热泵设计选型指导ppt课件.ppt
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1、热泵热水器设计选型指南,美的商用工程技术研究所,第一章、热泵热水系统的相关概念 热泵:热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热,经过电力做功,输出能用的高品位热能的设备。热泵是把热量从低温端送向高温端的节能的新装置。它由蒸发器、空气压缩机、冷凝器、节流阀等部分组成,利用少量的工作能源,以吸收和压缩的方式,把一特定环境中低温而分散的热聚集起来,使之成为有用的热能。热泵热水器:热泵热水器就是利用热泵技术将低品位热源的热量转移到被加热的水中来制取热水的一种节能设备。空气源热泵热水器:空气源热泵是指以空气为低温热源来制取热水的热泵热水器。按热水加热方式可分为循环式热泵热水器和直热式热泵热水器
2、 循环式热泵热水器:使用侧冷水通过水泵多次循环不断地泵入机组进行加热而逐渐使冷水最终加热至需要温度的热泵热水器。直热式热泵热水器:使用侧冷水进入机组后直接加热成所需要温度的热水的热泵热水器。能效比和性能系数:性能系数(COP)的定义为:在额定工况和国家标准规定条件下,空气能热泵制热时,制热量(Q2)与有效输入功率(P)之比,即COP Q2 P,其值用瓦瓦表示。而我们习惯把性能系数(COP)称做能效比,其实能效比(EER)的定义为:在额定工况和国家标准规定条件下,空调器进行制冷运行时,制冷量(Q1)与有效输入功率(P)之比即 EER Q1 P,其值用瓦瓦表示。热泵性能系数(COP)的是衡量热水机
3、组的一个重要参数,如果在同一工况下,相同的输入功率,能效比越高,产热量越高。在额定工况下,空气能热泵热水机组的能效比一般能达到 4以上。工况:由于空气能热泵在不同的环境温度下以及不同的进水温度下相同的机组而产热量和输入功率不同,为了对空气能热泵性能有个比较的基准而规定的一个共同环境温度和水温。一般情况下,热泵热水机组的额定工况是指:环境干球温度20、湿球温度15,机器冷水进水,温度15,温升40。低温工况是指:环境干球温度7、湿球温度6,机器冷水进水温度9,温升46。制热量:在规定试验工况下,热泵机组在运行时间内提供给热水的热量与运行时间的比值。单位为kW。承压式水箱:指箱体密闭,不与大气相通
4、,并能承受一定水压力的水箱。非承压式水箱:指水箱顶部与大气相通,通过液位控制装置控制其液面的水箱。开式热水供应系统:是指热水管网与大气直接相通的热水供应系统。闭式热水供应系统:是指热水管网不与大气直接相通的热水供应系统。第二章、设备选型计算 第一节、生活热水定额 表1,本表摘自 CRAA311-2009热泵热水系统设计、安装及使用规范,第二节、卫生器具的热水用水定额及使用水温表 表2,本表摘自CRRA 3112009热泵热水系统设计、安装及使用规范,第三节、冷水计算温度(冬季)表3,第四节、热水用水量计算1、根据人数及床位数和其热水用水水量定额计算 Qt=mqr(式2.4.1)式中:Qt设计全
5、天热水用水量(L);qr热水用水定额(见表);m用水计算单位数;2、耗热计算:热水用水量乘温度便得到耗热量,但要注意单位换算,例(同种状态 下):1L水=1kg水,1T水=1m3水=1000L水,公式如下:Qd=QtC(trtl)r(式2.4.2)式中:Qd热水日耗热量(kcal);Qt设计全天热水用水量(L);C水的比热(1.0kcal/kg);tr热水的温度();tl冷水的温度();r热水的密度(r=1Kg/L)。将以上数据代入计算,上式可简化为:Qd=Qt(trtl)(式2.4.3),3、冷水量、热水量和混合水量换算 冷水量、热水量和混合水量换算三者的关系如下式 Qr+Ql=Qm(式2.
