第6章 空气源热泵冷热水机组

nit 6.1.1 空气源热泵冷热水机组工作原理 ‹ 制冷工况时，从压缩机2 排出的高温高压的工质气 体通过四通阀3进入主气 侧换热器l，冷凝后的工质 液体通过右下侧的止回阀 5进入贮液器10，从贮液 器出来的工质液体，通过 带换热器的气液分离器6 得到过冷 2012-5-10 ‹ 工质的过冷液体再经过截 止阀9、干燥过滤器8、电 磁阀12、视液镜11进入热 力膨胀阀7。节流后的工 质低温低压气体经止回阀 5进入板式换热器4，蒸发 后的制冷剂蒸气经四通换 向阀3进入带换热器的气 液分离器6，分离后的工 质蒸气回入压缩机2再压 缩，如此连续循环不断地 制取冷水 2012-5-10 ‹ 制热时，四通换向阀换 向，经压缩机排出的高温 高压工质蒸气首先进入板 式换热器4放出冷凝热， 并加热水，加热后的水进 入空调系统供暖。冷凝后 的工质液体经因中左下侧 的止回阀5进入贮液器10 2012-5-10 ‹ 高压的工质液体经带换热器 的气液分离器过冷后．再经 过截止阀9、干燥过滤器8、 电磁阀12、视液镜11后，进 入热力膨胀阀7、节流降压后 的工质液体再经图中右上侧 的止回阀5进入空气侧换热 器，吸收空气中的热量而蒸 发，蒸发吸热后的工质蒸气 再经四通换向阀3、带换热器 的气液分离器6回入压缩机再 压缩，如此连续循环，即可 向空调系统不断地供应热水 2012-5-10 ‹ 冬季，机组在制热工况下 运行一段时间后，空气侧 换热器的翅片管 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面会结 霜，影响传热，以致制热 量越来越小，此时会自动 转换成制冷工况。压缩机 排气直接进入空气侧换热 器进行除霜，经短期融霜 后，机组又能转换成制热 工况运行 2012-5-10 2012-5-10 2012-5-10 6.1.2 空气源热泵冷热水机组结构 ‹ 压缩机 ‹ 空气侧换热器 ‹ 水侧换热器 ‹ 节流装置 ‹ 四通换向阀 ‹ 附件 室外 室内 压缩机 2012-5-10 螺杆式-5-10 ‹ 空气侧换热器 ¾ 对于大于 116kW 的大、中型空气源热泵机组，多为顶出风，风机布置在 机组顶板上。 翅片管换热器布置主要有3种形式，即平直型、W 型和 V 型 ¾ 空气换热器的高度不宜大于1. 2m，一般控制在 lm 以内 ¾ 空气侧换热器的翅片形式一般有平片、波纹片、V形片和开槽片 ¾ 翅片间距一般不应小于2mm ¾ 为强化换热器换热，用内螺纹铜管代替光管，较大幅度地提高传热系数 ¾ 采用涂亲水膜的铝翅片可以减少空气侧风阻和防腐 ¾ 翅片涂抗氧化层可以防止空气中的水分及酸性物质对翅片的腐蚀 ¾ 对翅片进行涂层处理，可以增强翅片表面的换热系数 2012-5-10 冷凝器的型式 自然对流风冷式冷凝器 风冷式冷凝器 强制对流风冷式冷凝器 卧式壳管式水冷式冷凝器 水冷式冷凝器 冷凝器 联合式冷凝器 套管式水冷式冷凝器 钎焊板式水冷式冷凝器 淋水式冷凝器 蒸发式冷凝器 2012-5-10 2012-5-10 2012-5-10 2012-5-10 ‹ 水侧换热器 ¾ 大容量机组（116kW以上）基本上都以壳管式换热器为主，有单回路、双 回路和多回路型式，即多回路共用一个壳程，回路数由制冷压缩机数量而 定 ¾ 小容量机组有壳管式和板式 ¾ 板式换热器由于体积小、重量轻已引起厂商重视和推广应用，但在防冻方 面要求比壳管式高 2012-5-10 ‹ 节流装置 ¾ 目前多数产品都采用制冷与制热各安置一个容量不同的膨胀阀来满足制冷 与制热循环的不同制冷剂流量的需求，也有很多中小型产品采用单一膨胀 阀，在制热时串联一毛细管来达到流量控制。采用电子膨胀阀系统，由于 控制精度高，反应灵敏，工况稳定的持点，已在大容量机组中取代两只不 问规格的热力膨胀阀，此时不仅 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 简单，而且能充分发挥制冷效能，已 日益应用于新型热泵机组中 ¾ 就节流装置的形式而言有：毛细管、手动节流阀、热力膨胀阀（内平衡热 力膨胀阀和外平衡热力膨胀阀）、孔板节流阀、电子膨胀阀 ¾ 电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量，因属于电子式调节模式， 故称为电子膨胀阀。