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空調熱泵
淺析雙級耦合熱泵采暖系統技術與工程應用
發布時間:2019/6/6 字號: 點擊數:

文 / 天韻太陽科技發展有限公司


    (供熱制冷 薦)實行清潔供暖是加快改善環境空氣質量,打贏藍天保衛戰的重要舉措。國家住建部、發改委、財政部、能源局等相關部門,相繼頒布了《關于推進北方采暖地區城鎮清潔供暖的指導意見》、《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017-2021年)》等多項政策措施,各地“煤改電”項目進行的如火如荼。


    然而,隨著清潔供暖改造的不斷推進,山區和嚴寒地區的供暖改造給暖通行業提出了新的技術難題,例如,單一空氣源熱泵采暖系統受環境溫度影響較大,天氣越冷時建筑對熱量的需求越大,而此時空氣源熱泵COP值相當低,熱反而供不上;低溫環境下供熱水溫度很難超過50℃,這時的最佳末端是地暖,風機盤管已經比較困難,暖氣片幾乎不可能釋放出舒適熱量;空氣源熱泵還經常出現有霜化不凈,無霜亂動作的情況,且化霜還需要從室內取熱,嚴重影響了室內供暖舒適度。另外,對于大型建筑或居住小區集中供暖,布置空氣源熱泵需要占用較大的土地面積,而且還會帶來冷島效應和噪音問題。基于此,本文以實際工程為例,介紹北京天韻公司最新開發出的雙級耦合熱泵采暖系統,為嚴寒地區熱泵采暖提供借鑒。

1 東北嚴寒地區實施的采暖項目之一
1.1 長春市明珠花園別墅采暖項目設計


1)項目建筑基本情況

    本項目所在地:吉林省長春市;建筑面積:580m2(外觀見圖1);末端情況:地暖;需求:滿足冬季采暖,采暖期從10月25日正式開始,次年4月10日截止,當地供暖期168天。 
 

圖1 項目建筑外觀


2)項目地氣候條件


    長春市位于北緯43°05’~45°15’;東經124°18’~127°05’,居北半球中緯度北溫帶,其中主城區位于松遼平原腹地的伊通河臺地之上 。西北與松原市毗鄰,西南和四平市相連,東南與吉林市相依,東北同黑龍江省接壤,市域界周長約3298.97km。


   統計2018年1月份氣溫見圖2。最低氣溫為-30℃。經查近五年(2014~2018)歷史最低溫度為-30℃。 


 

圖2 統計2018年1月份氣溫


   項目采用天韻雙級耦合熱泵采暖系統,設計耐極寒溫度-36℃,能夠滿足歷史最低氣溫-30℃極端最低氣溫天氣條件下的采暖需求。


2 設計依據
2.1設計參數,見圖3

圖3


2.2相關國家和地方標準

    GBJ50242-2002《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》;GB 50032-2003《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規范》;GB 50303-2002 《建筑電氣工程施工質量驗收規范》;GB 4272-92《設備及管道保溫技術通則》;GB 50212-2002《建筑防腐蝕工程施工及驗收規范》;GB 50210-2001《建筑裝飾裝修工程質量驗收規范》;GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全通用要求》; GB 50327-2001《住宅裝飾裝修工程施工規范》;GB 50009-2012《建筑結構荷載規范》;GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》;GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》;GB50019-2003 《采暖通風與空氣調節設計規范》;JGJ174-2010《多聯機空調系統工程技術規程》;JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》;GB T50144-2010《暖通空調制圖標準》;北京地標《戶式空氣源熱泵供熱系統應用技術規程》;DB34 786-2008《空氣源熱泵熱水器》;SB/T 10345-2001《制冷系統和熱泵—安全和環境要求》;GB 21362-2008《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》;GB/T 18837-2002《多聯式空調(熱泵)機組》;GB/T19409《水源熱泵機組》;國家建筑標準設計圖集;01SS105《常用小型儀表及特種閥門選用安裝》;08R418-1《管道與設備絕熱-保溫》;以及甲方提供的相關數據,暖通空調設計應遵照執行的的規范、規定和標準等。


