8-针对寒冷的热泵系统设计方法

低温热泵系统的优化设计随着大气环境污染的日益严重和人们环保意识的不断提高，低温热泵系统已成为近年来建筑节能领域中备受青睐的一种方式。

低温热泵系统可以利用环境中的低温热量，提供建筑物所需的暖气、热水和空调，不但可以节省能源，还可以降低排放和运行成本。

然而，低温热泵系统的设计和应用仍存在诸多技术和经济上的难题。

本文将从优化设计的角度，分析低温热泵系统的优势和劣势，并探讨如何从供回水温度、制冷剂、系统耐久性等方面来完善低温热泵系统的设计，提高系统的效率和性价比。

一、低温热泵系统的优势和劣势低温热泵系统具有以下优势：1. 环保节能：低温热泵系统采用的制冷剂较为环保，且能够有效利用环境中的低温热量，达到节能环保的效果。

2. 减少空调管道：低温热泵系统中，管道不需要太多，因此可以大大减少建筑结构中的管道，使建筑空间更加整洁。

3. 便于管理：低温热泵系统的控制系统相对简单，且可以远程控制，方便维护和管理。

4. 稳定性高：低温热泵系统运行稳定，不受天气和环境影响。

然而，低温热泵系统也存在一定的劣势：1. 高成本：低温热泵系统建设成本较高，投入资金较多。

2. 能源需求：低温热泵系统需要较多的电量才能运行。

3. 耐用性差：低温热泵系统中的制冷剂容易泄漏，且系统中的一些部件容易损坏，需要定期维护和更换。

二、从供回水温度入手，优化低温热泵系统的设计低温热泵系统中，供回水温度的控制显得尤为重要。

合理的供回水温差可以提高系统效率，降低能源消耗。

因此，在低温热泵系统的设计中，应该充分考虑供回水温度的优化设计。

1. 外环境的温度&季节因素低温热泵系统在冬季供热时，外环境温度明显下降。

为了保证系统的正常工作，并最大程度上规避霜结问题，低温热泵系统中的回水温度应该稳定控制在10℃以上，供水温度可以在40℃左右。

而对于夏季的制冷，低温热泵系统中，供水温度控制在18℃左右，回水温度可以在25℃左右，以保证制冷效果和系统的实际需求。

热泵供热供冷工程设计方案一、项目概况本项目为某城市一处商业综合体，包括购物中心、办公楼、酒店和公寓等建筑。

总建筑面积约为15万平方米，空调面积约为8万平方米。

为了满足建筑的供热和供冷需求，提高能源利用效率，降低运行成本，拟采用热泵供热供冷系统。

二、热泵技术应用热泵技术是一种利用低温热源进行能量转换的技术，具有节能、环保、高效等特点。

本项目拟采用地源热泵系统，以地表能为热源，通过输入少量的高品位能源（如电能），实现建筑的冬季供暖和夏季制冷。

三、系统设计1. 地源热泵系统（1）地埋管取热装置及配套设施根据地源热泵系统的需求，新建地埋管取热装置及配套设施。

配置地热孔520个，总长度约为10000米，埋设于地下20-100米深处。

地热孔的布置应充分考虑地下水位、地质条件等因素，确保系统的稳定运行。

（2）热泵机组及配套设施本项目配置15台地源热泵机组，布置于设备机房内。

每台机组制冷量为2000kW，制热量为1500kW。

机组选型应满足建筑的供热和供冷需求，并考虑系统的冗余性。

（3）水蓄能设施为了提高系统的能量利用效率，降低运行成本，本项目设置水蓄能设施。

在水蓄能池中，低峰时段利用多余的制冷或制热能量，高峰时段释放储存的能量，满足建筑的供热和供冷需求。

（4）设备机房至用户建筑间一次管网设备机房至用户建筑间一次管网采用闭式循环系统，管道材料应具有良好的保温、防腐性能，确保能量传输的效率。

（5）智能控制及监测系统本项目设置智能控制及监测系统，实现对热泵机组的远程操控、能耗查询、异常提醒等功能。