它适应了制冷机电一体化的发展要求，具有热力膨胀 阀无法比拟的优良特性，为制冷系统的智能化控制提供了条件，是一种很 有发展前途的自控节能元件。电子膨胀阀与热力膨胀阀的基本用途相同， 结构上多种多样，但在性能上，两者却存在较大的差异 2012-5-10 ¾ 从控制实现的角度来看，电子膨胀阀由控制器、执行器和传感器 3 部分构 成，通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器，即可控驱动装置和阀体，实 际上仅有这一部分是无法完成控制功能的 ¾ 电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机，如控制器同时要完成压缩机及风 机的变频等控制功能，一般采用多机级连的形式。电子膨胀阀的传感器通 常采用热电偶或热电阻 ¾ 电子膨胀阀作为一种新型的控制元件，早已经突破了节流机构的概念，它 是制冷系统智能化的重要环节，也是制冷系统优化得以真正实现的重要手 段和保证，也是制冷系统机电一体的象征，已经被应用在越来越多的领域 中。由于电子膨胀阀的采用，突破了以前在空调机组设计过程中存在的某 种系统屈从热力膨胀阀的观念，进入膨胀阀为系统优化服务的新境界，对 于制冷行业的发展起着重要的作用 2012-5-10 四通换向阀 ¾ 属于电磁换向阀，是用电磁铁的推力来推动阀芯运动以变换流体流动方向 的控制阀 ¾ 四通换向阀的主要性能要求为 9 9 9 9 9 9 换向性能：在规定的工作条件下，四通换向阀通电后能否可靠地换向，断电后 能否可靠地复位 压力损失：四通换向阀的压力损失由流体流过电磁换向阀的阀口时产生的流动 损失和节流损失组成 内泄露量：四通换向阀的内泄露量是指在规定的工作条件下，处于各个不同工 作位置时，从高压腔到低压腔的泄露量 换向和复位时间：从电磁铁通电到阀芯换向终止所需要的时间，复位时间是指 从电磁断电到阀芯回复到初始位置所需要的时间 换向频率：在单位时间内所允许的最大换向次数 使用寿命：四通换向阀使用到主要零部件损坏，不能进行正常的换向和复位动 作，或者使用到其主要性能指标明显恶化超过了规定指标所经历的换向次数 2012-5-10 6.2 空气源热泵冷热水机组变工况特性 ‹ 《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组》GB/T 18430.1-2001 ¾ 名义工况的其他规定 9 9 9 机组名义工况时的使用侧和水冷式热源侧污垢系数为0.086m 2℃/kW 机组名义工况时的额定电压，单相交流为220V 、三相交流为380V，3000V，6000V 或 10000V，额定频率为50Hz 大气压力为101kPa 2012-5-10 ‹ 制冷量、功耗随环境温度和出水温度 变化的特性曲线 ‹ 风冷热泵冷热水机组的制冷量是随冷 水出水温度的增加而增加，并随环境 进风温度的增加而减少。这主要是由 于冷水出水温度增加时，相应于系统 的蒸发压力提高，压缩机的吸气压力 提高后，系统中的制冷剂流量增加 了，于是制冷量增大。相反，当环境 温度增加时系统中的冷凝压力提高， 压缩机的排气压力提高后使系统中的 制冷剂流量减少，于是制冷量也减少 ℃℃℃ 制冷量修正曲线图 2012-5-10 ‹ 机组的功耗是随冷水的出水温度的增 加而增加，并也随环境温度的增加而 增加。这主要是由于当冷水出水温度 增加时蒸发压力提高，此时如环境温 度不变，则压缩机的压比减小，对单 位制冷剂的耗功减少、但是由于系统 中制冷剂的流量增加，因而压缩机的 耗功仍然增大。当环境温度升高时， 使系统的冷凝压力升高，导致压缩机 的压力比增加，对单位制冷剂的耗功 增加，此时虽然由于冷凝压力提高后 使系统中的制冷剂流量略有减少，但 压缩机的耗功仍然是增加的 ℃℃℃ 制冷量修正曲线图 2012-5-10 ‹ 机组的风冷热泵冷热水机组的制热量 随环境温度和热水出水温度变化的特 性曲线 ‹ 风冷热泵冷热水机组的制热量是随热 水出水温度的增加而减少，随环境温 度的降低而减少。