漲知識!空氣源熱泵系統如何設計?全是最實用的設計經驗!

一、概述：

空氣源熱泵就是利用室外空氣的能量，通過機械做功，使得能量從低位熱源向高位熱源轉移的製冷（制熱）裝置。它以冷凝器放出的熱量來供熱，以蒸發器吸收熱量來製冷。

就熱力循環的過程而言，制冷機和熱泵都是基於逆卡諾循環而實現其功能的，由於這種裝置在運行過程中，總是一側吸熱，另一側排熱，所以，一臺裝置伴生併兼具製冷和制熱兩種功能。

冬季制熱運行系統原理圖：

夏季製冷運行系統原理圖：

控制系統原理圖：

二、空氣源熱泵的技術措施：

1、具有可靠的融霜控制，融霜時間總和不應超過運行周期時間的20%。

2、冬季設計工況時機組性能係數（COP），冷熱風機組不小於1.8，冷熱水機組不應小於2.0。

3、寒冷地區採用空氣源熱泵機組應注意以下事項：

1）室外計算幹球溫度低於-10℃的地區，應採用低溫空氣源熱泵機組；

2）室外溫度低於空氣源熱泵平衡點溫度（即空氣源熱泵供熱量等於建築物耗熱量）時，應設置輔助熱源。

4、機組進風口的氣流速度宜控制在1.5-2.0m/s，排氣口的排氣速度不宜小於7m/s。

5、熱泵機組的基礎高度一般應大於300mm，布置在可能有積雪的地方時，基礎高度需加高。

三、重點公式和基本數據：

一、基本耗熱量公式：Q=K×F×ΔT

其中：

Q—圍護結構基本耗熱量，W；

K—圍護結構傳熱係數，W/(㎡.℃)；

F—圍護結構傳熱面積，㎡；

ΔT—室內外計算溫差，℃；

用於計算門、窗、牆、地面、屋面各部分圍護結構的基本耗熱量

常用圍護結構傳熱係數K（W/(㎡.℃))

二、流量計算公式：GL=0.86X∑Q/(tg-th)

