柳州人民医院空气源热泵热水系统设计详解
【慧聪暖通空调制冷网】【摘要】介绍了柳州人民医院空气源热泵热水系统的工程设计，主要从系统热源、水系统、智能除霜系统、热水系统自动运行控制、消声减震五大方面进行介绍。还阐述了本工程的难点以及解决措施。
关键词 空气源热泵 热水系统 除霜 自动控制
1工程概况
该项目位于广西柳州市，建筑面积近20000m2，地上一层至八层，楼高30m。本次设计范围为柳州市人民医院门诊住院大楼，共含床位1800个，全天定时定点提供55℃卫生热水量约为180m3。
2设计标准
2.1、设计计算参数
序号项目名称参数
序号项目
名称
参数
1
额定工况干球温度
21℃
2
额定工况空气相对湿度
70%
3
额定工况室外空气平均风速
1.5m/s
4
低温工况干球温度
5℃
5
低温工况湿球温度
3.2℃
6
额定工况冷水计算温度
15℃
7
低温工况冷水计算温度
10℃
8
热水计算温度
55℃
3热水系统设备及水箱选型
根据医院的用水特点、用水人数以及变工况曲线图确定如下参数：
1、额定工况下机组运行时间为12h；
2、恶劣工况下机组运行时间为16h；
3、恶劣工况下修正系数为0.8
通过计算，选取中宇牌空气源热泵热水机ZKFRS-120II六台。额定总制热量为720kw。6m3加热水箱一个，100m3蓄热水箱。
4空气源热泵热水系统工程设计
4.1空气源热泵热水系统热源
空气源热泵热水器是一种高效集热并转移能量的装置，根据逆卡诺循环的原理，采用电能驱动，通过传热工质，能够24小时源源不断地从空气中获取免费的低品位热能，并使之转换为高品位的热能，用于制取热水，达到系统所设定的热水温度，供给用户使用。
4.2空气源热泵热水系统
整个空气源热泵热水系统包含有三个小循环水系统：
1、加热内循环水系统，内含一套加热内循环水泵以及相关调节阀门，与机组联动，将水初始温度循环加热到所设定的温度；
2、热水恒温系统，内含一套恒温循环水泵以及热水放水水泵以及相关调节阀门，当热水箱里面的热水长时间不用或系统回水导致箱内水温降低时，两套泵同时开启以保持系统循环水位；
3、热水增压-回水系统，内含一套系统增压水泵、电接点压力表、电磁阀以及相关调节阀门，以保证整个系统热水正常供应。
4、补水系统，内含一个补水电磁阀以及相关调节阀门，以保证系统的补水需求量与补水时间。
加热内循环水系统则采用同程式管路设计，有效地保证了内循环水系统的阻力平衡。
空气源热泵热水工程系统原理图
点击此处查看全部新闻图片
4.3智能除霜系统
空气源热泵热水器从空气中提取低品位热量来制取卫生热水，节能效果明显，但空气的温度T以及相对湿度ψ将会影响机组的整体性能。当-12.8℃≤T≤5.8℃,ψ≥67%就结霜，-5.0℃≤T≤5.0℃，ψ≥67%就会严重结霜。若空气侧换热器表面结霜，使机组制热能力下降，必须进行除霜，机组才能正常工作。“中宇”空气源热泵热水机组采用智能除霜方法，智能除霜控制系统根据空气的温度、湿度自动检测及分析空气侧换热器是否结霜，如结霜则启动除霜装置，保证在短时间内除霜，保证整个系统的正常运转和制热。
5空气源热泵热水系统自动运行控制
为了有效地控制热水系统供回水温度定时定点供应,方便维护运行管理,节约能耗，设置以下自动控制措施。
1、系统开始阶段：补水电磁阀打开，当加热水箱的水位达到下限水位时，机组启动给水箱内冷水循环加热，当水温加热到55℃，机组停机，补水直到上限水位，补水电磁阀关闭；
2、系统放水阶段：当加热水箱内水温达到55℃、水位达到上限水位时，系统放水水泵启动，将加热水箱内热水放到蓄热箱里，直至加热水箱内的水位降至下限水位后，重复动作1；