6、4.4)(式2.4.5)式中:Qr、Ql、Qm分别为热水量、冷水量、和混合水量(L)tr、tl、tm分别为热水温度、冷水温度、和混合水温度()第五节、设备的选型一、空气能热泵主机选型 1、确定日用水量 根据公式(2.4.1)可确定每天最高用水量,在用户无特别要求的情况下,单位人数或 床位数的额定用水量可按表1进行选取,温度一般按55计。表1为规范要求的数据,一般用于要求较为严格的场合,通常我们按下表所列的热水定额进行选取计算。,常见用水量的确定 表4,2、确定热泵机组每天的运行时间 热泵热水器作为一种新兴制热水产品,其与传统制热设备(锅炉设备)的制热方式是完全不同的。因热泵机组造价较高、各用水
7、场合热水使用时段不均、用水量不均衡、不同的环境温度机组制热能力也将或高或低变化、不同季节进出水温差不同、不同工作方式的机器最高出水温度也不同等等因素,使得热泵热水机组不能够采取即热式设计(即按小时最大热水量设计),我们通常都是采取蓄热式方式进行工程设计(在工程上,不管是直热式机组还是循环式机组,都是采用蓄热式系统),以满足不同场合不同环境下的热水需求,使热水系统更加可靠、机器配置大小适中、投资更趋合理。这就好比如今,市场上的电热水器,有蓄水式和快热式的,蓄水式的需要一个水箱,体积稍大,需要一定的加热时间,快热式非常小巧,可以即时出热水,但它需要非常大的电功率,不仅加大了电网容量,也带来了一些不
8、安全因素,而且设备也很昂贵。综上所述,热泵热水设备的选型需根据设计运行时长,用日热水耗热量除上运行时长,再乘以一个安全系数,就是热泵每小时要提供的制热量。其值可按下式计算:设计小时制热量 Qh=F Qd/(860 T)(式2.5.1)式中 Qh设计小时制热量,也即机器热负荷(kW)F安全系数,取值范围为1.051.1 Qd全天热水耗热量(kcal)T设计热泵机组日运行时间(h),其值应根据用水规律、低温热源情况和系统经济性等因素综合考虑确定。不定时供水时,建议取值为816h,定时供水时由设计人员酌情确定。,3、确定热泵机组型号及台数 在以上计算完成后,可进行热泵的选型,在选型时应遵循以下几个原
9、则:a、在全年使用的热水系统中,热水日耗热量应按冬季最不利工况进行设计计算;b、应根据当地气候情况及机组热负荷情况结合机组自身的运行特点合理选择机组。最不利工 况点既不能选过高也不能选过低,过高将导致冬季能力不足,过低将导致一般季节能力过 剩,投资加大。一般而言,在冬季最冷月平均气温大于0以上的地区,可按环境温度为7 的工况来选择机器,小于0的地区可根据具体情况按05之间选取工况。c、在确定机器型号时应按照产品特性曲线上对应的工况来选取制热量。d、对于机器数量的选择,原则上当用户的小时耗热量需求小于20kW时可选用1台机组,当 小时耗热量需求大于20kW时,应不少于2台机组。e、以下为普利斯特
10、机组在各温度点的制热量的大致衰减量,可用来做为设计参考:,二、水箱容积的确定 由于单位时间的用水水量的不确定特性,确定水箱容积是没有精确的计算公式的,但水 箱容积的确定是非常重要的环节,是热水系统是否节能、初投资是否合理的决定因素之 一,须结合主机选型、系统形式、用水方式来综合确定。1、直接蓄热循环系统(不定时供水)水箱容积=日总用水量-恶劣工况机组产水量3h 2、直接蓄热循环系统(定时供水)A、定时时间在4小时以上(用水时间段内机组运行)水箱容积=日总用水量-恶劣工况机组产水量定时时长 B、定时时间在4小时以下(用水时间段内机组不运行)水箱容积=日总用水量 注:4小时是连续用水时间 3、加热
11、与蓄热分离系统 A、加热箱的容积:大于等于机组小时产热水量,可灵活选择 B、蓄热箱的容积=日总用水量-恶劣工况机组产水量4h-加热箱容积 4、直热式系统 水箱容积=日总用水量-恶劣工况机组产水量4h 储热水箱的选择原则上讲在用水要求比较严格的场合(热水供应不足会造成较大的影响),应该是日用水总量即为水箱容量,其他场合可按上述方法选择水箱。,三、电加热的选择 在最冷月平均气温10的区域可不考虑加辅助加热设备,但前提是机器配置需满足设计要求,不能有较大缺额。在最冷月平均气温10的区域,如果其最低温度低于0以下,应考虑加装辅助加热设备,通常是加装电加热。其功率大小应为设计小时制热量Qh与最恶劣工况下