其中：

GL—流量，Kg/h；

∑Q—熱負荷，W；

tg—供水溫度，℃；

th—回水溫度，℃；

三、不同供暖末端形式的供水溫度及溫差

空氣源熱泵出水溫度一般可達到45℃，溫差5℃，所以，最適合空氣源熱泵的供暖末端形式是地暖。

四、低溫熱水地面輻射供暖設計要點：

1、低溫熱水地面輻射供暖系統的供、回水溫度應由計算確定，供水溫度不應大於60℃。民用建築供水溫度宜採用35～50℃，供回水溫差不宜大於10℃。

2、地表面平均溫度（℃）

3、聚苯乙烯泡沫塑料板絕熱層厚度（mm）

4、地面輻射供暖系統熱負荷，應按現行國家標準JGJ142-2012《輻射供暖供冷技術規程》的有關規定進行計算。

5、計算全面地面輻射供暖系統的熱負荷時，室內計算溫度的取值應比對流採暖系統的室內計算溫度低2℃，或取對流採暖系統計算總熱負荷的90%～99%。

6、局部地面輻射供暖系統熱負荷，可按整個房間全面輻射供暖所算得的熱負荷乘以該區域面積與所在房間面積的比值和下表中所規定附加係數確定。

7、進深大於6m的房間，宜以距外牆6m為界分區，分別計算熱負荷和進行管線布置。

8、敷設加熱管的建築地面，不應計算地面的傳熱損失。

9、地面輻射供暖系統熱負荷計算，可不考慮高度附加。

10、分戶熱計量的地面輻射供暖系統的熱負荷計算，應考慮間歇供暖和戶間傳熱等因素。

查表法確定地暖管間距：

PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs（W/㎡）

管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃（水泥或陶瓷地面，熱阻R=0.02(㎡.k/w)）

PE-X管單位地面面積的散熱量Qr和向下傳熱損失Qs（W/㎡）

管外徑為20mm、填充層厚度為50mm、聚苯乙烯泡沫塑料絕熱層厚度20mm、供回水溫差10℃（木地板地面，熱阻R=0.1(㎡.k/w)）

採暖方案設計估算指標：

1、在方案設計階段，缺乏基礎數據的情況下，採暖負荷可以按照熱指標進行估算，有條件時，應進行逐個房間、逐項的負荷計算。

2、熱指標用於單個房間，誤差可能很大。

3、該表格按連續供暖考慮，間歇供暖熱指標=連續熱指標×24/每日供暖小時數。

五、空氣源熱泵機組的容量修正：

1、空氣源熱泵機組的容量，應根據空調系統的冷、熱負荷綜合考慮後決定，一般取決於冷、熱負荷中的較大者。暖通南社整理。

2、機組的制熱量，除了與環境溫度有密切關係外，還與除霜情況有關。確定機組冬季實際制熱量Q(KW)時，應根據室外空調計算溫度和融霜頻率按下式進行修正：

Q=q×K1×K2

其中：

Q—機組實際工況下的制熱量（kW）；

q—產品標準工況下的制熱量（標準工況：室外幹球溫度7℃，溼球溫度6℃）（kW）；

K1—使用地區室外空調計算幹球溫度修正係數，按產品樣本選取；

K2—機組融霜修正係數，應根據廠家提供的數據修正；當無數據時，可按每小時融霜一次取0.9，兩次取0.8。

六、匹數與國際單位的換算：

空調匹數（HorsePower-HP 馬力)原指輸入功率，即1匹（馬力）=735W（瓦），包括壓縮機、風扇、電機以及電控部分。因不同品牌其具體的系統及電控設計的差異，其輸出製冷量也各不相同，故其製冷量以輸出功率計算。一般來講，1匹的製冷量大致為2000大卡，以國際單位換算應乘以1.163，故1匹製冷量大約為2000×1.163=2326W。這裡的W（瓦）即表示製冷量，是國家標準單位。

選擇空氣源熱泵需要的是實際溫度下的供熱或製冷能力，根據供熱量或製冷量來選擇機組，「匹」是一種功率單位，用起來是不科學的，現在製冷量和制熱量應該以W或者KW作為計量單位。

但現在很多人都還在用匹作為單位，這裡就介紹一下其換算關係。

匹數=Q/（能效比×735）

如，計算得到所需制熱量為20KW，能效係數假設為3（與室外溫度有關），則20000/（3×735）=9匹

七、戶式空氣源熱泵緩衝水箱

為避免壓縮機頻繁啟動、增加系統的熱穩定性，應校核系統水容量是否能滿足系統熱穩定性的要求。即當系統中（水）所存儲的能量不足以維持短暫停機（比如化霜）時水溫波動要求（夏季不大於5℃，冬季不大於3℃），應設置緩衝水箱。

1、系統水容量計算

M1=Mg+Ms

Mg—管道水容積，kg；

Ms—設備水容積之和，kg；

2、系統熱穩定性要求

1）夏季運行時，主機停機10min，供水溫度允許升高不大於5℃；

2）冬季運行時，主機除霜時間為3min時，供水溫度允許降低不大於3℃；

3、系統要求的最小水容積

M2=(Q×t0）/（c×Δt）

Q—末端設備的供冷或供熱量，kw；

C—水的定壓比熱容，4.2kj/（kg.K）；

Δt—水溫的波動要求值（夏季5℃，冬季3℃）

冬、夏季水容積計算結果中，數值較大者為空調系統對水容積的要求值，如M1＜M2，應放大管徑重新計算直至滿足要求，或設置緩衝水箱。

八、設置緩衝水箱的優點：

一、如果不設置緩衝水箱，將導致主機頻繁啟停。特別是當末端系統為暖氣片或風機盤管時，環路中的循環水量有限，就會引起主機在很短的時間內達到設計溫度，主機就會停止工作，然後又會在很短暫的時間內，水溫達到主機啟動的條件，這樣頻繁啟停會大大減少主機的使用壽命和浪費電能。加上緩衝水箱就相當於系統能量增加了，系統的溫度變化平穩了，主機啟動次數也自然減少了，使用壽命也就大大延長了。

