太陽(yáng)能_空氣源熱泵_熱能回收熱水系統(tǒng)在HN公司辦公樓的應(yīng)用研

1、太陽(yáng)能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在公司辦公樓的應(yīng)用研究*蘇培莉1，韋正范2(1.西安科技大學(xué)，西安710054；2. 陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)公司，西安710054摘要：HN 公司綜合辦公樓原設(shè)計(jì)采用太陽(yáng)能-空氣源熱泵供水系統(tǒng)，有效地解決了陰雨天氣熱水供應(yīng)問(wèn)題；在投入使用過(guò)程中，冬季經(jīng)常出現(xiàn)水溫上不去和壓縮機(jī)被燒壞的現(xiàn)象。通過(guò)分析影響空氣源熱泵效率(COP的因素，得出在冬季提高熱泵工作環(huán)境溫度，可以有效提高熱泵的制熱量和工作效率。通過(guò)對(duì)原方案進(jìn)一步改造，設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能-空氣源熱泵-設(shè)備熱能回收組合式熱水系統(tǒng)，利用空氣熱回收機(jī)和離心風(fēng)機(jī)將樓內(nèi)監(jiān)控大廳機(jī)器設(shè)備散發(fā)的熱量回收引至空氣源熱泵機(jī)組進(jìn)風(fēng)口

2、，作為熱泵工作時(shí)的“原料”，有效地解決水溫上不去和壓縮機(jī)被燒毀的問(wèn)題，保證樓內(nèi)熱水的正常供應(yīng)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用3年，使用效果良好，具有一定推廣和借鑒價(jià)值。關(guān)鍵詞：空氣源熱泵；能效；熱回收式空氣處理機(jī)中圖分類(lèi)號(hào)：TU822文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-7237(201501-0052-03SU Pei-li 1, WEI Zheng-fan 2(1.Xian University of Science and Technology, Xi an 710054, China; 2.Shaanxi Provincial Expressway Construction Group Co.

3、, Xi an 710054, China：The solar energy -air source heat pump water systems are used effectively in the original design of comprehensive office building of HN company to solve the problem of water supply in rainy weather conditions. However, the phenomenon of the water temperature not rising up and t

4、he compressorbeing burned often occurs in winter. By analyzing the factors of air source heat pump influenced efficiency (COP,it is concluded that to improve the working environment temperature in winter can effectively ame liorate heating capacity and working efficiency of heat pump. A solar -air s

5、ource heat pump equipment heat recovery combined hot water system was designed by further improvement of the original program, and the shedding heat of monitoring equipment in monitoring hall of building will be quoted to the air inlet of air source heat pump by using air heat recovery unit and cent

6、rifugal fans to be the “raw material ”. It effec tively solves the problems of water stagnant and compressor burned, and ensures the normal supply of hot water for the building. Currently, the system has been effectively used for three years and has a certain promotion and reference value.：air sourc

7、e heat pump ；energy efficiency ；heat recovery air processor建筑節(jié)能新能源及其應(yīng)用2015年第1期(總第43卷第287期 doi ：10.3969/j.issn.1673-7237.2015.01.013收稿日期：2014-06-26；修回日期：2014-09-27*基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科研項(xiàng)目計(jì)劃資助(2013JK09610引言太陽(yáng)能是安全、清潔、無(wú)污染的可再生能源；空氣源熱泵是一種節(jié)能、環(huán)保的制熱設(shè)備，HN 公司綜合辦公樓熱水供應(yīng)系統(tǒng)將兩者結(jié)合起來(lái)，能有效地克服連陰雨天氣熱水供應(yīng)問(wèn)題1-2。在投入使用過(guò)程中，到了冬季，遇到低溫陰雨

8、時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)水溫上不去、壓縮機(jī)被燒毀現(xiàn)象，影響用戶(hù)正常用水，急需要求解決3-5。蘇培莉，等：太陽(yáng)能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在HN 公司辦公樓的應(yīng)用研究1空氣源熱泵的工作及熱能轉(zhuǎn)換原理1.1空氣源熱泵的工作原理6-8空氣源熱泵技術(shù)是基于逆卡諾循環(huán)原理建立起來(lái)的一種節(jié)能、環(huán)保制熱技術(shù)，工作原理如圖1所示。該系統(tǒng)通過(guò)自然能(空氣蓄熱 獲取低溫?zé)嵩?，?jīng)系統(tǒng)高效集熱整合后成為高溫?zé)嵩?，用?lái)取(供 暖或供應(yīng)熱水，整個(gè)系統(tǒng)集熱效率高，COP 值一般超過(guò)4.0。1.2空氣源熱泵的熱能轉(zhuǎn)換原理空氣源熱泵技術(shù)是一種新型的高效利用低溫能源的節(jié)能技術(shù)，它是以消耗一部分能量(如機(jī)械能、電能、高溫?zé)崮?為代價(jià)，通過(guò)

