空气源热泵设计步骤（空气源热泵技术详细讲解）_欧特斯空气能
暖如家
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2024-07-27 07:01:05
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空气源热泵就是利用室外空气的能量，通过机械做功，使得能量从低位热源向高位热源转移的制冷（制热）装置。它以冷凝器放出的热量来供热，以蒸发器吸收热量来制冷。
就热力循环的过程而言，制冷机和热泵都是基于逆卡诺循环而实现其功能的，由于这种装置在运行过程中，总是一侧吸热，另一侧排热，所以，一台装置伴生并兼具制冷和制热两种功能。
空气源热泵的技术措施：
1、具有可靠的融霜控制，融霜时间总和不应超过运行周期时间的20%。
2、冬季设计工况时机组性能系数（COP），冷热风机组不小于1.8，冷热水机组不应小于2.0。
3、寒冷地区采用空气源热泵机组应注意以下事项：
1）室外计算干球温度低于-10℃的地区，应采用低温空气源热泵机组；
2）室外温度低于空气源热泵平衡点温度（即空气源热泵供热量等于建筑物耗热量）时，应设置辅助热源。
4、机组进风口的气流速度宜控制在1.5-2.0m/s，排气口的排气速度不宜小于7m/s。
5、热泵机组的基础高度一般应大于300mm，布置在可能有积雪的地方时，基础高度需加高。
重点公式和基本数据：
一、基本耗热量公式：Q=K×F×ΔT
其中：
Q—围护结构基本耗热量，W；
K—围护结构传热系数，W/(㎡.℃)；
F—围护结构传热面积，㎡；
ΔT—室内外计算温差，℃；
用于计算门、窗、墙、地面、屋面各部分围护结构的基本耗热量
常用围护结构传热系数K（W/(㎡.℃))
二、流量计算公式：GL=0.86X∑Q/(tg-th)
其中：
GL—流量，Kg/h；
∑Q—热负荷，W；
tg—供水温度，℃；
th—回水温度，℃；
三、不同供暖末端形式的供水温度及温差
空气源热泵出水温度一般可达到45℃，温差5℃，所以，最适合空气源热泵的供暖末端形式是地暖。
低温热水地面辐射供暖设计要点：
1、低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃。民用建筑供水温度宜采用35～50℃，供回水温差不宜大于10℃。
2、地表面平均温度（℃）
3、聚苯乙烯泡沫塑料板绝热层厚度（mm）
4、地面辐射供暖系统热负荷，应按现行国家标准JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》的有关规定进行计算。
5、计算全面地面辐射供暖系统的热负荷时，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2℃，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%～99%。
6、局部地面辐射供暖系统热负荷，可按整个房间全面辐射供暖所算得的热负荷乘以该区域面积与所在房间面积的比值和下表中所规定附加系数确定。
7、进深大于6m的房间，宜以距外墙6m为界分区，分别计算热负荷和进行管线布置。
8、敷设加热管的建筑地面，不应计算地面的传热损失。
9、地面辐射供暖系统热负荷计算，可不考虑高度附加。
10、分户热计量的地面辐射供暖系统的热负荷计算，应考虑间歇供暖和户间传热等因素。
查表法确定地暖管间距：
PE-X管单位地面面积的散热量Qr和向下传热损失Qs（W/㎡）
管外径为20mm、填充层厚度为50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度20mm、供回水温差10℃（水泥或陶瓷地面，热阻R=0.02(㎡.k/w)）
PE-X管单位地面面积的散热量Qr和向下传热损失Qs（W/㎡）
管外径为20mm、填充层厚度为50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度20mm、供回水温差10℃（木地板地面，热阻R=0.1(㎡.k/w)）。
采暖方案设计估算指标：
1、在方案设计阶段，缺乏基础数据的情况下，采暖负荷可以按照热指标进行估算，有条件时，应进行逐个房间、逐项的负荷计算。
