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風冷熱泵冷熱水機組的選型與工程設計

2019-11-08 19:05   评论:98 点击:739

風冷熱泵冷熱水機組是九十年代在我國開始利用的一種新型空調主機 ,此類機組既可供冷又可供熱,省卻了鍋爐房和冷卻水係統,安裝靈活方便。機組運行采用微電腦控製,可靠性較高。是以在長江流域的很多空調工程中得以廣泛采用。但由於各地天氣條件不同,再加上工程設計方麵也缺少經驗。是以在使用中也發現了不少題目。本文作者根據本身近年來的工程經驗談幾點體會,以供廣大同行參考。

  在進行一個工程的設計過程中,假如當地天氣環境許可,同時經過技術經濟分析比較後確定該工程空調冷熱源采用風冷熱泵機組,那麽設計職員應當著手對國內外相關廠家的產品進行分析比較 ,為用戶選擇一款較為經濟公道的熱泵產品。選型的首要內容首先是機組的整體性能分析,它包括熱泵機組的製冷量、製熱量、COP值、噪聲、外形尺寸、運行重量等參數。其次,分析該類熱泵的內部配置,它包括壓縮機型式、冷凝器結構及布置、熱力膨脹閥的配置、蒸發器型式、能量調節方式、融霜方式、安全保護及主動控製項目等等。在進行上述分析比較後我們就可以選擇一款較為理想的機組,接下來的工作就是進行設備布置,這過程中我們必須考慮設備之間的公道間距 ,輔助熱源的配置和多台熱泵整體運行噪聲對四周環境的影響等。下麵就以上幾方麵的題目分別加以闡述。

風冷熱泵的性能分析

  風冷熱泵的冷熱量 :這兩個參數是決定風冷熱泵正常使用的最關鍵參數 ,它是指風冷熱泵的進風溫度、進出水溫度在設計工況下時其所具備的製冷量或製熱量。它可從有關廠家提供的產品樣本中查得。但目前在設計中也發現如許的情況,那就是有的廠商所提供的樣本參數並未經過測試而是抄自其它廠家的相關樣本。這給設計職員的精確選型帶來了一定困難。是以筆者建議在有條件的情況下設計職員可根占有關廠家的風冷熱泵所配置的壓縮機型號,從壓縮機生產廠家處獲得該壓縮機的變工況性能曲線,根據熱泵的設計工況查得該壓縮機在熱泵設計工況下的製冷量和製熱量,從而判定該樣本所提供參數的真偽。

  風冷熱泵的COP值:該值是確定風冷熱泵性能好壞的首要參數,其值的高低直接影響到風冷熱泵使用中的耗電量 ,是以,應盡量選擇COP值高的機組。目前我國國家標準是COP值為2.57,多數進口或合資品牌的COP在3擺布,個別進口品牌的高效型機組其值可達到3.8。

  噪聲:噪聲也是衡量一台風冷熱泵機組的首要參數,它直接關係到熱泵運行時對四周環境的影響。國內有關專家曾根據工程實測對各類進口熱泵的噪聲劃分為三檔,第一檔在85dB以上、第二檔在75~85dB之間、第三檔在75dB以下。我們在進行工程設計選型中應優先選擇噪聲在80dB以下的機組。

  外型尺寸:風冷熱泵機組大多布置在室外屋頂,它在進行設備布置時對設備與四周牆麵的間距、設備之間的間距都有明確要求,是以我們在進行設備選型時必須考慮所選設備尺寸是否符合設備布置的尺寸要求。在性能相同的條件下應優先選用尺寸較小的機組,以減小設備的占地麵積 。

  運行重量 :由於風冷熱泵機組大多布置在屋麵,是以在選型時必須考慮屋麵的承重能力,必要時應與結構專業協商,加強屋麵的承重能力。但在設備選型時我們應優先選擇運行重量較輕的機組。

風冷熱泵的係統分析

  所謂風冷熱泵的係統分析 ,就是在風冷熱泵的選型過程中除了比較各自的製冷量、製熱量、COP值、噪聲、運行重量、外形尺寸等參數外,還要對其各自的壓縮機型式、冷凝器型式及布置 、熱力膨脹閥的配置、蒸發器型式、除霜方式、能量調節方式和熱泵係統的自控和安全保護等等加以分析,比較其各安閑係統配置方麵的優缺點。 壓縮機的型式:目前用於風冷熱泵的壓縮機型式首要有活塞式、渦旋式、螺杆式三種型式。根據熱泵工作的特點是運行時間長、壓縮比大等情況,筆者以為渦旋式和螺杆式壓縮機將成為熱泵壓縮機的主流。其理由是:

  1、渦旋式和螺杆式壓縮機較活塞式壓縮機具有傳動件少,從而使壓縮機的磨擦損耗相應減少,整機的效率相應進步。

  2、由於熱泵機組的壓縮比較大,是以對於活塞式壓縮機在相同的餘隙容積下其容積效率下降,從而造成整機效率的下降。而渦旋式和螺杆式壓縮機不存在這方麵的題目。

  3、用於風冷熱泵的壓縮機其工作環境較其它在普通空調工況下工作的壓縮機要惡劣,每的運行時間也較長,工況變化範圍也較大,是以對壓縮機的可靠性要求就較高。渦旋式和螺杆式壓縮機具有零部件少,結構緊湊的特點,所以特別適用於熱泵機組。

  4、目前所采用的風冷熱泵機組一般都采用熱氣除霜的方法來排除冬季供熱工況下空氣側換熱器上積聚的霜。在除霜開始和結束時,係統要進行反向運行,在原冷凝一方盤管中所積聚的液體製冷劑由於其中壓力忽然降低為吸汽壓力而大量湧向壓縮機,造成壓縮機的濕衝程,這對於渦旋式和螺杆式壓縮機而言並沒有什麽大題目 ,而這對於活塞式壓縮機來講極易造成氣閥和連杆的損壞。

