空气源热泵制备热水的三种系统分析比较

城市建筑┃研究•探讨┃URBANISMANDARCHITECTURE┃RESEARCH•DISCUSSION339空气源热泵制备热水的三种系统分析比较■侯秀勤[摘要]本文介绍了空气源热泵系统在广西某党校中的应用。空气源热泵系统是热泵热水系统的关键，空气源系统的管路系统又是系统的核心。管路系统的设计是否合理，直接影响了整个系统的运行。本文重点介绍了空气源热泵的不同系统的选取、系统控制的差异、不同系统的优缺点等问题。[关键词]空气源热泵热泵系统设计集中热水供应一、工程概况本项目位于广西壮族自治区百色市，依山而建，不仅总体地势高低起伏，各栋单体亦是依地形而建，由7栋公共建筑，六栋组团式宿舍，五组分散式宿舍，八栋职工宿舍，除职工宿舍采用局部热水供应外，其他宿舍采用集中热水系统，由空气源热泵作为热源。本项目集中热水供应采用空气源热泵系统，主要原因如下：广西百色市属于亚热带气候，年平均温度22.2℃，最冷月平均气温13.4℃，有适宜的气候条件；独特的建筑造型需要一种设置场所可以灵活选择的设备；安全性好，环保，节能。二、空气源热泵系统设计1.设计基础数据8b1号楼的人数60人，考虑冬季工况下满足热水供应要求，最低环境温度-10℃，最低补水温度为5℃，用水定额取160L/（床•日）热水温度按规范60℃，Kh=3.33。各设计参数计算依据《建筑给水排水规范》如下：（1）设计小时耗热量1)(TttCmqKQrlrrhh=252000KJ/h=70KW（2）设计小时热水量rlrhrhCttQq)(qrh=1.33m3/h。（3）最高日热水用水量最高日热水用水量为9.6m3/d。（4）热泵机组设计小时供热量（制热量）21)(TttCmqKQrlrrg=174095.5KJ/h=48.4KW（5）热泵热水系统总容积目前工程应用中水箱容积计算方法主要有以下两种：方案一：rlrghCtthTQQKVr)()(32=2.8m3方案二：364.796.16.9mVgcVzVr以上公式中：T1为使用热水的时间（按规范的24h）；T2为空气源热泵每天工作时间（设计取12h）；T3为设计小时耗热量持续时间（设计取4h）；Vr为储热水箱有效容积，L；Vz为最高日总用水量，L；Vr为机组高峰期产水量，L；h为有效贮热容积系数；其他符号参规范。2.三种常用空气源热水系统的介绍（1）直热式（一次加热式）热泵热水器出水温度48℃～60℃内可设定，冷水只流过热泵热水器内部的冷凝器一次就达到用户设定的温度，冷水直接补入空气源热泵机组内（如图1）。图1直热加热热泵热水器开式系统直热式热泵系统各个组成部循环加热热泵热水器闭式系统分的选型配比：①主机A1选型考虑温度及结霜的影响取综合影响，根据工程经验系数取为0.80。则所需机组的名义制热总量q=70KW/0.8=87.5KW，热水系统拟选某品牌直热式机组名义制热量为45KW的机组2台，所选机组的名义制热量总共为45KW×2=90KW，名义产水量共0.98×2m3/h=1.96m3/h，额定消耗功率，10.5KW×2=21KW，噪声小于等于64db（A）。②不锈钢敞开式水箱选型根据工程经验，当用水规律和补水模式不明确时，为保证系统使用安全性，直热式系统储热水箱的有效容积采用公式来进行计算：即Vr=9.6m3-0.98×2m3=7.64m3。（2）循环加热式热泵热水器出水温度40℃～55℃内可设定，冷水通过循环水泵，多次流过热泵热水器内的冷凝器逐渐达到设定温度，冷水直接补入承压水箱或开式不锈钢水箱（如图2、图3）。图2循环加热热泵热水器闭式系统图3循环加热热泵热水器开式系统（3）循环加热热泵热水器各个组成部分的选型配比①主机A2选型：考虑温度及结霜的影响取综合影响，根据工程经验系数取为0.8。