2、热指标用于单个房间，误差可能很大。
3、该表格按连续供暖考虑，间歇供暖热指标=连续热指标×24/每日供暖小时数。
空气源热泵机组的容量修正：
1、空气源热泵机组的容量，应根据空调系统的冷、热负荷综合考虑后决定，一般取决于冷、热负荷中的较大者。暖通南社整理。
2、机组的制热量，除了与环境温度有密切关系外，还与除霜情况有关。确定机组冬季实际制热量Q(KW)时，应根据室外空调计算温度和融霜频率按下式进行修正：
Q=q×K1×K2
其中：
Q—机组实际工况下的制热量（kW）；
q—产品标准工况下的制热量（标准工况：室外干球温度7℃，湿球温度6℃）（kW）；
K1—使用地区室外空调计算干球温度修正系数，按产品样本选取；
K2—机组融霜修正系数，应根据厂家提供的数据修正；当无数据时，可按每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。
匹数与国际单位的换算：
空调匹数（HorsePower-HP马力)原指输入功率，即1匹（马力）=735W（瓦），包括压缩机、风扇、电机以及电控部分。因不同品牌其具体的系统及电控设计的差异，其输出制冷量也各不相同，故其制冷量以输出功率计算。一般来讲，1匹的制冷量大致为2000大卡，以国际单位换算应乘以1.163，故1匹制冷量大约为2000×1.163=2326W。这里的W（瓦）即表示制冷量，是国家标准单位。
选择空气源热泵需要的是实际温度下的供热或制冷能力，根据供热量或制冷量来选择机组，“匹”是一种功率单位，用起来是不科学的，现在制冷量和制热量应该以W或者KW作为计量单位。
但现在很多人都还在用匹作为单位，这里就介绍一下其换算关系。
匹数=Q/（能效比×735）
如，计算得到所需制热量为20KW，能效系数假设为3（与室外温度有关），则20000/（3×735）=9匹
户式空气源热泵缓冲水箱
为避免压缩机频繁启动、增加系统的热稳定性，应校核系统水容量是否能满足系统热稳定性的要求。即当系统中（水）所存储的能量不足以维持短暂停机（比如化霜）时水温波动要求（夏季不大于5℃，冬季不大于3℃），应设置缓冲水箱。
1、系统水容量计算
M1=Mg+Ms
Mg—管道水容积，kg；
Ms—设备水容积之和，kg；
2、系统热稳定性要求
1）夏季运行时，主机停机10min，供水温度允许升高不大于5℃；
2）冬季运行时，主机除霜时间为3min时，供水温度允许降低不大于3℃；
3、系统要求的最小水容积
M2=(Q×t0）/（c×Δt）
Q—末端设备的供冷或供热量，kw；
C—水的定压比热容，4.2kj/（kg.K）；
Δt—水温的波动要求值（夏季5℃，冬季3℃）。
冬、夏季水容积计算结果中，数值较大者为空调系统对水容积的要求值，如M1＜M2，应放大管径重新计算直至满足要求，或设置缓冲水箱。
设置缓冲水箱的优点：
一、如果不设置缓冲水箱，将导致主机频繁启停。特别是当末端系统为暖气片或风机盘管时，环路中的循环水量有限，就会引起主机在很短的时间内达到设计温度，主机就会停止工作，然后又会在很短暂的时间内，水温达到主机启动的条件，这样频繁启停会大大减少主机的使用寿命和浪费电能。加上缓冲水箱就相当于系统能量增加了，系统的温度变化平稳了，主机启动次数也自然减少了，使用寿命也就大大延长了。
二、设置缓冲水箱可以高效除霜，除霜时间缩短。机组在除霜反向制冷时需要消耗管道内的热量，如果水系统的水量少，除霜时间就会加长，而且会造成管道内水温较低，除霜效果不好。如果加装了缓冲水箱，那么在除霜的过程中，因为水箱内有一定的温度，可以在短时间内完成化霜，并且消耗热量也比较小，避免了因为主机除霜而造成的室内温度波动变化。
三、缓冲水箱的第三个好处是能够保证系统的水流畅通，能够完成自动排气，避免机组循环不畅报故障停机。
四、设置缓冲水箱可以让系统排污更彻底，防止系统阻塞。系统中的杂质会通过循环慢慢沉积到缓冲水箱的底部，经过过滤器的时候，水泵的水质会变好，从而减少过滤器的清洗。
低温空气源热泵和风冷热泵的区别：
区别一、产品依据的标准不同
低温热泵的暂行标准为：《GB/T25127.1-2010低环境温度空气源热泵（冷水）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵（冷水）机组》、《GB/T25127.2-2010低环境温度空气源热泵（冷水）机组第2部分：户用及类似用途的热泵（冷水）机组》。商用与家用的区别是能量大小，大约50KW为商用。