12、机组制热量总和的差值,可以考虑乘以一个修正系数(考虑到电加热的热效率等因素)1.051.2(管道式加热器热效率较高,值可选小,直插式热效率稍低,值较大)。第三章、热泵热水系统设计 热泵热水是否节能不只是产品所决定的,还需要根据不同项目、不同地域设计一个合理的、科学的系统,系统设计不仅要选择合适的水泵,恰当配置水箱与机组,还要结合供水要求,设计适合不同用户的热水供给系统。热泵热水的加热形式主要有三种,直接蓄热循环系统和加热与蓄热分离系统以及直热机组蓄热系统。其它不同的系统都是这几种系统根据不同的控制方式和不同的用水系统所变化而来的。下面就介绍这几种常见的热泵热水系统。其它未有的用水系统请参照建筑
13、给水排水设计手册。,第一节、加热蓄热一体-直接循环系统,加热系统说明:水箱中的冷水通过水泵循环不断地泵入机组中进行加热,水箱中的冷水温度在此过程中不断地上升,最终升到设定温度(55),机组停止工作。当水箱中的热水温度下降,低于设定温度5时,机组重新启动制热,以维持水箱中的温度保持在一定的范围内。由于系统为直接蓄热式循环系统,加热水箱与蓄热水箱共用1个水箱,故补水采取温控补水的方式,以保证水箱内的水温不低于可以洗浴的温度,以防止出现补水过程中水温过低用户无法用水的问题。水箱初次补水可以手动补至满水位,当水箱水位由于用水降低到下限水位后,同时水箱中的水温高于设定温度(此温度一般可设为45),电磁阀
14、开启补水。当水位到达上限水位或水箱温度达到设定温度时,补水电磁阀关闭。当补水条件满足时,电磁阀将再次开启,达到关闭条件时关闭。上下限水位要求:上限水位在水箱溢流管以下,下限水位与上限水位所保持的小于水箱容积的十分之一。对于此类加热系统,建议冷水补水口自水箱上部补入,目的是防止冷水从底部补入会使用水口处的水温很快达到设计温度,从而会使补水电磁阀启闭过于频繁。用水系统说明:用水点的热水靠水泵压出。此系统水泵扬程须克服系统的供水高度和最不利环路的管路阻力,一般可采用循环水泵或自动增压水泵。对于集中定时用水的场合可采用循环水泵,则主管路在规定时间内进行循环工作;对于分散用水的场合则应使用自动增压水泵,
15、通过管路水温控制回水口的电磁阀的开启,以保证主管路的水温。用若系统较大、管网复杂的情况下,一般采用变频水泵或增压泵组。,系统特点:系统复杂程度一般,初投资较少,控制复杂程度一般。注意事项:1、水箱的主机进水口应在水箱的底部位置,确保水箱里低水温的水进入主机循环加热。主机出水口应距进水口有1米以上的高度,防止水短路。一般是在水箱的上部开主机出水孔。2、水箱传感器的位置应在水箱中下部用水点出水口的水平位置偏下一点(确保水箱温度传感器与水接触可靠,感温准确),确保到用水点的水温均达到或高于设定温度。3、系统补水温控传感器应置于和水箱温度传感器同一水平位置或再偏下一点。,第二节、加热与蓄热分离系统,原
16、理说明:1、系统开始阶段:补水电磁阀打开,当加热水箱的水位达到上限水位时,启动机组给加热水箱中的冷水进行循环加热,电磁阀的启闭受控于加热水箱中的液位控制器,当液位低于下限水位时,启动电磁阀对加热水箱进行补水,当液位达到上限水位时,关闭电磁阀,停止补水。其中手动补水的阀门是常闭状态,当电磁阀故障时打开此阀进行手动补水。2、系统加热放水阶段:当加热箱的水温加热到设定温度(55)时,放水电磁阀打开,把热水放到蓄热水箱,当水位放到加热箱最低水位时,放水电磁阀关闭,同时补水电磁阀打开给加热箱补水,直到水位在加热箱上限水位时,补水电磁阀关闭,同时机组自动启动进行加热当加热水箱温度达到设定温度(55)时,放
17、水电磁阀再次打开,如此周而复始,直至蓄水箱的水位到达上限水位时,放水电磁阀关闭。当加热水箱水温达到设定温度(55)时,机组自动停止加热。当蓄水箱的水位降到下限水位时,放水电磁阀开启,加热箱继续给蓄水箱放热水。达到高水位时,关闭放水电磁阀。这里要说明的是,当放水电磁阀开启时,补水电磁阀将禁止开启。3、蓄水箱恒温阶段:当蓄水箱的热水由于管路回水或长时间未用,温度下降到45时,保温循环泵启动,同时放水电磁阀打开使蓄热水箱中的45的热水与加热水箱中的热水循环对流,同时加热箱的水温降到50机组自启动把水温加热到55,最终使加热、蓄热水箱水温均达到55时,保温循环泵停止,放水电磁阀关闭,机组停止。,水位要
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