热泵空调系统优化设计方法研究

浅谈水源热泵空调系统的设计方法

1.引言

我们当前生活的地球正面临着严重的生态危机，能源紧缺成为制约生活和社会发展的严重问题。在这种背景下，以环保和节能为特征的绿色建筑和与之相应地空调系统应运而生。而热泵系统正是满足这些要求的中央空调系统之一。水源热泵具有节能、经济、运行可靠等特点。目前，国内已有多家水源热泵的专业生产厂，水源热泵空调系统的应用范围正在逐步扩展。水源热泵技术可利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收地太阳能和地热能而形成地低温低位热能资源，并采用热泵原理，即通过少量的高位热能的输入，把不能直接利用的低位热能转化为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能的目的。

2.水源热泵的特点

水源热泵基本上克服了空气源热泵的上述缺点，并且具有如下的特点：

2.1 属于可再生能源利用技术：水源热泵是具备了利用地球水体所储藏的太阳能资源作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。其中可以利用的水体，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水体不仅是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳辐射能量，比人类每年利用能量的500倍还多（地下的水体是通过土壤间接的接受太阳辐射能量），而且是一个巨大

的动态能量平衡系统，地表的土壤和水体自然地保持能量接受和发散地相对地均衡。这使得利用储存于其中地近乎无限地太阳能或地能成为可能。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源地一种技术。

2.2 便于计量和收费：空调用电负荷在用户位置，因此便于空调的计量与收费。这对于用户合理使用空调系统，节约空调系统的能耗，公平、公正、公开地摊派空调运行管理是很有利的。

2.3 运行安全可靠：水源热泵机组的空调系统是可以基本保证全年按用户的需要开启空调系统，特别是春秋空调过渡季节均能运行，也就相当于四管制空调系统。一般，水源热泵供、回水的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。夏季水体作为空调的冷源，冬季作为空调的热源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

第３１卷第２期　２０１７年４月　制冷与空调　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｖｌ０ｌ＿３１　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１７．１１８～１２１　文章编号：１６７１—６６１２（２０１７）０２－１１８－０４　纯电动公交车热泵型空调系统设计与实验研究　张伟李红旗郑新　（北京工业大学环境与能源工程学院北京　１００１２４）　【摘要】　针对纯电动公交车设计了一套热泵型空调系统，并对其运行特性进行了实验研究，分析了环境温　度、压缩机转速和室内外风速对制冷／Ｎ热量、ＣＯＰ／ＥＥＲ和排气温度的影响。研究结果表明，设　计的热泵型空调系统具有较好的制冷／制热性能，在制冷工况转速为２７００ｒ／ｍｉｎ时ＣＯＰ最高，而　制热工况下ＥＥＲ随转速增加而减小。在制热工况下，ＥＥＲ随室外风机转速增加而降低，因此较　低的室外风机转速更有利于系统的节能。　【关键词】　纯电动公交车；热泵空调；实验研究　中图分类号ＴＢ６１　文献标识码Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ａ　Ｈｅａｔ　Ｐｕｍｐ　Ａ／Ｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｐｕｒｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｂｕｓ　Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｉ　Ｌｉ　Ｈｏｎｇｑｉ　Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉｎ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１２４）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ａ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｐｕｒｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂｕｓ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ／ｈｅａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ（ＣＯＰ）／ＥＥＲ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｖａｒｉｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｍｂｉｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｓｐｅｅｄ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｃｏｏｌｉｎｇ／ｈｅａｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｔｈｅ　ＣＯＰ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｉｓ　２７００ｆｆｍｉｎ　ｉｎ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ＥＥＲ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｉｎ　ｈｅｍｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ　ｈｅ￣ｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｏｕｔｄｏｏｒ　ｆａｎ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｒ，ｔｈｅ　ＥＥＲ　ｉｓ　ｌｏｗｅｒ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｏｕｔｄｏｏｒ　ｆａｎ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ　ｔｏ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ．　［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｕｒｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｂｕｓ；ｈｅａｔ　ｐｕｍｐ　ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　０　引言　随着节能减排任务的推进和雾霾天气的突　显，汽车尾气排放对城市环境的污染已倍受关注。　纯电动汽车依靠其零排放、能效高的特点，成为　解决汽车尾气污染的重要途径之一，因此受到广　泛关注Ｌ１　Ｊ。作为公共交通工具的电动公交车，具　有车速低、线路短和行车时间固定等特点，成为　国家推广电动汽车的重要措施之一【２】。　由于纯电动公交车没有发动机余热作为冬季　采暖热源，需要独立的热源系统为冬季采暖提供　热量。现运行纯电动公交车的以ＰＴＣ系统为主，　该系统供热能效低，大大影响了纯电动公交车的　冬季续航里程。因此，适用于纯电动公交车的高　效热泵型空调的研究，对纯电动公交车的推广具　有重要的意义。　史保新等人ｐＪ设计了一台电机驱动的热泵型　电动汽车空调进行测试，指出电动汽车空调具有　较好的高速性能。Ａｎｔｏｎｉｊｅｖｉｃ和Ｈｅｃｋｔ［　Ｊ将开发的　热泵空调安装在一辆燃油汽车上进行测试，发现　采用热泵空调供暖时汽车性能更优，耗油量更少。　李丽等人Ｌ５Ｊ设计了一套热泵型电动汽车空调，并　对其启动过程进行实验研究，结果表明其能在短　时间内达到温度要求。徐磊等人【６Ｊ设计了一套使　用涡旋压缩机的热泵型电动汽车空调系统，并指　作者简介：张伟（１９８７．１０一），男，在读硕士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｗｅｉ７１１９＠１６３．ｃｏｍ　通讯作者：李红旗（１９６３．０６一），男，博士研究生，教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｎｇｑｉｌｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ　收稿日期：２０１６．０１．