这主要是由于机组 制热时，如要求出水温度的增加，则 必须相应提高冷凝压力，当压缩机冷 凝压力提高后，必然导致系统的制冷 剂流量减少，制热量也相应减少。当 环境温度降低到 0℃ 左右时空气侧换 热器表而结霜加快，此时蒸发温度下 降速率增加，机组制热量下降加剧， 必须周期地除霜，机组才能正常工作 2012-5-10 ℃℃冷凝器侧℃ 制热量修正曲线图 ‹ 机组在制热工况下的输入功率是随热 水的出水温度增加而增加的，随环境 温度的降低而减少。这主要是由于热 水出水温度提高时要求冷凝压力相应 提高，此时如环境温度不变，则压缩 机的压力比增加、压缩机对每千克制 冷剂的耗功增加，导致压缩机的输入 功率增加。当环境温度降低时系统中 的蒸发温度降低，使压缩饥的制冷剂 流量减小，特别是环境温度降低到 0℃以下时由于空气侧换热器表面结 霜，传热温差大，此时流量减少更 快，相应压缩机的输入功率大大减小 ℃℃℃ 制热量修正曲线图 2012-5-10 ‹ 《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)中规定 ¾ 7.3 热泵 7.3.1 空气源热泵机组的选型，应符合系列规定： 1 机组名义工况制冷、制热性能系数（COP）应高于国家现行标准； 2 具有先进可靠的融霜控制，融霜所需时间总和不应超过运行周期时 间的20%； 3 应避免对周围建筑物产生噪声干扰，符合国家现行标准《城市区域 环境噪声标准》（GB3096-82）的要求； 4 在冬季寒冷、潮湿的地区，需连续运行或对室外温度稳定性由要求 的空气调节系统，应按当地平衡点温度确定辅助加热装置的容量。 2012-5-10 7.3.2 空气源热泵冷热水机组冬季的制热量，应根据室外空气调节计算温 度修正系数和融霜修正系数，按下式进行修正： Q qK 1K 2 式中：Q —— 机组制热量（kW）； q —— 产品样本中的瞬时制热量（标准工况：室外空气干球温度 7℃、湿球温度6℃），kW； K 1 —— 使用地区室外空气调节计算干球温度的修正系数，按产品 样本选取； K 2 —— 机组融霜修正系数，每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。 2012-5-10 《采暖通风与空气调节设计规范》（条文说明） 7.3.1 空气源热泵冷（热）水机组选型原则。新增条文。 本条提出选用空气涌热泵冷(热)水机组时应注意的问题: 1 空气源热泵机组的耗电量较大，价格也高，选型时应优选机组性能系 数较高的产品，以降低投资和运行成本。此外，先进科学的融霜技术 是机组冬季运行的可靠保障。机组冬季运行时，换热盘管温度低于露 点温度时，表面产生冷疑水，冷凝水低于0℃就会结霜，严重时就会 堵塞盘管，明显降低机组效率、为此必须除霜。除霜方法有多种，包 括原始的定时控制、温度传感器控制和近几年发展的智能控制，最佳 的除霜控制应是判断正确，除霜时间短，做到完美是很难的。设计选 型时.应进一步了解机组的除霜方式、通过比较判断后确定。 2012-5-10 （条文说明） 2 机组多数安装在屋面，应考虑机组噪声对周边建筑环境的影响，尤其是 夜间运行，若噪声超标不但会遭到投诉，还会被勒令停止运行。 3 在北方寒冷地区采用空气源热泵机组是否合适，根据一些文献 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和对 北京、西安、郑州等地实际使用单位的调查。归纳意见如下: (1) 日间使用，对室温要求不太高的建筑可以采用； (2) 室外计算温度低于-10℃的地区，不宜采用； (3) 当室外温度低于空气源热泵平衡点温度(即空气源热泵供热量等于建 筑耗热量时的室外计算温度)时，应设置辅助热源。在辅助热源使用 后，应注意防止冷凝温度和蒸发温度超出机组的使用范围。 以上仅从技术角度指出了空气源热泵在寒冷地区的使用，设计时还需从经 济角度全面分析。在有集中供热的地区，就不宜采用。 