风冷热泵的标准为：《GB/T18430.1-2007蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》、《GB/T18430.2-2008蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组第2部分：户用和类似用途的冷水（热泵）机组》。同样是以制冷量大小区分，制冷量小于50KW为家用，大于50KW为商用。
区别二、产品设计条件不同
两者的设计条件不同，即设计工况不同，我们以名义工况为例来说明。名义工况是产品铭牌上标示的额度制热量（制冷量)测定时的工况，一般就是机组最普遍、最常用的工作状态。
低温热泵的制热名义工况，空气侧温度为“-12℃”；风冷热泵的制热名义工况，空气侧温度为“7℃”。低温热泵制热时主要设计工况都是在0℃以下，而风冷热泵制热时的所有设计工况都是在0℃以上。
区别三、产品的应用场景与运行方式不同
低温热泵应用于低环境温度的场景，风冷热泵应用于常温的场景。
低温热泵主要功能就是采暖，并且绝大部分也是这么应用的；风冷热泵侧重于制冷，兼顾制热。
低温热泵的末端主要是地暖、暖气片、还有风机盘管等；风冷热泵的末端基本上都是风机盘管，没有地暖、暖气片。
地暖、散热器的运行特征是小流速大温差，风机盘管的运行特征是小温差大流量。所以低温热泵与风冷热泵的设计理念不同，风冷热泵是以末端为风机盘管为前提，两器配的太小，水泵配的太大，没有考虑地暖的运行特征，所以传统的风冷热泵带地暖节能优势不明显。
区别四、所用的核心零部件不同
低温热泵所用的压缩机为热泵专用低温喷气增焓压缩机，风冷热泵采用的是普通压缩机。低温热泵除了传统的空调四大件（压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器）外，一般还会增加中间经济器或闪蒸器来给“喷气增焓”压缩机提供低温低压的冷媒“喷气”。
一般的热泵机组在环境温度很低时，蒸发温度很低，导致蒸发压力很低，所以压缩机压力低、冷媒循环量小，制热量也就很小。
低温热泵增加了经济器或闪蒸器，将一部分冷媒蒸汽导入压缩机，提高吸气压力，增大冷媒循环量，制热量也就增大了；同时，经过经济器或闪蒸器的主冷媒受到了过冷，增大了换热焓差，也使得制热量增大了。故称作“喷气增焓”。
就热力循环的过程而言，制冷机和热泵都是基于逆卡诺循环而实现其功能的，由于这种装置在运行过程中，总是一侧吸热，另一侧排热，所以，一台装置伴生并兼具制冷和制热两种功能。
空气源热泵的技术措施：
1、具有可靠的融霜控制，融霜时间总和不应超过运行周期时间的20%。
2、冬季设计工况时机组性能系数（COP），冷热风机组不小于1.8，冷热水机组不应小于2.0。
3、寒冷地区采用空气源热泵机组应注意以下事项：
1）室外计算干球温度低于-10℃的地区，应采用低温空气源热泵机组；
2）室外温度低于空气源热泵平衡点温度（即空气源热泵供热量等于建筑物耗热量）时，应设置辅助热源。
4、机组进风口的气流速度宜控制在1.5-2.0m/s，排气口的排气速度不宜小于7m/s。
5、热泵机组的基础高度一般应大于300mm，布置在可能有积雪的地方时，基础高度需加高。
重点公式和基本数据：
一、基本耗热量公式：Q=K×F×ΔT
其中：
Q—围护结构基本耗热量，W；
K—围护结构传热系数，W/(㎡.℃)；
F—围护结构传热面积，㎡；
ΔT—室内外计算温差，℃；
用于计算门、窗、墙、地面、屋面各部分围护结构的基本耗热量
常用围护结构传热系数K（W/(㎡.℃))
二、流量计算公式：GL=0.86X∑Q/(tg-th)
其中：
GL—流量，Kg/h；
∑Q—热负荷，W；
tg—供水温度，℃；
th—回水温度，℃；
三、不同供暖末端形式的供水温度及温差
空气源热泵出水温度一般可达到45℃，温差5℃，所以，最适合空气源热泵的供暖末端形式是地暖。
低温热水地面辐射供暖设计要点：
1、低温热水地面辐射供暖系统的供、回水温度应由计算确定，供水温度不应大于60℃。民用建筑供水温度宜采用35～50℃，供回水温差不宜大于10℃。
2、地表面平均温度（℃）