笪　墨堡　冰蓄冷低温送风空　福建省建筑设计研究院潘雨顺　摘要本文在深＾调查研究冰蓄空调低温送风系统所有最佳性能的基础上，阐明低温送风结现代空调事业带来　系列特有的忧越性。　关键词冰蓄冷空：周低温送风　统优越性分析首电节能　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆＡｉｒ　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈＩｃｅＳｔｏｎｎｇＣｏｏｌｉｎｇ占Ｌｏｗ　ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＡｉｒｆｌｏｗ　ＦｕｊｉａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＤｅｓｉｇｎＡｃａｄｅｍｙ　Ｐａｎ　Ｙｕ—ｓｈｕｎ　Ｂａｓｅｄｅｎｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆａｌｌｂｅｓｔｆｅａｔｕｒｅｓｏｆａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｃｅｓｔｏｒｉｎｇｃｏｏｌｌｎｇａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｉｄｌｏｗ，ｔｈｉｓｐｅｐｅｒｅｘｐｏｕｎｄｓｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｉｒｆｌｏｗｂｒｉｎｇｓｐｅｃｕｆｉａ［ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｔｏ　ｍｏｄｅｍ　ａｉｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｉｒｃｏｎｄｉｔｌｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｉｃｅｓｔｏｒｉｎｇｃｏｏｌｉｎｇ＆ｔｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｉｒｆｌｏｗ　ａｎａｌｙｓｉｓｄｓｕｐｅｒｌｏｒｉｔｙ　ｅｎｅｒｇｙ。ｓａｖｉｎｇ　０前盲　空调造福于＾粪已经深＾＾心，得到全人类和生物界的　喜爱，在现代暖通空调设备已成为＾们生产生活的第一代需　品，无论是工业、农业、医药卫生、文教、科研以及国防现代高　科技事业各行各业都离不开空调，故此空调用电量已占据建　筑物总能耗中的６０％－７０％。因此，深人研究“如何蓄能节　能”，发展冰蓄冷低温送风空调已成为我国和全世界当代科　学界极为关注的课题。　１冰蓄低温送风空调系统的技术性能与分类　７　７低温送风空调的技术性能　在国际范围内，低温送风是迅速发展并不断扩展的项　新技术。这项挂术首次在Ｉ９４Ｚ￣推出，￣９５０＂４－美国率先将其　应用于住宅和小型商业建筑的改造工程上，此后得到迅速发　展．在我国这几年来也开始展现。　之所以称之为低温送风，是相对于常规空调送风而言，　常规空调系统从空气处理机送出来的空气温度为７舣：～７８℃　左右，而低温送风系统的上述空气温度为　７２℃，而超低温送　风系统的上述空气温度则为４－－６￣；。　低温送风由于送风温度降低，送风温差增大，风量减少，　故使其具有初投资省、年运行费用低，大大减少了空调的装机　容量，所需占用的建筑空间小，有利于提高屠高和增加建筑物　的层数，增加建筑使用面稆，空气品质优良，提高舒适度，减少　空调病，提高工作效率．创造好的经济效益等优点。　１．２冰蓄冷低温送风系统的分类　低温送风通常按送风温度的高低可分为三大类：　【¨第一粪送风温度范围为　℃～代．称之为超低温送　风，此粪低温送风由于需要特制的风口．初投资与运行费用节　省较少，故一般较少推荐采用　（２）第二粪低温进风，送风温度范围为８℃～乳，标称送　风温度为乳，低温送风和冰蓄冷技术紧密结合在起，能够　获得较好的空调效果，经济效益很好，备受人们的欢迎，因此　是最佳最优的选择，得到了较大范围内的推广与应用　ｃ　３）第三类低温送风，送风范围为争，　，标称送风温　度为１０％，此类送风可与冰蓄空调结台也可与常规空谓结台，　较为灵活，但取得的经济效益较少，因此也较少在冰蓄低温送　风空调系统中推广应用。本文着重讨论的低温送风为第二类　冰蓄低温送风系统。　２冰蓄冷低温送风系统的优点　２　７如上所述低温送风可以节省基建初投资，主要原因　在于室气处理机、风机、冷冻水泵和水管管径尺寸减小，但是　低温送风却要增加冷却盘管，末端装置和管道保温投资，如使　低温送风与冰蓄冷相结合，其投资也会增加，但投资增加数额　与投资减少金额相抵，低温送风的初投资还是要减少很多．如　当送风温度为７℃时，风管尺寸减少３０％，－－３６％．空气处理机尺　寸减少２０％￣３０％．风机功率减少船４Ｄ％　对于现有的常规　送风系统，如改造为低温送风，则其供冷能力可以大大地提　高。　２．２由计算得知低温送风与常规送风相比，空调水系统　与风系统的投资可减少Ｉ４％～１９％，而总投资可减少６％～　１，％。　２．３节省用电量显著：特别是高峰期用电量减少，年运行　费可降低１８％＇－２８％，这是因为电价结构影响年运行费，将高　峰期电价高的电力负荷转移到低谷期，可以节省一大笔费用，　同时由于制冷压缩机、水泵、冷却塔以及风机等的耗电量均减　少，这样又可以节省一笔可观的费用。　２４所需占用空间减少低温送风可降低房间层高，节省　建筑空间和造价，这是因为低温送风的风管比常规送风的风　管小．所需安装风管的房间顶部空间至少可以降低８５～　１８０ｍｍ，建筑工程造价相应地可减少ａ７６％－￣Ｉ３．６％ｏ　２５相对湿度较低　空气舒适温馨，减少空调病：采用低　一