2012-5-10 6.3.1 结霜过程及其影响因素 ‹ 在结霜初期霜层增加了传热表面的粗糙度及表面积，使蒸发器的传热系数有 所增加，但随着霜层增厚导热热阻逐渐成为影响传热系数的主要方面，使蒸 发器的传热系数开始下降 ‹ 霜层的存在加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力，减少了空气流量，增加了 对流换热热阻，加剧了蒸发器传热系数的下降 ‹ 空气源热泵在结霜工况下运行时，随着霜层的增厚，将出现蒸发温度下降、 制热量下降、风量衰减等现象而使空气源热泵机组不能正常工作 ‹ 结霜工况下热泵系统性能系数在恶性循环中迅速衰减：霜层厚度不断增加使 得霜层热阻增加，使蒸发器的换热量大大减少导致蒸发温度下降，蒸发温度 下降使得结霜加剧，结霜加剧又导致霜层热阻进一步加剧 2012-5-10 ‹ 在冰核形成阶段，因为冷表面本身的不均匀（如划痕、表面凹进现象等）， 当湿空气在冷表面开始凝露后，这些不均匀地方最先开始形成过冷水珠，由 于冷表面的进一步冷却作用，当过冷水珠温度低于三相点温度时便形成了冰 核，并开始长大 ‹ 在霜层形成的早期，这些冰核以不同的速度朝垂直壁面的方向发展，并且长 大呈条状分布，在这一阶段冰核与冰核之间还没有相互连接起来，呈单条状 冰柱状态 ‹ 在霜层均匀生长阶段，先前阶段形成的条状冰核在长大的同时，开始产生分 枝并且相互开始交叉连接，其结果在宏观上表现为霜层在加厚的同时，霜层 表面开始由粗糙转化为平滑 ‹ 当霜层表面温度到达了冰点温度时霜层生长进入了充分发展阶段，在宏观上 表现为相对稳定的状态 2012-5-10 ‹ 平均结霜除霜损失系数为结霜时热泵的性能系数与室外换热器为干盘管时的 热泵性能系数之比 ‹ 根据平均结霜除霜损失系数将我国空气源热泵冷热水机组适用地区分成4类 ¾ 轻霜区：成都、重庆、桂林等，平均结霜除霜损失系数都在 0.97 以上，在这些地 区使用热泵时结霜不明显或不会对供热造成大的影响，热泵机组特别适合这类地 区应用 ¾ 低温结霜区：济南、北京、郑州、西安、兰州等，这些地区属于寒冷地区，气温 比较低，相对湿度也比较低，所以结霜现象不太严重，一般平均结霜除霜损失系 数在 0.950 以上 ¾ 一般结霜区：杭州、武汉、上海、南京、南昌、宜昌等，平均结霜除霜损失系数 在 0.80~0.90 左右，在使用空气源热泵供热时要考虑结霜除霜损失对热泵性能的影 响 ¾ 重霜区：如长沙，平均结霜除霜损失系数达0.703，主要是因为该地区相对湿度过 大，而且室外空气状态点恰好处于结霜速率较大区间的缘故，在使用空气源热泵 供热时必须充分考虑结霜除霜损失对热泵性能的影响 2012-5-10 6.3.2 除霜过程及其控制方法 ‹ 目前，空气源热泵机组都采用热气冲霜，即通过四通阀切换改变工质的流 向进入制冷工况，让压缩机排出的热蒸气直接进入翅片管换热器以除去翅 片表面的霜层 ‹ 由于在热泵除霜的过程中不但不能向室内提供热量，反而还要吸收室内的 热量，所以一般用总制热量和总能效比来评价空气源热泵机组性能的优劣 ¾ 总制热量是指在一个除霜和结霜周期中热泵向室内提供的总热量，它 等于制热循环时热泵向室内提供的总热量减去除霜时热泵从房间吸收 的热量 ¾ 总能效比就是在一个除霜和结霜周期中总制热量与总耗功的比值 2012-5-10 ‹ 时间-温度法 ¾ 时间-温度法是用翅片管换热器盘管温度（或蒸发压力）、除霜时间以及 除霜周期来控制除霜的开始和结束 ¾ 当室外翅片管换热器表面开始结霜时，盘管温度就会不断下降，压缩机 吸气温度以及吸气压力也会不断下降。当盘管温度（或吸气压力）下降 到设定值时，绑在盘管上的温度传感器将信号输入时间继电器开始计 时，同时四通换向阀动作，机组进入除霜模式（制冷工况）。室外风机 停止转动，压缩机的高温排气进入室外翅片管换热器，使盘管表面霜层 融化，盘管温度也随之上升。当盘管温 度（或排气压力）上升到设定值 时或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间时，除霜结束，风机起动， 四通换向阀动作，机组恢复制热工况 2012-5-10 ‹ 模糊智能控制法 ¾ 影响室外换热器翅片表面结霜的因素很多，如大气温度、大气相对湿度、 气流速度、太阳辐射、翅片的结构、制冷系统的构成等 ¾ 模糊控制（Fuzzy Control）技术适合于处理多维、非线形、时变问题， 可以在解决除霜合理控制的过程中发挥重要作用，是一种先进并可行的 智能除霜控制方法 ¾ 模糊智能控制除霜系统一般是由数据采集与 AID 转换、输入量模化、模 糊推理、除霜控制、除霜监控及控制规则调整五个功能模块组成。