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風冷熱泵機組

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風冷熱泵機組是由壓縮機——換熱器——節流器——吸熱器——壓縮機等裝置構成的一個循環系統。冷媒在壓縮機的作用下在系統內循環流動。它在壓縮機內完成氣態的升壓升溫過程(溫度高達100℃),它進入換熱器后釋放出高溫熱量加熱水,同時自己被冷卻並轉化為流液態,當它運行到吸熱器后,液態迅速吸熱蒸發再次轉化為氣態,同時溫度下降至零下20℃——30℃,這時吸熱器周邊的空氣就會源源不斷地將低溫熱量傳遞給冷媒。冷媒不斷地循環就實現了空氣中的低溫熱量轉變為高溫熱量並加熱冷水過程。

1 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組工作原理

風冷熱泵機組是由壓縮機——換熱器——節流器——吸熱器——壓縮機等裝置構成的一個循環系統。冷媒在壓縮機的作用下在系統內循環流動。它在壓縮機內完成氣態的升壓升溫過程(溫度高達100℃),它進入換熱器后釋放出高溫熱量加熱水,同時自己被冷卻並轉化為流液態,當它運行到吸熱器后,液態迅速吸熱蒸發再次轉化為氣態,同時溫度下降至零下20℃——30℃,這時吸熱器周邊的空氣就會源源不斷地將低溫熱量傳遞給冷媒。冷媒不斷地循環就實現了空氣中的低溫熱量轉變為高溫熱量並加熱冷水過程。

2 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組特點

1.風冷熱泵機組屬中小型機組,適用於200-10000平方米的建築物。   
2.空調系統冷熱源合一,更適用於同時採暖和製冷需求的用戶,同時省去了鍋爐房。   
3.機組戶外安裝,省去了冷凍機房,節約了建築投資。   
4.風冷熱泵機組的一次能源利用率可達90%,節約了能源消耗,大大降低了用戶成本。   
5.無須冷卻塔,同時省去了冷卻水泵和管路,減少了附加設備的投資。   
6.無冷卻水系統動力消耗,無冷卻水損耗,更適用於缺水地區。

3 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組性能分析

冷熱量 這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制熱量。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這樣的情況,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。這給設計人員的正確選型帶來了一定困難。因此筆者建議在有條件的情況下設計人員可根據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制熱量,從而判斷該樣本所提供參數的真偽。
COP值 該值是確定風冷熱泵性能好壞的重要參數,其值的高低直接影響到風冷熱泵使用中的耗電量,因此,應盡量選擇COP值高的機組。目前中國國家標準是COP值為2.57,多數進口或合資品牌的COP在3左右,個別進口品牌的高效型機組其值可達到3.8。
雜訊 雜訊也是衡量一颱風冷熱泵機組的重要參數,它直接關係到熱泵運行時對周圍環境的影響。國內有關專家曾根據工程實測對各類進口熱泵的雜訊劃分為三檔,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雜訊在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周圍牆面的間距、設備之間的間距都有明確要求,因此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。在性能相同的前提下應優先選用尺寸較小的機組,以減小設備的佔地面積。
運行重量 由於風冷熱泵機組大多布置在屋面,因此在選型時必須考慮屋面的承重能力,必要時應與結構專業協商,增強屋面的承重能力。但在設備選型時我們應優先選擇運行重量較輕的機組。

4 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組系統分析

風冷熱泵機組的系統分析,就是在風冷熱泵的選型過程中除了比較各自的製冷量、制熱量、COP值、雜訊、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、能量調節方式以及熱泵系統的自控和安全保護等等加以分析,比較其各自在系統配置方面的優缺點。    
壓縮機的型式:
目前用於風冷熱泵的壓縮機型式主要有活塞式、渦旋式、螺桿式三種型式。根據熱泵工作的特點是運行時間長、壓縮比大等情況,筆者認為渦旋式和螺桿式壓縮機將成為熱泵壓縮機的主流。其理由是: 
1.渦旋式和螺桿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,整機的效率相應提高。    
2.由於熱泵機組的壓縮比較大,因此對於活塞式壓縮機在相同的余隙容積下其容積效率下降,從而造成整機效率的下降。而渦旋式和螺桿式壓縮機不存在這方面的問題。   
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,因此對壓縮機的可靠性要求就較高。渦旋式和螺桿式壓縮機具有零部件少,結構緊湊的特點,所以尤其適用於熱泵機組。   
4.目前所採用的風冷熱泵機組一般都採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,系統要進行反向運行,在原冷凝一方盤管中所積聚的液體製冷劑由於其中壓力突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,這對於渦旋式和螺桿式壓縮機而言並沒有什麼大問題,而這對於活塞式壓縮機來講極易造成氣閥和連桿的損壞。   
5.另外就熱泵壓縮機本身而言渦旋式和半封閉螺桿式比活塞式的雜訊要低。