3、聚苯乙烯泡沫塑料板绝热层厚度（mm）
4、地面辐射供暖系统热负荷，应按现行国家标准JGJ142-2012《辐射供暖供冷技术规程》的有关规定进行计算。
5、计算全面地面辐射供暖系统的热负荷时，室内计算温度的取值应比对流采暖系统的室内计算温度低2℃，或取对流采暖系统计算总热负荷的90%～99%。
6、局部地面辐射供暖系统热负荷，可按整个房间全面辐射供暖所算得的热负荷乘以该区域面积与所在房间面积的比值和下表中所规定附加系数确定。
7、进深大于6m的房间，宜以距外墙6m为界分区，分别计算热负荷和进行管线布置。
8、敷设加热管的建筑地面，不应计算地面的传热损失。
9、地面辐射供暖系统热负荷计算，可不考虑高度附加。
10、分户热计量的地面辐射供暖系统的热负荷计算，应考虑间歇供暖和户间传热等因素。
查表法确定地暖管间距：
PE-X管单位地面面积的散热量Qr和向下传热损失Qs（W/㎡）
管外径为20mm、填充层厚度为50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度20mm、供回水温差10℃（水泥或陶瓷地面，热阻R=0.02(㎡.k/w)）
PE-X管单位地面面积的散热量Qr和向下传热损失Qs（W/㎡）
管外径为20mm、填充层厚度为50mm、聚苯乙烯泡沫塑料绝热层厚度20mm、供回水温差10℃（木地板地面，热阻R=0.1(㎡.k/w)）。
采暖方案设计估算指标：
1、在方案设计阶段，缺乏基础数据的情况下，采暖负荷可以按照热指标进行估算，有条件时，应进行逐个房间、逐项的负荷计算。
2、热指标用于单个房间，误差可能很大。
3、该表格按连续供暖考虑，间歇供暖热指标=连续热指标×24/每日供暖小时数。
空气源热泵机组的容量修正：
1、空气源热泵机组的容量，应根据空调系统的冷、热负荷综合考虑后决定，一般取决于冷、热负荷中的较大者。暖通南社整理。
2、机组的制热量，除了与环境温度有密切关系外，还与除霜情况有关。确定机组冬季实际制热量Q(KW)时，应根据室外空调计算温度和融霜频率按下式进行修正：
Q=q×K1×K2
其中：
Q—机组实际工况下的制热量（kW）；
q—产品标准工况下的制热量（标准工况：室外干球温度7℃，湿球温度6℃）（kW）；
K1—使用地区室外空调计算干球温度修正系数，按产品样本选取；
K2—机组融霜修正系数，应根据厂家提供的数据修正；当无数据时，可按每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。
匹数与国际单位的换算：
空调匹数（HorsePower-HP马力)原指输入功率，即1匹（马力）=735W（瓦），包括压缩机、风扇、电机以及电控部分。因不同品牌其具体的系统及电控设计的差异，其输出制冷量也各不相同，故其制冷量以输出功率计算。一般来讲，1匹的制冷量大致为2000大卡，以国际单位换算应乘以1.163，故1匹制冷量大约为2000×1.163=2326W。这里的W（瓦）即表示制冷量，是国家标准单位。
选择空气源热泵需要的是实际温度下的供热或制冷能力，根据供热量或制冷量来选择机组，“匹”是一种功率单位，用起来是不科学的，现在制冷量和制热量应该以W或者KW作为计量单位。
但现在很多人都还在用匹作为单位，这里就介绍一下其换算关系。
匹数=Q/（能效比×735）
如，计算得到所需制热量为20KW，能效系数假设为3（与室外温度有关），则20000/（3×735）=9匹
户式空气源热泵缓冲水箱
为避免压缩机频繁启动、增加系统的热稳定性，应校核系统水容量是否能满足系统热稳定性的要求。即当系统中（水）所存储的能量不足以维持短暂停机（比如化霜）时水温波动要求（夏季不大于5℃，冬季不大于3℃），应设置缓冲水箱。
1、系统水容量计算
M1=Mg+Ms
Mg—管道水容积，kg；
Ms—设备水容积之和，kg；
2、系统热稳定性要求
1）夏季运行时，主机停机10min，供水温度允许升高不大于5℃；
2）冬季运行时，主机除霜时间为3min时，供水温度允许降低不大于3℃；
3、系统要求的最小水容积
M2=(Q×t0）/（c×Δt）
Q—末端设备的供冷或供热量，kw；
C—水的定压比热容，4.2kj/（kg.K）；
Δt—水温的波动要求值（夏季5℃，冬季3℃）。