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列车空调送风系统设计方法研究

青岛理工大学 胡松涛 曹瑜 郑小锋 谭鲁志

摘 要：列车环境与建筑环境存在一定差异，建筑环境空调送风系统设计方法不能直接应用于列车的设计之中。本文将建筑环境与列车相对照，参照空调设计方法提出了适合于列车空调设计的理论，便于今后为列车空调设计提供参考和帮助。

关键词：列车 建筑 空调系统 设计

1 引言

高速列车车内环境应考虑多方面因素的共同作用，一般包括：车内空气环境、车内声环境以及车内光环境。车内空气环境主要由热环境、湿环境和空气品质等部分构成。热环境的好坏由空气温度的高低来判定；湿环境的优劣由空气的干湿度来表征；空气品质则由新风（新鲜空气）量的多少或空气的洁净度来区别[i]。

当列车以高速运行时，如果车厢密闭不严或开启车窗，则车内会产生强烈的紊流和噪声，因此高速列车与常速列车的区别之一就是它的车厢在列车运行时几乎为密闭空间。列车工作条件的特殊性造成它的内部环境与普通建筑空调的室内环境有许多不同之处，具体表现在以下诸多方面[ii][iii][iv][v]：

（1）列车内的人员密度大，二氧化碳及人体异味排放量大。

（2）车厢空间相对狭小，车内设施布置紧密，因此不利于空气流通，难以达到合理的气流组织。

(3)各种健康状况的人员在相对较长的时间内保持近距离接触，易于发生病菌传播。

(4)列车单位空间的外表面积大，与外界的热交换量大，近车厢壁面处空气的温度梯度较大，所以车厢内不易形成均匀的温度场。

(5)车窗所占比例相对较大，易受阳光直射，因此由辐射热引起的空调负荷较大。

因此，若要使车内环境达到温度、湿度适宜，空气洁净的要求，在车内空调系统设计中，必须充分考虑上述特点。

2 建筑空调设计方法简述

我国建筑空调设计经过多年的发展，已经逐步形成了一套较为完善和成熟的理论，现在广泛应用于民用建筑业[vi]。现对其归纳和总结如图1所示。