5 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組安全保護與控制

目前國內風冷熱泵機組的保護與控制多採用計算機控制,其又包括可編程式控制制和微電腦控制,兩者的控制原理大致相同。   
一颱風冷熱泵的安全保護系統至少要包括以下幾個方面:   
1)吸氣壓力過低保護   
2)排氣壓力過高保護   
3)油壓保護   
4)冷水溫度過低保護   
5)水側換熱器斷水保護   
6)壓縮機啟動時間間隔保護   
7)壓縮機內藏電機過熱保護   
8)電機過載保護   
9)電源電壓過低保護   
10)三相電缺相保護   
11)油溫控制   
風冷熱泵控制至少要包括:   
1)除霜控制   
2)多台壓縮機順序控制   
3)能量調節   
4)故障停機與顯示   
5)遠程控制介面(用於遠程設置運行參數以及控制機組啟停、將機組運行參數和故障內容顯示於控制終端)

6 風冷熱泵機組 -風冷熱泵機組工程設計

風冷熱泵機組的布置

風冷熱泵機組在使用中不同程度的都存在這樣一種現象,即夏季製冷量不足,冬季制熱量不足的現象。造成這種現象的原因是多方面的,這裡除了設備本身的因素外也有工程設計中的問題。主要是設備布置不合理造成氣流短路,夏季機組高溫排風被重新吸入,造成進風溫度過高冷凝壓力上升,導致機組製冷量下降;冬季正在融霜的機組排出的濕空氣被旁邊正在供暖的機組吸入造成吸入空氣濕度過高,加劇了供暖機組的結霜速度,從而使其融霜時間延長,供暖時間減少,從而使機組的供熱量減少。   
因此風冷熱泵應儘可能布置在室外,進風應通暢,排風不應受到阻擋。避免造成氣流短路。如有阻擋物,應符合一定的要求。許多生產等單位提供的設計手冊中對機組之間的間距及機組與牆間的距離均有明確要求,大致如下:機組間的距離應保持在2米以上,機組與主體建築(或高度較高的女兒牆)間的距離應保持在3米以上。另外為避免排風短路在機組上部不應設置擋雨棚之類的遮擋物。如果機組必須布置在室內,應採取提高風機靜壓的辦法,接風管將排風排至室外。排風口的風速要大(7米/秒),使其具有一定的射程,而進風口速度則要小(2米/秒),進排風口垂直高差應儘可能大,以避免氣流短路。

輔助熱源機組的配置

風冷熱泵冬季的供熱量是隨室外氣溫的下降而降低,室外氣溫每降低1℃,供熱量大約降低2%;而隨室外氣溫的下降,室內需熱量卻需增加,所以應考慮設置輔助熱源,輔助熱源可以是電鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐、汽-水熱交換器等等。根據工程經驗風冷熱泵機組每1RT製冷是配置0.6kW輔助熱源是較為穩妥的,這樣的配置可以充分保證整幢建築在冬季的空調效果。當然目前許多工程出於投資的考慮往往不配置輔助熱源,這也是許多採用熱泵的建築在冬季空調效果不好的其中一個原因。   
影響風冷熱泵冬季供熱量的主要原因是冬季室外空氣的相對濕度,特別是室外空氣相對濕度大於75%的地區,風冷熱泵的結霜較快;除霜時須停止供熱,使機組的總供熱量下降,功耗增大。因此筆者建議冬季室外空氣相對濕度平均值高於75%的地區不宜使用此類機組。如若有其它原因而必須選用熱泵機組的話,應考慮配置輔助熱源。

工程的雜訊控制

風冷熱泵空調工程的雜訊控制首先是在設備選型階段就要優先選擇雜訊較低的品牌,目前單颱風冷熱泵的雜訊一般在65~85dB之間,每增加一台機組,整體雜訊將增加3dB,當一個工程中熱泵的台數較多時則雜訊就較難控制。因此在選用熱泵的工程中機組的台數不宜過多,換句話講就是熱泵不宜在大型空調工程中採用,一般情況一個工程的熱泵台數不應超過5台。   
另外,在機組的布置中除應考慮排風通暢,避免排風迴流以外,在機組的底座及進出水管處必須安裝減震裝置,隔震效率要滿足設計要求。在供冷、供熱站內的空調水主幹管道要安裝有減震的吊架或支架,防止機組和水泵的振動通過管道傳到其它地方。   
再則,在有條件的情況下機組應儘可能布置在主樓屋面,減小其雜訊對主樓本身和周圍環境的影響

7 風冷熱泵機組 -風冷熱泵中央空調維修保養

冷凝器

為確保冷凝器有效的工作,其外層必須保證沒有任何落葉、棉絨、昆蟲、渣殼及其它污染物,如需清潔冷凝器,則把壓縮空氣由內向外平行吹向鋁製散熱片,該方向與正常空氣流通方向剛好相反。進行外部清潔時,可以使用真空吸塵器,切勿損壞鋁質散熱片。 

板式換熱器

如想確定殼管式換熱器內是否清潔,請檢查換熱器入水口和出水口的水溫,並與飽和蒸發溫度相對照。有效工作的換熱器,其出水口處的水溫比冷媒飽和蒸發溫度值高5-7度。如溫差超出該值範圍,則表明熱交換器的工作效率降低。由於清潔過程中需要進行某些化學處理,因此,清潔工作必須有專業人員來完成。

機組的防凍

機組的殼管換熱器上的排水口已經安裝了放水閥,機組在環境溫度低於0度而長期不使用時必須要通過此閥將殼換中的水排乾淨,否則機組的水系統將會被凍壞;如果機組在環境溫度低於0度時還需要運行,請給機組通電,使機組能在需要的時候自動進入防凍運行。

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