二、設置緩衝水箱可以高效除霜，除霜時間縮短。機組在除霜反向製冷時需要消耗管道內的熱量，如果水系統的水量少，除霜時間就會加長，而且會造成管道內水溫較低，除霜效果不好。如果加裝了緩衝水箱，那麼在除霜的過程中，因為水箱內有一定的溫度，可以在短時間內完成化霜，並且消耗熱量也比較小，避免了因為主機除霜而造成的室內溫度波動變化。

三、緩衝水箱的第三個好處是能夠保證系統的水流暢通，能夠完成自動排氣，避免機組循環不暢報故障停機。

四、設置緩衝水箱可以讓系統排汙更徹底，防止系統阻塞。系統中的雜質會通過循環慢慢沉積到緩衝水箱的底部，經過過濾器的時候，水泵的水質會變好，從而減少過濾器的清洗。

九、低溫空氣源熱泵和風冷熱泵的區別：

區別一、產品依據的標準不同

低溫熱泵的暫行標準為：《GB/T25127.1-2010低環境溫度空氣源熱泵（冷水）機組第1部分：工業或商業用及類似用途的熱泵（冷水）機組》、《GB/T25127.2-2010低環境溫度空氣源熱泵（冷水）機組第2部分：戶用及類似用途的熱泵（冷水）機組》。商用與家用的區別是能量大小，大約50KW為商用。

風冷熱泵的標準為：《GB/T18430.1-2007蒸汽壓縮循環冷水（熱泵）機組第1部分：工商業用和類似用途的冷水（熱泵）機組》、《GB/T18430.2-2008蒸汽壓縮循環冷水（熱泵）機組第2部分：戶用和類似用途的冷水（熱泵）機組》。同樣是以製冷量大小區分，製冷量小於50KW為家用，大於50KW為商用。

區別二、產品設計條件不同

兩者的設計條件不同，即設計工況不同，我們以名義工況為例來說明。名義工況是產品銘牌上標示的額度制熱量（製冷量)測定時的工況，一般就是機組最普遍、最常用的工作狀態。

低溫熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為「-12℃」；風冷熱泵的制熱名義工況，空氣側溫度為「7℃」。低溫熱泵制熱時主要設計工況都是在0℃以下，而風冷熱泵制熱時的所有設計工況都是在0℃以上。

區別三、產品的應用場景與運行方式不同

低溫熱泵應用於低環境溫度的場景，風冷熱泵應用於常溫的場景。

低溫熱泵主要功能就是採暖，並且絕大部分也是這麼應用的；風冷熱泵側重於製冷，兼顧制熱。

低溫熱泵的末端主要是地暖、暖氣片、還有風機盤管等；風冷熱泵的末端基本上都是風機盤管，沒有地暖、暖氣片。

地暖、散熱器的運行特徵是小流速大溫差，風機盤管的運行特徵是小溫差大流量。所以低溫熱泵與風冷熱泵的設計理念不同，風冷熱泵是以末端為風機盤管為前提，兩器配的太小，水泵配的太大，沒有考慮地暖的運行特徵，所以傳統的風冷熱泵帶地暖節能優勢不明顯。

區別四、所用的核心零部件不同

低溫熱泵所用的壓縮機為熱泵專用低溫噴氣增焓壓縮機，風冷熱泵採用的是普通壓縮機。低溫熱泵除了傳統的空調四大件（壓縮機、冷凝器、節流部件、蒸發器）外，一般還會增加中間經濟器或閃蒸器來給「噴氣增焓」壓縮機提供低溫低壓的冷媒「噴氣」。

一般的熱泵機組在環境溫度很低時，蒸發溫度很低，導致蒸發壓力很低，所以壓縮機壓力低、冷媒循環量小，制熱量也就很小。

低溫熱泵增加了經濟器或閃蒸器，將一部分冷媒蒸汽導入壓縮機，提高吸氣壓力，增大冷媒循環量，制熱量也就增大了；同時，經過經濟器或閃蒸器的主冷媒受到了過冷，增大了換熱焓差，也使得制熱量增大了。故稱作「噴氣增焓」。

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