冬、夏季水容积计算结果中，数值较大者为空调系统对水容积的要求值，如M1＜M2，应放大管径重新计算直至满足要求，或设置缓冲水箱。
设置缓冲水箱的优点：
一、如果不设置缓冲水箱，将导致主机频繁启停。特别是当末端系统为暖气片或风机盘管时，环路中的循环水量有限，就会引起主机在很短的时间内达到设计温度，主机就会停止工作，然后又会在很短暂的时间内，水温达到主机启动的条件，这样频繁启停会大大减少主机的使用寿命和浪费电能。加上缓冲水箱就相当于系统能量增加了，系统的温度变化平稳了，主机启动次数也自然减少了，使用寿命也就大大延长了。
二、设置缓冲水箱可以高效除霜，除霜时间缩短。机组在除霜反向制冷时需要消耗管道内的热量，如果水系统的水量少，除霜时间就会加长，而且会造成管道内水温较低，除霜效果不好。如果加装了缓冲水箱，那么在除霜的过程中，因为水箱内有一定的温度，可以在短时间内完成化霜，并且消耗热量也比较小，避免了因为主机除霜而造成的室内温度波动变化。
三、缓冲水箱的第三个好处是能够保证系统的水流畅通，能够完成自动排气，避免机组循环不畅报故障停机。
四、设置缓冲水箱可以让系统排污更彻底，防止系统阻塞。系统中的杂质会通过循环慢慢沉积到缓冲水箱的底部，经过过滤器的时候，水泵的水质会变好，从而减少过滤器的清洗。
低温空气源热泵和风冷热泵的区别：
区别一、产品依据的标准不同
低温热泵的暂行标准为：《GB/T25127.1-2010低环境温度空气源热泵（冷水）机组第1部分：工业或商业用及类似用途的热泵（冷水）机组》、《GB/T25127.2-2010低环境温度空气源热泵（冷水）机组第2部分：户用及类似用途的热泵（冷水）机组》。商用与家用的区别是能量大小，大约50KW为商用。
风冷热泵的标准为：《GB/T18430.1-2007蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组第1部分：工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》、《GB/T18430.2-2008蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组第2部分：户用和类似用途的冷水（热泵）机组》。同样是以制冷量大小区分，制冷量小于50KW为家用，大于50KW为商用。
区别二、产品设计条件不同
两者的设计条件不同，即设计工况不同，我们以名义工况为例来说明。名义工况是产品铭牌上标示的额度制热量（制冷量)测定时的工况，一般就是机组最普遍、最常用的工作状态。
低温热泵的制热名义工况，空气侧温度为“-12℃”；风冷热泵的制热名义工况，空气侧温度为“7℃”。低温热泵制热时主要设计工况都是在0℃以下，而风冷热泵制热时的所有设计工况都是在0℃以上。
区别三、产品的应用场景与运行方式不同
低温热泵应用于低环境温度的场景，风冷热泵应用于常温的场景。
低温热泵主要功能就是采暖，并且绝大部分也是这么应用的；风冷热泵侧重于制冷，兼顾制热。
低温热泵的末端主要是地暖、暖气片、还有风机盘管等；风冷热泵的末端基本上都是风机盘管，没有地暖、暖气片。
地暖、散热器的运行特征是小流速大温差，风机盘管的运行特征是小温差大流量。所以低温热泵与风冷热泵的设计理念不同，风冷热泵是以末端为风机盘管为前提，两器配的太小，水泵配的太大，没有考虑地暖的运行特征，所以传统的风冷热泵带地暖节能优势不明显。
区别四、所用的核心零部件不同
低温热泵所用的压缩机为热泵专用低温喷气增焓压缩机，风冷热泵采用的是普通压缩机。低温热泵除了传统的空调四大件（压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器）外，一般还会增加中间经济器或闪蒸器来给“喷气增焓”压缩机提供低温低压的冷媒“喷气”。
一般的热泵机组在环境温度很低时，蒸发温度很低，导致蒸发压力很低，所以压缩机压力低、冷媒循环量小，制热量也就很小。
低温热泵增加了经济器或闪蒸器，将一部分冷媒蒸汽导入压缩机，提高吸气压力，增大冷媒循环量，制热量也就增大了；同时，经过经济器或闪蒸器的主冷媒受到了过冷，增大了换热焓差，也使得制热量增大了。故称作“喷气增焓”。
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