通过实时监测系统运行状态，及时调整运行参数，提高系统运行效率。

四、运行费用分析地源热泵系统具有节能和优越的环保性能，运行费用相对较低。

以本项目为例，地源热泵系统的运行费用较传统供暖供冷系统降低约30%。

在不考虑电能来源的情况下，地源热泵系统是一种清洁能源，无需燃烧化石燃料，减少环境污染。

五、结论综上所述，本项目采用地源热泵供热供冷系统，具有节能、环保、高效等特点。

严寒地区太阳能热泵供热系统设计及优化分析工学硕士学位论文严寒地区太阳能热泵供热系统设计及优化分析DESIDN AND PARAMETER OPTIMIZING OF A SOLAR ASSISTED HEAT PUMP SYSTEM FOR SPACE HEATING IN EXTREMELY COLD AREA于易平哈尔滨工业大学2012年6月国内图书分类号：TU833.1 学校代码：10213 国际图书分类号：679 密级：公开工学硕士学位论文严寒地区太阳能热泵供热系统设计及优化分析硕士研究生：于易平导师：姚杨教授申请学位：工学硕士学科、专业：供热、供燃气通风及空调工程所在单位：市政环境工程学院答辩日期：2012年6月30日授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TU833.1U.D.C.: 679Dissertation for the Master Degree in Engineering DESIGN AND PARAMETER OPTIMIZING OF A SOLAR ASSISTED HEAT PUMP SYSTEM FOR SPACE HEATING IN EXTREMELY COLD AREA Candidate：Yu YipingSupervisor：Prof. Yao YangAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Heating, Gas Supplying, Ventilating &Air-conditioningUnit：School of Municipal & EnvironmentEngineeringDate of Oral Examination：June, 30th, 2012University：Harbin Institute of Technology摘要在能源日益紧张匮乏，价格上涨的背景下，太阳能作为一种可持续发展的能源越来越受到人们的重视，尤其在严寒地区，冬季供暖能源消耗大，空气污染严重，利用太阳能采暖具有很大的经济效益和环保效益。

空气源热泵在寒冷地区供暖系统的应用一、空气源热泵技术概述空气源热泵是一种利用空气中的热量来提供供暖、热水和制冷的高效能源设备。

它通过吸收空气中的低温热量，经过压缩机的压缩，使温度升高，然后通过热交换器释放热量，为建筑提供所需的热能。

与传统的供暖方式相比，空气源热泵具有更高的能效比，能够显著降低能源消耗和运行成本。

1.1 空气源热泵的工作原理空气源热泵的工作原理基于逆卡诺循环，它通过制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四个主要部件中的循环来实现热量的转移。

在蒸发器中，制冷剂吸收空气中的热量并蒸发成气态；在压缩机中，气态制冷剂被压缩，温度和压力升高；在冷凝器中，高温高压的气态制冷剂释放热量，冷凝成高压液态；最后在膨胀阀中，高压液态制冷剂经过节流降压后进入蒸发器，循环往复。