则需要机组的名义总量达到q=70KW/0.8=87.5KW，热水系统拟选某品牌循环式机组名义制热量为45KW的机组2台，所选机组的名义制热量总共为45KW×2=90KW，名义产水量共1×2=2m3/h，额定消耗功率，10.15KW×2=20.2KW，噪声小于等于64db（A）。②闭式系统承压式储热水罐的有效容积采用公式进行计算，Vr=1.4m3。③开式系统的储热水箱有效容积采用公式进行计算，Vr=9.6m3-0.98×2m3=7.64m3。3.三种系统的比较分析（1）三种系统运行方式上的比较①直热式热泵系统运行方式：由水箱中的水位控制热泵的启停，当水位低于S2，M2、热泵机组开启；当水箱液位高于S1，电磁阀M2、热泵机组关闭。②循环开式系统运行方式：当水位高于S1，水温T2高于设定值55℃时，可以满足供水要求。当水位高于S1，水箱内的温度T2低于55℃则开启循环水泵和机组进行循环加热直至水箱内的水温达到55℃；当水箱内的水位低于S1，优先开启冷水泵和机组进行直热式补水，待水位满足要求后，再根据水箱内的水温T2是否达到55℃，达不到则需要进行循环加热。（2）三种系统经济上的比较①直热式热空气源泵机型与循环式热泵机型，相同的名义制热量下产水量循环机型比直热式机型（下转第341页）城市建筑┃研究•探讨┃URBANISMANDARCHITECTURE┃RESEARCH•DISCUSSION341从北梁地区特有的“西口”文化出发，保留走西口时期有历史的建筑，结合包头本土建筑形式，保留有价值，有历史的建筑和片区，重现辉煌的西口文化；通过对包头市北梁地区的充分研究，合理的市场调研，整合现有的带有历史文化的地域资源。走西口留下的历史建筑、民居院落，以及其带来的民俗文化本身就是一种财富，结合北梁地区特点，将这些资源整合，合理的开发，使西口的历史和文化及其精神得到传承和发扬，地域性自然就体现了出来。3.民居改造本土化现有的有历史的晋风民居院落空间保留得较少，而且形式也较为单一，仅仅改为了商业街，在此笔者提供以下几点意见；民居改造上形式应多样。据笔者调研，原有的居民如果将其所在院落改为独院，加固了结构，局部设计美化，通上暖气，燃气，设置好室内卫生间，他们还是愿意居住在原有的院落中，那么民居院落的改造不仅仅是商业，还有居住功能。而且将原有有历史的骆驼车，马车等年代久远的窗户，窗花等物件放置在一个或多个打通的民居内，可以作为一个小型的西口文化的展览馆。改造手法上不再是单一的复古，可以与现代相结合，将民居改为书法、木工匠人等艺术家的工作室。而非单一的商业功能。在新建建筑部分，应该遵循以下原则：材料应使用旧砖，位置应靠近旧址，风格应与统一原有民居风格。这样新建的和原有的民居在材料和位置以及风格上都做到了统一，即便没有旧院落那么具有说服力，新建的建筑也可以还原一部分历史文化，起码旧材料的再生可以承载一部分历史记忆。四、结语棚户区改造作为改善民生的重点工程，对于每个城市来讲尤为重要，包头市也不例外，上至中央领导，下到地方政府都对此次棚户区改造充满了信心。《国家新型城镇化规划》中提出，要在城市建设和发展跟新中积极保护和弘扬传统优秀文化，延续城市历史文脉，这对城市历史文化的保护提出了明确的要求。以北梁棚户区改造为例，通过对改造文本的再研究，找出问题并给与合理意见，通过对拆迁改造模式的研究和探索，尽可能地使北梁文化得到延续，也对全国类似北梁的地区起到警示作用，希望可以改变全国棚改模式化的现象。此外，文中的观点仅仅是笔者站在保护和弘扬民居文化上的个人看法。参考文献[1]张威.包头东河区北梁旧城改造的规划策略分析[J].内蒙古工业大学学报，2005，8(24).[2]殷俊峰，李岳岩，王世礼.西口重镇——包头古城浅析[J].建筑与文化，2011.[3]林宛婷.基于文化价值认知的包头老城区规划策略研究[D].北京：清华大学，2012.[4]姚兢.