9、熱力循環(huán)，把熱能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置，空氣源能量轉(zhuǎn)移原理如圖2所示。2影響空氣源熱泵系統(tǒng)因素2.1初始水溫一般來(lái)說(shuō)，初始水溫越低，整體性能系數(shù)越高，如圖3所示，水溫從15加熱到55，整體性能系數(shù)為4.07；從35加熱到55，整體性能系數(shù)就降到3.3，從45加熱到55，機(jī)組的整體性能系數(shù)降到3.0。消耗同樣電能，機(jī)組由于初始水溫的不同而有差異，同一個(gè)機(jī)組，15水加熱到55比35水加熱到55多23%的制熱量，反之，如果總是將水由35加熱到55，相當(dāng)于將機(jī)組制熱量消減20%以上，所以直接把冷水補(bǔ)進(jìn)熱水水箱中混合成溫水后加熱，會(huì)降低機(jī)器能效，減少產(chǎn)水量。2.2目標(biāo)水溫目標(biāo)水溫設(shè)得低可

10、以省電。無(wú)論是一次加熱式還是循環(huán)加熱式，一般來(lái)說(shuō)，目標(biāo)水溫越高，設(shè)備整體性能系數(shù)越低，耗電量也越大，如圖4所示，水溫由15加熱到35，整體性能系數(shù)可以達(dá)到5.25，由15加熱到55，整體性能系數(shù)就降到4.07，也就是說(shuō)，同一個(gè)氣溫狀況下同一個(gè)機(jī)組，在相同耗電量基礎(chǔ)上，將15水加熱到35比加熱到55多獲得29%制熱量。2.3機(jī)器性能熱泵機(jī)組工作性能有高低，優(yōu)化后的機(jī)組整體性能系數(shù)達(dá)到4.0以上。2.4環(huán)境溫度環(huán)境溫度過(guò)高會(huì)影響機(jī)器設(shè)備壽命，過(guò)低會(huì)影響設(shè)備工作能力。從圖5可看出，相同環(huán)境下，氣溫相差5，產(chǎn)品制熱量相差10%20%以上，尤其是冬季，制熱量隨氣溫的變化相當(dāng)明顯。所以，環(huán)境溫度的高低對(duì)熱

11、泵制熱能力的影響非常大。從上述4個(gè)因素可以得出，影響空氣源熱泵的工作效率主要因素有初始水溫、目標(biāo)水溫、機(jī)器性能和環(huán)圖1空氣源熱泵系統(tǒng)工作原理圖圖2空氣源能量轉(zhuǎn)移原理圖圖3不同初始水溫的熱泵性能系數(shù)曲線(終止水溫55圖4不同終止溫度時(shí)熱泵能效比曲線(起始水溫15圖5不同環(huán)境溫度下制熱量變化曲線電能輸入熱水出冷水進(jìn)壓縮機(jī)儲(chǔ)液罐過(guò)濾器冷凝器膨脹閥蒸發(fā)器風(fēng)扇空氣熱能輸入熱泵機(jī)組儲(chǔ)熱水裝置渾水閥熱水冷水Q3(獲得能量=Q1(電能+Q2(環(huán)境熱量性能系數(shù)4.54.03.53.02.52.01.51.00.505550454035302520151050起始水溫/555045403530252015105終

12、止水溫/60能效比6.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5050454035302520151050-5環(huán)境溫度/制熱量/k W2520151050蘇培莉，等：太陽(yáng)能-空氣源熱泵-熱能回收熱水系統(tǒng)在HN 公司辦公樓的應(yīng)用研究境溫度。辦公樓用水是市政自來(lái)水，初始水溫?zé)o法改變；家庭用水日標(biāo)水溫統(tǒng)一設(shè)置為55；機(jī)器出廠后設(shè)備各方面性能基本已經(jīng)確定。前3個(gè)因素都無(wú)法改變，只有通過(guò)調(diào)整環(huán)境溫度來(lái)提高設(shè)備的能效比，減少能耗。3環(huán)境溫度對(duì)水溫和壓縮機(jī)損壞分析3.1環(huán)境溫度對(duì)水溫的影響低溫氣侯，制熱量不足，水溫上不去，無(wú)法保證用戶(hù)正常熱水需求，如果熱水系統(tǒng)中制熱量不足，提高能效

