空氣源熱泵冷熱水機組在南京的應用案例

    一、概述

    按照《采暖通風空氣調節技術語標準》（GB50155-92），熱泵被定義為能實現蒸發器與冷凝器功能轉換的制冷機。我們也可以稱熱泵為基于逆卡諾循環原理工作，既可以用來制冷，又可以用來供熱的機組。熱泵的分類多種多樣，如果按同熱泵的蒸發器和冷凝器換熱的介質不同分類，熱泵可以分為：空氣-空氣熱泵，空氣-水熱泵，水-水熱泵、水-空氣熱泵、土壤-空氣熱泵及土壤-水熱泵等，表1列舉了目前工程上應用較多的四種熱泵。其中空氣-水熱泵機組，即空氣熱源熱泵式冷熱水機組在工程上的應用更為廣泛。

    示例

    家用、空調，VRV、MRV、ECO等一拖多空調系統

    空氣熱源熱泵冷熱水機組，簡稱風冷熱泵

    水源熱泵式冷熱水機組

    水源熱泵式冷熱風機組簡稱水環熱泵
    

    熱泵機組的研究、生產與應用，在二十世紀七十年代才開始在美國等發達國家走上良性發展的道路。1980年我國在上海自行設計與生產了第一臺以R12為工質，壓縮機功率為55KW的空氣―水熱泵機組，并投入了實際工程應用。一直至二十世紀八十年代末，空氣源熱泵冷熱水機組的研究、生產、應用在我國才有了較快的發展。剛開始，應用熱泵的工程主要為沒條件設置鍋爐或地價房價太貴或無空間設冷凍機房的建筑，可供選用的只有少數幾個進口品牌的機組，機組形式比較單一，多為活塞壓縮整體式風冷熱泵機組。這幾年采用熱泵的工程，無論在地域上或在建筑功能與規模上都有了很大的突破，熱泵機組的品牌、種類的選擇空間大為擴大，既有許多進口品牌，又有不少國產品牌，有活塞壓縮式熱泵機組，又有螺桿式機組，有整體式機組，又有模塊式熱泵機組，單臺機組制冷量從3RT-400RT，應有盡有，而且機組的制冷、制熱性能、質量、可靠性等都有明顯的提高。

    二、熱泵特性

    空氣源熱泵冷熱水機組有如下特點：

    1、空調系統冷熱源合一，且置于建筑物屋面，不需要設專門的冷凍機房、鍋爐房，也省去了煙囪和冷卻水管道所占有的建筑空間。

    對于寸土寸金的城市繁華地段的建筑，或無條件設鍋爐房的建筑，空氣源熱泵冷熱水機組無疑是一個比較合適的選擇。

    2、無冷卻水系統，無冷卻水系統動力消耗，無冷卻水損耗。

    空調系統如采用水冷式冷水機組，自來水的損失不僅有蒸發損失、漂水損失、還有排污損失、冬季防凍排水損失，夏季啟用時的系統沖洗損失，化學清洗稀釋損失等等，所有這些損失總和約折合冷卻水循環水量的2―5%，根據不同性質的冷水機組，折合單位制冷量的損耗量為2-4t/100RT?h。這對我們某些嚴重缺少的城市來說，是一個比較可觀的數量。另外，相當一部分工程在部分負荷情況下冷卻水循環量保持不變。或根據主機運行臺數，只作相應的臺數調節。

       我們以前的經濟比較很少重視這一點。3、由于無鍋爐、無相應的燃料供應系統，無煙氣，無冷卻水，系統安全、衛生、簡潔。

    對于暖道專業來說，鍋爐房z*有可能存在安全隱患，另外，冷卻水污染形成的軍團菌感染的病例已有不少報導，從安全衛生的角度，空氣源熱泵具有明顯優勢。

    4、系統設備少而集中，操作、維護管理簡單方便。一些小型系統可以做到通過室內風機盤管的啟停控制熱泵機組的開關。

    5、單機容量從3RT至400RT，規格齊全，工程適應性強，利于系統細化劃分，可分層、分塊、分用戶單元獨立設置系統等。

    6、夏天運行COP值較水冷機組較低，耗電較多，冬季運行節省能源消耗。對于南京這樣冬冷夏熱城市的一般建筑而言，熱泵系統的全年能耗低于水冷機組加鍋爐的空調系統，但按目前的能源價格，熱泵系統的全年運行費用高于水冷機組加鍋爐方案。

    7、造價較高。作為空調系統的冷熱源方面的設備投資，空氣源熱泵冷熱水機組造價較高，比水冷式機組加鍋爐的方案的系統綜合造價貴20―30%，如只算冷熱源設備，熱泵的價格約為水冷機+鍋爐的1.5-1.7倍。

    8、空氣源熱泵冷熱水機組常年暴露在室外，運行條件比水冷式冷水機組差，其壽命也相應要比水冷式冷水機組短。9、熱泵機組的噪音較大，對環境及相鄰房間有一定影響。

    熱泵通常直接置于裙樓或頂層屋面，隔振隔音的效果，直接影響到貼鄰房間及周圍一些房間的使用。合理的位置設置與隔振隔音措施的到位，熱泵噪音的影響可以基本消除。

    10、空氣源熱泵的性能隨室外氣候變化明顯。室外空氣溫度高于40-45℃或低于-10～-15℃時,熱泵機組不能正常工作。

    三、熱泵出力與氣候

    在額定工況下，氣溫35℃，出水7℃，空氣源熱泵夏季制冷性能系數COP值在3.0左右，冬季（空氣7℃，出水45℃）如不計化霜損失，制熱系數COPH值也在3.0左右，空氣源熱泵的制冷、制熱性能與室外氣候有直接的關系,空氣源熱泵冷熱水機組供冷能力隨室外溫度的升高而降低，機組消耗功率隨室外環境溫度的升高而增加。當室外空氣溫度增至40℃時，制冷量一般要下降5―7%左右。空氣源冷熱水機組正常制冷的上限溫度一般在40-45℃，個別品牌設有冷凝器風扇速度逐步控制系統，z*大允許室外溫度可達50℃左右。需要指出的是，跟冷卻塔不一樣，制冷工況下相對濕度對空氣源熱泵沒不利影響，相反，相對濕度大，對冷卻有利。南京夏季相對濕度較高，所以實際上風冷與水冷在冷卻效果的差異上，比人們想象的要小。空氣源熱泵冷熱水機組的制熱特性更為復雜，當盤管表面溫度低于空氣露點溫度時，空氣會結露，此時盤管表面發生了相變換熱，有利于提高熱泵機組的制熱能力，但當盤管表面溫度低于空氣冰點溫度（0℃以下）時，如果空氣中的相對濕度同時達到某一程度，盤管表面就會結霜，如不及時化霜，霜層會越結越厚，影響空氣實際流通量，并阻礙了盤管上的熱交換，重者會結冰，壓縮機出現低壓保護停機。對應不同迎面風速和氣候條件，熱泵機組室外側空氣盤管上濕空氣存在著三種狀態，即結霜區，凝露區，干冷區(不結霜也不凝露)。