  5、另外就熱泵壓縮機本身而言渦旋式和半封閉螺杆式比活塞式的噪聲要低。

冷凝器的型式與布置

  冷凝器所用翅片型式目前首要有開窗片和波紋片兩種,開窗片換熱效率較高,是以前兩年生產的熱泵機組中經常得以采用。但由於我國城市大氣質量較差,而這類翅片極易積灰 ,且較難清理 ,使用時間一長 ,換熱效果大大下降。所以當前熱泵用冷凝器多采用波紋片配內螺紋銅管,其具有換熱效率較高,不易積灰,風阻小等特點。

  冷凝器的翅片間距也很講究,作為冷凝器使用時以肋化比高、傳熱係統數大為好 ,故希看片距小些較好 。但當其作為蒸發器使用時,翅片一結霜 ,使用時的換熱效果就會大大降低,是以希看片距大一些;一般片距以3mm為宜 。

  冷凝器的布置型式同其換熱效果和外形尺寸有著直接的關係。通常熱泵的冷凝盤管布置成直型盤管、V型盤管、W型盤管三種型式。但V型盤管間的較大空間內除了軸流風機外並無其它零部件 ,空間利用率低。直型盤管間固然集中布置了壓縮機 、四通閥、蒸發器等係統有關零部件,但由於盤管高度較高,迎風麵速不均勻,冷凝器換熱效率較低,且氣流組織不理想,空氣阻力較大。而W型布置克服了上述缺點,不僅可改善氣流組織進步換熱效率 ,降低空氣阻力,而且由於在同樣空間條件下,冷凝盤管傳熱麵積增大,空間利用率較高,從而縮小了機組外形尺寸。

熱力膨脹閥配置

  現在熱泵製冷係統中有采用單膨脹閥和雙膨脹閥兩種方式,所謂雙膨脹閥就是製熱工況和製冷工況各采用一隻膨脹閥。假如係統采用一隻膨脹閥,按標準製冷工況進行選型,由於熱泵係統在製熱工況下運行時係統的製熱量隨著環境溫度的下降也隨之下降。這時候膨脹閥的製熱能力也會有所下降,但其下降的幅度要小於係統製熱能力的下降。如許在製熱工況下隨著環境溫度的下降 ,對係統而言所配置膨脹閥顯得過大。過大的膨脹閥會引發蒸發器供液過多,蒸發壓力上升,與室外空氣換熱量減少,從而導致熱泵供熱量的減少。

  當前很多廠家的熱泵機組多采用雙膨脹閥型式,製冷膨脹閥按標準製冷工況來選擇。製熱膨脹閥如若按標準製熱工況來選擇,那在低溫工況下運行時膨脹閥會顯得過大,所以根據筆者本身的體會建議製熱膨脹閥按環境溫度-7℃,熱水進口溫度40℃,出口溫度45℃來選型,按如許條件計算後選定的膨脹閥能在不低於-15℃的環境溫度下正常運行。

蒸發器型式

  目前在風冷熱泵機組中常用的蒸發器首要是板式換熱器和幹式殼管式換熱器。板式換熱器多用在小型風冷熱泵中,它具有傳熱效率高、蒸發器不易積油的特點;特別是新的帶有內置式分配裝配的板塊解決了板片間製冷劑分配均勻性這一關鍵題目,能在相同的出水溫度下進步蒸發溫度15~2℃,進步了製冷效率。幹式殼管式蒸發器多用在大中型風冷熱泵中,目前其傳熱管已廣泛采用高效管,是以換熱效率有很大進步。但總的來講不及板式換熱器。而且其回油相對困難,常積存於換熱器底部。如在底部設回油管與吸汽管相通,則由於有液體製冷劑帶進,導致製冷劑過熱度不穩定,影響膨脹閥的工作和係統的製冷量。

軸流風機的配置

  軸流風機的配置首先要滿足冷凝器(空氣側換熱器)的換熱要求,根據經驗風冷熱泵機組所配軸流風機風量與標準製冷量(環境溫度35℃ ,出水溫度7℃)之比大約在0.071~0.095/kJ之間 ,此外還要保證冷凝器迎風麵的風速,由於這關係到冬季運行時空氣側換熱器的結霜速度,迎風麵風速越大冬季運行時越不輕易結霜。但風量過大風機的功耗也要增大,同時噪聲也要增大,是以一般情況下迎風麵風速取3~5m/s。另外 ,風機配置時還要考慮噪聲,目前一般選用大直徑、低轉速、且葉片扭轉角度較小的軸流風機以降低風機噪聲。

能量調節方式

  目前在風冷熱泵機組中常用的能量調節方式有壓縮機台數控製 、壓縮機間隙運行、氣缸卸載調節(活塞式)、變頻調速(渦旋式)、滑閥無級調節(螺杆式)。從能量調節方式中我們可以看出台數控製、壓縮機間隙運行 、氣缸卸載調節都是屬於有級調節,而變頻調速和滑閥無級調節屬於無級調節。無級調節具有節能、噪聲和振動小、起動性能好同時也降低了對供電係統的幹擾。從這點也可看出渦旋式和螺杆式壓縮機的優熱。

除霜方式

  各生產廠生產的機組其除霜方法基本相同,大多采用熱汽除霜法;所不同是除霜的控製技術。常見的有壓差控製法、溫差控製法、溫度時間控製法,其中以溫度時間控製法最為普遍。這類控製技術中除霜參數的設置最1頁

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