13、比已經(jīng)沒(méi)有太大意義。如圖6所示，雖然環(huán)境溫度為-5時(shí)系統(tǒng)能效比還可以達(dá)到1.5，但如果制熱量無(wú)法滿(mǎn)足把水制熱的需求，就難免出現(xiàn)水溫上不去、冬天沒(méi)法用這樣的后果。空氣源熱泵制熱量與能效比都會(huì)隨著環(huán)境溫度的降低而下降。環(huán)境溫度20時(shí)制熱量17.2kW(冷熱水溫差40 ，到了環(huán)境溫度5時(shí)制熱量降為11.23kW (冷熱水溫差51 ，比20的數(shù)值降低1/3；到了環(huán)境溫度-5時(shí)制熱量降為5.75kW (冷熱水溫差51 ，比20的數(shù)值降低了2/3。 相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，即使是采用優(yōu)化電機(jī)性能曲線、補(bǔ)氣增焓、變頻等改善壓縮機(jī)的手段，空氣源熱泵機(jī)組冬季制熱量依舊會(huì)有50%以上的衰減。3.2低溫壓縮機(jī)超極限運(yùn)行容

14、易被燒毀不同電機(jī)有不同的性能曲線，壓縮機(jī)一般在最佳的一段電機(jī)性能范圍中運(yùn)行，在此范圍內(nèi)，電機(jī)效率高，電機(jī)卷線溫度低，一般不超過(guò)120，卷線溫度過(guò)高一方面潤(rùn)滑油黏度降低，壓縮機(jī)潤(rùn)滑狀態(tài)惡化，嚴(yán)重情況下導(dǎo)致潤(rùn)滑油碳化，壓縮機(jī)卡殼；另一方面電機(jī)卷線漆包線、絕緣材料高溫老化，容易直接造成電機(jī)短路、壓縮機(jī)燒毀。3.3過(guò)熱度差引起的液擊故障壓縮機(jī)吸氣口前面帶有一個(gè)汽液分離器，用以將管道中的液體沉淀下去，保證壓縮機(jī)吸的都是氣體。在熱泵系統(tǒng)中，夏季過(guò)熱度特別高，而冬季過(guò)熱度為負(fù)值，液體冷媒混入壓縮機(jī)，這就很容易產(chǎn)生液擊故障，導(dǎo)致壓縮機(jī)工作能力下降，噪音增大，甚至直接報(bào)廢。4供水設(shè)計(jì)方案的改造HN 公司綜合辦公

15、樓910層為監(jiān)控中心，面積約400m 2，按設(shè)計(jì)，監(jiān)控設(shè)備用電功率近60kW ，從理論計(jì)算，機(jī)電設(shè)備能量80%以上會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，原設(shè)計(jì)方案將室內(nèi)空氣直接通過(guò)通風(fēng)口排出室外?；谶@種現(xiàn)狀，將原設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化、改造，提出的太陽(yáng)能-熱量回收-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)，即增加了熱回收式空氣處理機(jī)和低燥柜式離心風(fēng)機(jī)，將熱量通過(guò)通風(fēng)管道送往空氣熱源機(jī)組進(jìn)風(fēng)口(如圖7所示 ，如果進(jìn)入冬季，氣溫較低時(shí)侯，開(kāi)啟熱回收機(jī)器，熱風(fēng)源源不斷進(jìn)入空氣源熱泵進(jìn)風(fēng)口，這些熱能的回收也是空氣源熱泵工作的“原料”。5節(jié)能效果比較及總結(jié)(12個(gè)方案節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效果，通過(guò)安裝位于太陽(yáng)能水箱間的電表可以看出，原設(shè)計(jì)方案時(shí)冬季用電量是

16、平時(shí)用電量的5倍，而且每年平均燒圖6不同氣溫下的瞬時(shí)間的性能參數(shù)曲線(水溫T=50圖7熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工效果圖能效比(C O P 5.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.505045403530252015105-5環(huán)境溫度T/通往空氣熱源機(jī)組進(jìn)風(fēng)口熱回收通風(fēng)口熱回收式空氣處理機(jī)組低噪聲柜式離心風(fēng)機(jī)(下轉(zhuǎn)第61頁(yè)壞壓縮機(jī)2臺(tái)；改造后，冬季用電量是平時(shí)用電量的1.5倍，在投入使用其間壓縮機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)被燒毀的現(xiàn)象。(2太陽(yáng)能-熱量回收-空氣源熱泵組合熱水系統(tǒng)投入使用3年，冬季沒(méi)有出現(xiàn)“水溫上不去”、“冬天沒(méi)法用”和熱壓縮機(jī)經(jīng)常損壞、更換現(xiàn)象，可保證用戶(hù)冬季正常的熱水供應(yīng)，取

