hb——换热器阻力损失kPa,当采用板式换热器时约为50kPa；HE——热泵机组内蒸发器的阻力损失（kPa）由设备商提供；Hp——连接管路损失（kPa）。4.空气能热泵机组和贮热水箱的配置1）高级宾馆、居住小区等对热水供应条件要求较高，系统较大的建筑应两台或多台热泵机组，机组设计小时供热量之和可按大于等于Qg确定，同时满足公式6.8.5.即一般不考虑专设备用机组。对热水供应要求不高或者集中热水供应系统规模不大的一般建筑宜设两台热泵机组，不考虑备用。小规模的热水供应系统可只设一台热泵机组。2）贮热水箱（罐）或带贮热容积的水加热器宜根据贮热量大小及使用情况设置，一般宜设两个（台），其总贮热容积可按大于等于Vr确定。在有低谷用电优惠政策的地区，水箱宜按日用水量确定。补充说明：1.在设计过程中，冷水温度一般按自来水温度计算。通常取10～15℃。南方地区最高取到20℃。2.在选择热泵机组时，为了节省初投资。通常以夏季机组运行12小时计算机组所需耗热量。进行初步选型。然后用冬季工况下运行20小时进行核算。如能满足条件，那么机组型号就定下来了。不满足条件，其中不足的部分由辅助电加热来提供。无辅助热源时，根据冬季工况按20小时进行计算。确定机组型号。三、附属设备选型闭式热水水系统中，当卫生器具不用水时，膨胀水量必然会增加系统的压力。有胀裂管道的危险，因此闭式系统需设置膨胀管或释压阀或闭式膨胀水箱。1）膨胀管空气源热泵热水系统闭式系统较小一般取25mm。2）释压阀当采用直接进水的闭式热水系统，简单的办法在水加热器上设置释压阀（又称安全阀），加热时热水膨胀，当热水系统的压力超过释压阀设定压力时，释压阀开启泄放出一部分热水，是压力降低，而后释压阀又关闭。释压阀的设定开启压力，应调解在比热水系统的可能压力高出10%，释压阀设置的呃位置已放在水加热器的冷水进水管上（阀门和水加热器之间的冷水管道上）该处结垢堵塞阀孔的影响最小，阀动作放出的热水温度最低。大型水加热器应设置两个规格相同的释压阀。释压阀的确定：灵敏度低，动作可靠性差。3）闭式膨胀水箱闭式膨胀水箱用于闭式热水系统或热水采暖系统，以吸收加热时的膨胀水量。闭式膨胀水箱的构造类同隔膜式气压水罐，可设置在热水供水的总管上，或水加热器冷水进口总管上。闭式膨胀水箱的容积根据下式计算：