通过 对除霜过程的相应分析，修正除霜的控制规则，可以使除霜控制自动适 应空气源热泵机组工作环境的变化，实现智能除霜的目标 ¾ 尽管目前模糊控制技术已经开始在空气源热泵机组中运用，但以什么样 的标准衡量模糊控制规则、怎样得到合适的模糊控制规则和怎样进行模 糊控制规则的自适应修改等问题都还没有得到很完美地解决 2012-5-10 ‹ 附：模糊智能控制法 ¾ 模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、 模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机智能数字控制技术。1965年， 美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关 的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把 它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模 糊控制论的诞生 ¾ 模糊控制技术具有如下特点： 9 9 9 9 无须知道被控对象精确的数学模糊，对多输入多输出、时变及滞后等复杂系统都能进行 控制，它的实现主要依赖模糊规则库，且从工业过程的定性认识出发， 较容易建立语言 变量控制规则 是一种反映人类智慧思维的智能控制。模糊控制采用人类思维中的模糊量，如："高"、 "中"、"大"、"小"等，使得控制机理和控制策略易于理解和接受，设计简单，便于维护和 推广 构造容易。用单片机、PLC等来构造模糊控制系统，其结构与一般数字控制系统无 异，而且随着模糊控制系统软硬件的发展，模糊控制系统的设计变得越来越简单， 成本也越来越低 系统鲁棒性强，尤其适用于非线性、时变、滞后系统的控制 2012-5-10 ‹ 制热运行时，经压缩机压缩后的高温 高压制冷剂气体分成二路，其中一路 通过1#四通换向阀进入水侧换热器冷 凝成液态制冷剂后经过冷凝侧单向阀 进入高压储液器，另一路通过2#四通 换向阀进入水侧换热器冷凝成液态制 冷剂后经过冷凝侧单向阀进入高压储 液器，高压储液器出来的液态制冷剂 经过干燥过滤器和空气侧电磁阀后通 过膨胀阀节流后分别进入翅片换热器 蒸发成低压的制冷剂气体，再通过四 通换向阀后进入气液分离器，低压制 冷剂气体通过气液分离器后再次进入 压缩机进行压缩 2012-5-10 ‹ 调节2#四通换向阀，就实现对2#空气 侧换热器的除霜。经压缩机压缩后的 高温高压制冷剂气体分成二路，其中 一路通过1#四通换向阀进入水侧换热 器冷凝成液态制冷剂后经过冷凝侧单 向阀进入高压储液器，另外一路通过 2#四通换向阀进入空气侧换热器融化 空气侧换热器上的霜层，气态制冷剂 被冷凝成液态后经过第二空气侧单向 阀进入高压储液器，高压储液器出来 的液态制冷剂经过过滤器和空气侧电 磁阀后，通过制热膨胀阀节流后进入 空气侧换热器蒸发成低压的制冷剂气 体，再通过四通换向阀后进入气液分 离器，低压制冷剂气体通过气液分离 器后再次进入压缩机进行压缩 2012-5-10 ‹ 调节1#四通换向阀，就实现对1#空气 侧换热器的除霜。经压缩机压缩后的 高温高压制冷剂气体分成二路，其中 一路通过2#四通换向阀进入冷凝侧换 热器冷凝成液态制冷剂后经过冷凝侧 单向阀进入高压储液器，另外一路通 过四通换向阀进入空气侧换热器融化 空气侧换热器上的霜层，气态制冷剂 被冷凝成液态后经过空气侧单向阀进 入高压储液器，高压储液器出来的液 态制冷剂经过干燥过滤器和空气侧电 磁阀后，通过制热膨胀阀节流后进入 空气侧换热器蒸发成低压的制冷剂气 体，再通过四通换向阀后进入气液分 离器，低压制冷剂气体通过气液分离 器后再次进入压缩机进行压缩 2012-5-10