17、得良好效果。(3回收設(shè)備間散發(fā)熱能的空氣源熱泵，以提高環(huán)境溫度，通過(guò)熱泵提升其熱量品位后加熱水溫，很好地解決了設(shè)備間空氣余熱回收的問(wèn)題，從而大大節(jié)約能源，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低了對(duì)環(huán)境的熱污染。參考文獻(xiàn)：1彭金梅, 羅會(huì)龍, 崔國(guó)民, 等. 熱泵技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向J.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,(5:54-59.2歐云峰, 楊金華. 空氣源熱泵輔助加熱太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討J.給水排水,2009,(9:82-84.3劉鵬, 關(guān)欣, 穆志君, 等. 太陽(yáng)能熱泵技術(shù)在國(guó)內(nèi)的研究與發(fā)展J.化工進(jìn)展,2009,(S1:328-333.4葉金偉. 太陽(yáng)能與空氣源熱泵熱水機(jī)組聯(lián)合制

18、熱水系統(tǒng)的分析J.給水排水,2012,(S1:409-411.5羅會(huì)龍, 鐵燕, 李明, 等. 空氣源熱泵輔助加熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)熱性能研究J.建筑科學(xué),2009,(2:52-54.6韓宗偉, 李先庭, 石文星, 等. 太陽(yáng)能蓄熱與低溫空氣源熱泵復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行特性模擬研究J.太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2012,(8:1411-1418.7施龍, 劉剛, 楊豐暢. 以空氣源熱泵輔助加熱的太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)J.可再生能源,2013,(1:97-101.8王小紅, 王靖華, 屈莉娟, 等. 太陽(yáng)能+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在浙大紫金港餐飲中心的應(yīng)用J.給水排水,2013,(7:65-68.作者簡(jiǎn)介：蘇培莉(1982，女，山

19、西朔州人，博士，研究方向：巖土注漿加固以及房屋改建等方面的工作(114559274。苗紀(jì)奎，等：既有建筑外墻外保溫節(jié)能改造防火措施分析建筑節(jié)能改造中，建議可燃保溫板材在出廠前就涂刷防火界面劑等，以滿(mǎn)足施工過(guò)程的防火安全性。保溫材料進(jìn)場(chǎng)后要保證其安全的存放。既有建筑周?chē)膱?chǎng)地空間一般有限，如果不能滿(mǎn)足規(guī)定的10m 范圍內(nèi)無(wú)可燃易燃物的要求，需對(duì)保溫材料完全覆蓋不燃材料，并設(shè)專(zhuān)門(mén)的安全員看護(hù)，必要時(shí)可建立臨時(shí)的倉(cāng)庫(kù)堆放保溫材料或?qū)⒉牧隙逊旁陔x建筑較遠(yuǎn)的安全位置；可對(duì)每天的施工量進(jìn)行預(yù)算，安排保溫材料分批進(jìn)場(chǎng)，盡量不使其大量存放在施工現(xiàn)場(chǎng)。2.3.2保溫材料上墻階段保溫材料上墻之前，應(yīng)通知住戶(hù)清理窗

20、臺(tái)、空調(diào)機(jī)位以及室內(nèi)靠窗部位的可燃物品，并對(duì)居民進(jìn)行防火宣傳。對(duì)搭建的腳手架上的一切易燃物品進(jìn)行防火處理，如：對(duì)竹木踏板刷防火涂料，防護(hù)網(wǎng)盡量避免使用尼龍網(wǎng)，使其不會(huì)一遇明火即燃燒；對(duì)貼著建筑外立面的電氣線路可用不燃材料對(duì)其進(jìn)行包覆。保溫材料上墻時(shí)應(yīng)特別加強(qiáng)焊接作業(yè)時(shí)的消防工作，做到每個(gè)焊接處都配備滅火器。加強(qiáng)關(guān)鍵構(gòu)造部位施工的監(jiān)督，如無(wú)空腔構(gòu)造、防火隔離帶、防護(hù)層等。由于既有建筑改造地段人員較雜，粘貼保溫板或噴涂聚氨酯應(yīng)與覆蓋防護(hù)砂漿同步進(jìn)行，而不應(yīng)該僅滿(mǎn)足規(guī)定的24h 之內(nèi)涂覆防護(hù)層，盡量不使上墻的保溫材料在未覆蓋防護(hù)層的條件下過(guò)夜。另外，施工期的選擇應(yīng)避免風(fēng)力大于5級(jí)的時(shí)期以及春節(jié)等煙花爆竹較密集時(shí)期。3結(jié)論在A 級(jí)保溫材料應(yīng)用成熟之前，有機(jī)保溫材料配以合理的防火措施，仍將在既有建筑外墻節(jié)能改造中有很大的應(yīng)用。提高保溫系統(tǒng)的防火性能、設(shè)置防火隔離帶、加強(qiáng)施工過(guò)程的防火控制措施，在今后一段時(shí)期內(nèi)