3 項目設備選型

   長春市明珠花園別墅采暖項目,建筑面積為580㎡,甲方提供采暖負荷為50W/㎡,根據數據和參數,建筑負荷為50×580÷1000=29kW。

   根據天韻公司產品規格,設計采暖選用AS-YT-48(40)Ⅱ一體機作為供熱熱源,單機額定制熱功率40kW,需機組為1臺。

   自2018年10月30日起至2019年4月1日共152天供暖業主李先生共交電費8360元,折合每平米采暖費用約14.5元/采暖季。


4 雙級耦合熱泵采暖系統技術


   天韻雙級耦合熱泵冷暖機組,是在復疊熱泵的基礎上,突破傳統單級熱泵技術束縛,設計開發的一款高智能化的專利采暖系統。該系統成功解決單空氣源熱泵嚴寒停機、供熱不足、化霜不徹底及運行費用高的技術性能缺陷,實現了在超低溫環境下滿足高溫出水的需求,且熱量輸出穩定,從而滿足嚴寒地區各種末端供暖建筑的采暖需求,系統原理見圖4。 
 

圖4 系統原理

5 機組的主要技術性能特點


    1)雙級壓縮,降低壓縮比,延長使用壽命  
  

   熱泵壓縮機的壓縮比是確保熱泵穩定工作的基本前提,在供熱溫度不變的情況下,壓縮比會隨著環境溫度的降低不斷升高,當環境溫度進一步降低,壓縮比就有可能超出壓縮機可以承受的范圍,致使壓縮機不能長期穩定工作。天韻雙級雙高熱泵機組采用雙級壓縮,即使環境溫度降到極低的-36℃,每一級壓縮機需要承擔的壓縮比仍然很小,從而確保機組使用壽命更長。

   2)雙冷媒溫區接力,適應更低環溫,提供更高水溫  

   沒有一種冷媒同時具備蒸發溫度低(可以適應更低的環境溫度)和臨界溫度高(可以提供更高的水溫)的特性,天韻雙級雙高熱泵機組一級冷媒采用高效超低溫環保制冷劑R410A(蒸發溫度-51.4℃);二級冷媒采用能產高溫的環保制冷劑R134a(臨界溫度101℃),通過兩級壓縮循環兩種冷媒溫區接力,解決了在超低溫環境下依然能夠強勁制熱的行業技術難題。

   3)專利智能除霜技術,除霜不降溫,舒適更高效

    獨有開發的智能除霜控制機理,與常規空氣源熱泵簡單依據時間以及溫差除霜不同,而是通過溫差動態積分函數實現精準除霜,做到“有霜盡除,無霜節能”,機組制熱效果更強勁。同時,除霜時通過機組內分層緩沖水箱中取熱,實現化霜供暖兩不誤。

   4)高度集成,節省安裝空間,縮短安裝時間

   機組一體設計,除蒸發器外,壓縮機、分層水箱、水泵、控制系統、管路系統等全部設計在機組保溫房內,不占用室內空間,節省現場設備的占地面積,安裝方便快捷,有效解決水系統防凍問題,提高機組工作效率。


   5)冷暖雙模式更舒心

   采用自主獨立研發的專用三通道換熱器,突破了復疊熱泵無法制冷的局限,夏季制冷時,直接由一級壓縮循環系統與末端匹配供冷。

    6)靜音設計享受無憂生活

    蒸發器風機采用側吹結構,相比頂吹式更靜音;機組圍護結構內表面覆有特制隔音、消音材料,材料表面結構具有多次漫反射聲波作用,可以將壓縮機的噪音牢牢地鎖在機箱內。

   7)遠程智控

   穩定的數據透傳,讓遠程操控流暢無憂,GPRS/WIFI兩種模式由客戶定制,貼近客戶生活。

5 結論

    北京天韻公司最新開發出雙級耦合熱泵采暖系統,集40余項國家專利技術。除應用在長春市明珠花園別墅采暖項目外,在河北張家口崇禮鵬遠砂漿廠、廊坊中石油大廠京通配送中心等項目中得到應用。經過實踐檢驗,突破-36℃嚴寒低溫采暖難題,實現供水溫度達到65℃,采暖季COP綜合能效高達2.5,可在山區及嚴寒地區提供穩定、舒適的采暖體驗,為暖通行業積淀技術實力,更是為“打贏藍天保衛戰”踐行社會責任。

來源:《供熱制冷》6月刊   mfj

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