1.2 空气源热泵的优势空气源热泵的优势在于其高能效比和环境友好性。

由于它主要利用空气中的热量，因此不依赖于化石燃料，减少了对环境的污染。

同时，空气源热泵的能效比通常在3-4之间，即消耗1单位电能可以产生3-4单位的热能，远高于传统的电加热设备。

二、寒冷地区供暖系统的需求特点寒冷地区由于气温较低，对供暖系统的需求有其特殊性。

这些地区需要供暖系统能够提供稳定、高效的热能，以保证室内温度的舒适性和建筑物的节能性。

2.1 寒冷地区供暖系统的要求在寒冷地区，供暖系统需要满足以下要求：- 高效的热量输出：由于室外温度低，供暖系统需要提供足够的热量以维持室内温度。

- 稳定的运行性能：在极端低温条件下，供暖系统需要保持稳定运行，不受外界环境影响。

- 节能和环保：寒冷地区的供暖周期长，因此节能和环保是供暖系统设计的重要考虑因素。

- 经济性：考虑到长期的运行成本，供暖系统需要具有经济性，以降低用户的经济负担。

2.2 寒冷地区供暖系统的挑战寒冷地区供暖系统面临的挑战包括：- 低温环境下的启动和运行问题：在低温条件下，供暖系统的启动和运行可能会受到影响。

寒冷地区如何应用地源热泵空调系统？
随着我国科学技术的迅速发展和进步，我国的资源环境也付出了巨大的代价。

近年来雾霾事件和水污染等事件的频频发生，引起了人类对生存环境的高度重视，不断增强了对资源可持续利用的意识。

在我国寒冷的的北方地区，环保节能的地源热泵空调系统为其创造一个冬暖夏凉的环境，得到了人们的广泛应用。

地源热泵系统的应用中对浅层岩土热量的不平衡问题，应该好好注意，地下换热器是地源热泵系统的关键，而年冷热负荷的平衡是设计地下换热器的关键，设计原则要遵循全年释热量和取热量保持平衡，地源热泵系统利用的热不是自然储存的，也不是再生的热能，它主要来源于工程设计上的补充。

设计时如果不考虑释热量和取热量的平衡问题，系统迟早会崩溃。

在北方的寒冷地区，热平衡问题是地源热泵空调系统的zui大难点也是重点，在有限的土体蓄热能力下，由于夏季和冬季供暖温差过大，冬季从土壤中的取热量远远大于夏季往土壤中补充的热量，使土壤温度逐年下降，导致系统效果变差甚至失效。

260理论研究0　引言 从目前国内低温气候空气源热泵的发展来看，对于圧缩过程的改进发展跟是放在重点位置的，为了提高压缩机能够保持足够的稳定性使得可以再低温的环境下运行，但是热泵作为一个系统来说能够对其造成影响的因素有很多比如其中的冷凝器跟蒸发器能直接影响其工作但是就目前的情况来看对于其改进是远远不够的，还有除霜问题的解决方法，这就要求我们从空气源热泵系统的个个方面进行分析讨论得出改善的结果。

1　低温条件下对空气源热泵性能的影响 （1）对于蒸发器问题的影响。

首先蒸发器是热泵系统中最重要的组成部分之一，蒸发器能够直接影响到整个热泵系统的运行而低温对于蒸发器的主要影响分为第一点：翅片设计的不合理导致结霜频繁；第二点：制冷剂流向设计、风扇位置引起的换热不均导致的结霜；第三点：分液不均导致制冷剂流量分布不均匀这三个方面的问题。

首先是对于翅片的问题一般常用的蒸发器为了减少整个系统的大小体积，往往会把翅片间距离设计比较小，虽然这样做可以有效地增加单位换热的面积，但是同时也会使得蒸发器的结霜速度会加快，而且还会产生积水性而导致结冰，从而对蒸发器的运行造成影响。

对于制冷剂流向的设计在通常情况下制冷剂是跟空气流动的方向相反，而且不同的流向产生的性能差异也是有所不同的，当处于制热工作的时候制冷剂会在换热器气出口的地方温差特别大，使得翅片结霜更加的严重还会造成结冰的情况，所以在设计的同时要充分的考虑到怎么处理结霜严重跟怎么有效除霜的问题，而且对于一般的蒸发器往往以最大换热量来考虑，往往会采用多路供液，然而在低温的情况下容易造成分液不均匀容易导致程序的正常运行。

（2）冷凝器问题的分析。

当系统工作的适合压缩机排气的温度变得更高使得进入到冷凝器的气体高出了预计的温度，而且由于冷凝器的工作原理跟一般的设计存在很多不同从而限制了冷凝器作用使得换热的状态大大降低从而限制了系统的能力。