非典型历史街区再生——上海泰康路街区空间形态演化研究[D].上海：同济大学，2008.注：*方旭艳为通讯作者。（作者单位：内蒙古工业大学010051）（上接第332页）五、结语南水北调一期工程能够供水后，与沙颍河水一道承担周口市区的生活、工业用水，逐步关停市区内的地下水厂，届时将实现城区浅层地下水实现采补平衡，城市地下水环境状况将得到显著改善。参考文献[1]高庆文，李文启.实现周口市水资源可持续开发利用的对策[A]//中国水利学会青年治淮论坛[C].2005.[2]河南省南水北调受水区供水配套工程规划[Z].[3]周口市城市供水工程规划[Z].（作者单位：1.河南极科环保工程有限公司，郑州450000；2.河南省正大环境科技咨询工程有限公司，郑州450000）（上接第334页）心，工作为次的城市中心公共停车场规划模型。2.结果分析结合该公共停车场的使用情况调查发现，发现该公共停车场的周使用率达85%，考虑与周围其他公共停车场的的竞争，通过该优化模型后确定其停车位在原有基础上减少5%可使此公共停车场的停车位使用率达到最高。五、结语本文通过对公民对城市中心停车场选择的研究，制订了城市中心公共停车场规模优化模型。在该模型中，考虑到了公民对步行距离的要求，公民所能承受的最大停车费用，停车周围环境安全，及其附近地域的功能等公民选择停车场的影响因素。结合对该公共停车场的有关数据调查，对该公共停车场模型的形参进行了标定，从而证实了该优化模型的可行性，对城市中心规划公共停车场树立了可行性范本。参考文献[1]云美萍，龙科军，劳云腾，等.考虑停车选择概率的公共停车场规模优化模型[J].系统工程，2008，26(2)：84-88.[2]郑士源.信息不完全时公共停车场停车费和规模优化[J].交通运输工程学报，2010，10(15)：69-70.（作者单位：深圳市都市交通规划设计研究院，深圳518000）（上接第339页）要多，额定消耗功率比直热式机组要小，但直热式机组比循环式机组系统组成简单，没有循环泵等设备，直热式机型比较适合用在末端不需要循环的供水路线较短的系统。直热式机组比循环式机组稍贵，一般贵1万块左右。②循环闭式热泵系统与循环开式系统，主要区别在于热水储存形式不一样，闭式系统采用的承压热水储水罐比开式系统采用的热水储热水箱造价高，敞开式水箱的水造价约为0.2万元/t，承压水罐的水造价约为2万块/t，但闭式系统储热水罐放置位置比较灵活，闭式系统储热容积比开式系统小，闭式系统的承压水罐的容积按最大小时制热量来计算，开式系统的储热容积按一天的热水量计算，闭式系统无需再加设二次加压泵。三、结语（1）本项目因设备夹层空间限制问题，选择循环加热闭式系统，若设计空间足够，使用热水箱储热的开式系统更加经济。（2）在选择闭式循环系统时，一定要把热量算足，因为空气源热泵热水机组随着环境温度不同制热量变化明显，在本项目中未设置辅助热源，则在选择机组时应考虑到机组的除霜工况，因此本项目依据冬季最冷月气候条件下机组的小时供热量进行计算，此时机组设计工作时间选取12h。（3）储热水箱的确定，对于闭式系统，储水容积采用公式进行计算，储水容积比公式小，闭式系统中只要用水点用水，则就会有冷水进入，所需机组的小时制热量偏大时更加安全可靠。开式系统储水容积采用公式计算，计算值偏大，对于此类建筑不宜采用非满即补的补水方式。在水箱内设置两个液位，当水位下降到低水位时，才开始补水，以保证用水的温度等。参考文献[1]GB50015-2003，建筑给水排水设计规范[S].2009.[2]GB/T21362-2008，商业或工业用及类似用途的热泵热水机[S].[3]王平，董敬宇，董际鼎.空气源热泵机组除霜技术探讨[J].暖通空调，2010，40(1)：123-128.（作者单位：华东建筑设计研究总院，上海200001）