3、蓄热水箱恒温阶段：当蓄水箱的水温降到45℃（可自行设定）时，恒温循环水泵和放水水泵同时启动，重复动作1，直至水箱内水温升至55℃时，机组停止运行。
4、系统供水恒温阶段：当供水系统的存水水温降到40℃（可自行设定）时，外循环泵启动，水管中的水进入蓄热水箱混合，如果混合后水温低于水箱设定温度，则加热泵启动，机组启动加热直到水温达到设定的水温55℃。
5、系统增压供水阶段：当供水系统出水端的电接点压力表感应到最不利点压力低于设定值时，增压水泵启动，直至最不利点压力达到设定值，增压水泵停止运行。
6、系统用水说明：系统设计水箱容积满足全天热水需求，水箱热水使用直到水位降到用水下限水位时，才重复1的动作;如水箱当天用水没到下限水位，系统每天凌晨24:00时（可更改）定时重复1的动作。
6消声与减震
1、所有设备均选用低噪声，降低噪声源；
2、所有动力设备与水管的连接均设置软接头或橡胶避震喉；
3、所有动力设备与地面（或基础）接触处均采用减震器进行隔振。
7设计难点及解决措施
7.1水箱选型问题
本项目空气源热泵热水系统水箱选型大小将影响整个系统的性价比和以及合理性，选取水箱过大将会造成投资浪费；选取水箱过小则会造成全天供水量不足，不能满足用户要求。
水箱合理选型方法是根据机组在额定工况、恶劣工况下小时产热水量、热水系统过程总加热时间与用水量来确定的。
加热水箱：加热水箱容积宜小于额定工况下机组半小时产热水量；
蓄热水箱：蓄热水箱容积=日总水量×使用系数-恶劣工况机组产水量×4h-加热水箱容积
通过以上合理的水箱容积选择，将大大提高整个系统的性价比以及合理性。
7.2系统机组结霜问题
机组的结霜问题将会影响整个系统的运行以及热水的正常供应。解决除霜问题也是行业内的重点之一。针对该项目系统机组的结霜问题，采用机组智能除霜控制系统。该系统是采用自动识别温度-时间控制方法。控制方法如下：当翅片管换热器（蒸发器）表面温度下降到设定值t1时，同时又超过设定的除霜周期时，时间继电器开始计时，同时进入除霜模式（制冷工况），进入除霜模式首先是四通换向阀动作，然后室外风机停转，压缩机的高温排气进入翅片盘管，使盘管表面上的霜融化。当换热器表面温度上升到设定值t2或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间，即停止除霜。机组又恢复制热工况。由于除霜过程会导致一定的热量损失，所以“中宇”空气源热泵热水机组采用如下措施来降低除霜损失：
1、翅片管换热器采用亲水膜波纹状翅片，片距加宽到2.2~2.5mm，使翅片表面水份不容易停留而结霜。
2、加大风机风量，减少传热温差，使换热器表面温度升高。
3、按地球引力方向设计排风方向，使换热器翅片表面水份在地球引力作用下更易滑落。
结霜问题的解决，极大提高了机组的综合性能，使系统更节能。
8结束语
8.1在相同的环境条件下加热等量的水到相同的温度，空气源热泵热水器的使用成本大约是燃油锅炉的40%，燃气锅炉的50%，电锅炉的25%，液化气热水器的35%，电热水器的25%；与传统热水加热方式相比，中宇牌空气源热泵热水器的特点是：特节能、特安全、特方便、特有用、特耐用、特造用、特时尚和特环保。
8.2柳州市冬季气温低,整个空气源热泵热水系统还要考虑热水系统的保温问题以及结霜、除霜问题。
参考文献
《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)