2　在低温条件下热泵性能的设计 （1）蒸发器结构的设计。

空气能热泵冬季防冻方法与案例分析随着环境污染问题的加剧和能源消耗的增加，空气能热泵作为一种新型的清洁能源设备被广泛应用于供暖和热水供应。

然而，由于冬季气温低，热泵系统容易受到冻结的影响，从而导致系统效果下降甚至无法正常运行。

因此，冬季防冻是空气能热泵系统的重要问题。

本文将介绍空气能热泵冬季防冻的方法，并结合实际案例进行分析。

一、冬季防冻方法1.热泵系统设计合理、设备安装到位首先，一个合理的热泵系统设计是防止冬季防冻的基础。

在设计过程中，应考虑到系统的使用条件，合理选择设备型号和相关参数。

此外，在设备安装过程中应注意设备的相对高度和周围环境的通风状况，以保证充分的排热和空气流通。

2.提高额定工况下的换热效果空气能热泵系统在冬季冻结的原因之一是由于系统在低温下的热交换效果不佳。

因此，可以通过一些手段来提高额定工况下的换热效果，如采用高效的换热器、增加换热表面积等。

通过这些措施，可以提高系统的性能，降低冻结的风险。

3.使用防冻剂防冻剂可以在冬季阻止水在热泵系统中的冻结。

一般而言，防冻剂的添加浓度越高，防冻效果越好。

但要注意选择适合的防冻剂，以避免对设备产生不利影响。

此外，应定期检查防冻剂的浓度，并根据需要进行添加或更换。

4.控制水流速度和温度在冬季使用热泵时，应注意控制水流速度和温度，以防止系统冻结。

一般来说，可以通过增加管道的绝热层来减少热损失，调整泵的工作状态或增加阀门限制水流速度，以提高系统的抗冻能力。

二、案例分析小区的供暖系统采用了空气能热泵技术。

但在冬季使用中发现，系统经常出现冻结现象，供暖效果不理想。

通过对该案例的分析，可以得出以下结论。

首先，该热泵系统的设计存在问题。

由于系统容量过小，无法满足小区的需求，导致系统在高负荷工况下工作时间过长，易出现冻结现象。

因此，应重新设计系统，确保系统容量与需求匹配。

其次，该系统的电控系统存在故障。

电控系统是热泵系统的核心，可以根据外界温度调整系统的运行状态。

风冷热泵空调系统的设计方法空调负荷与容量的确定空调负荷包括空调冷负荷和空调热负荷。

空调冷(热)负荷指为将室内的空气参数维持在设计参数状态,单位时间内需向建筑提供的冷(热)量。

这是一个受室内设计参数,室内人员、设备等散热和散湿量,围护结构性质,室外空气环境参数(包括温度、湿度、气流速度等),太阳辐射强度等诸多因素影响的变量。

让空调系统恰如其分地提供冷(热)量,以满足设计计算状态下建筑物的需求,并随时适应建筑物空调冷(热)负荷及其变化的需要是空调设计的根本目的。

在空调系统设计过程中,空调负荷计算是第一步。

空调负荷的计算应包括空调设计计算负荷的确定和各时段负荷的分析;其次,设备的容量必须满足空调设计计算冷(热)负荷的要求;另外设备的配置应适应空调负荷变化的特点。

在以空气源热泵型冷热水机组为冷源的空调系统设计中,热泵机组的容量既要考虑到大楼各部分的同时使用系数,还应考虑到热泵的实际制冷量和实际供热量会因设备间距限制等原因造成通风不畅,部分气流短路(这部分的出力损失约占5%左右)而受到影响,和室外换热器表面积灰和表面结垢、设备衰减等因素的影响,故所选择的热泵机组应考虑安全系数。

由公式来表示:Q=β1?β2?QD.式中:Q——热泵机组在设计工况下的制冷(供热)量,KWQD——设计计算负荷,KWβ1——同时使用系数,由具体工程定,一般为0.75~1.0β2——安全系数,一般取1.05~1.10另外,热泵机组既要满足系统夏季的供冷要求,又要满足系统冬季的供暖要求。

不同供应商的热泵机组的额定制冷量、额定供热量的参数不尽相同,与各地区空调室外设计参数不一定一致。

对南京而言,一般供应商所提供的热泵机组额定制冷工况条件与实际一致或相近,一般空气干球温度为35℃,空调冷冻水进出水温度分别为12℃、7℃左右。

而冬季制热的额定工况条件为室外空气温度7~8℃,进出水水温为50-55℃。

这一条件与南京地区冬季空调设计计算温度相差甚远。