浅谈空气—水热泵空调机组的选型

(唐山三友化工股份有限公司设计公司，河北 唐山 063305)

1 空气—水热泵空调机组工作原理

空气—水热泵空调机组是基于压缩式制冷循环，利用冷媒作为载体，从室外空气中吸取或排放热量，以达到制冷或制热需求的空调机组。夏季机组空气侧换热器(此时作冷凝器)向外排放热量，用于水侧换热器(此时作蒸发器)制备冷冻水，然后将制备的冷冻水输送至末端制冷设备；冬季则利用室外空气为热源，依靠空气侧换热器(此时作蒸发器)吸取室外空气中的热量，用于水侧换热器(此时作冷凝器)制备热水，然后将制备的热水输送至用末端采暖设备。通过切换四通换向阀来改变制冷剂在制冷环路的流动方向，以实现夏、冬季工况的切换。

2 空气—水热泵空调机组优缺点

2.1 空气—水热泵空调机组优点

随着技术的进步和其优势的逐渐突显，空气—水热泵空调机组的使用范围逐渐由我国的夏热冬冷地区扩展到了寒冷地区，其主要优点如下：

1)利用空气作为低位热源，取之不尽，用之不竭；

2)一机两用，夏季供冷，冬季供热，冷热源兼用；

3)夏季省去了冷却塔和冷却水系统，冬季省去锅炉房；

4)露天安放，不占有效建筑面积；

5)机组有安全保护，运行可靠，管理方便。

2.2 空气—水热泵空调机组缺点

虽然空气—水热泵空调机组存在很多优点但是还是存在一些不足：

1)机组常年在室外暴露，运行环境差从而影响其使用寿命；

2)机组的噪声及震动相对水冷机组大；

3)机组的制冷、制热性能随室外气候变化明显；

4)换热空气热容小导致换热器的体积增大，风机的风量也随之增大；

5)冬季室外温度较低时容易结霜导致机组制热能力下降。

3 空气—水热泵空调机组的选型计算

3.1 空气—水热泵空调机组的选型计算方法

空气—水热泵空调机组作为空调冷热源，担负着一机两用的角色，夏季作为冷源，冬季作为热源，所以在选型时就要同时考虑其制冷和制热的性能[1]。既要满足夏季制冷房间的冷负荷，又要满足冬季采暖房间的热负荷。目前有3种方案：

1)根据夏季冷负荷来选择空气—水热泵空调机组，对冬季热负荷进行校核计算；

2)根据冬季热负荷来选择空气—水热泵空调机组，对夏季冷负荷进行校核计算；

3)采用比负荷系数法选择空气源热泵机组[2]。

笔者通过具体工程实例对空气-水热泵空调机组的选型计算的第二种方法进行简单的阐述。

3.2 工程实例分析

3.2.1 工程概况

以某企业职工俱乐部为例，该俱乐部拟新加空调系统，夏季制冷，冬季制热。由于多种条件限制，经多种方案对比最后选择空气—水热泵空调机组作为冷热源。

经计算其夏季冷负荷为：492.65 kW，冬季热负荷为：545.71 kW。由于该建筑物的使用特点及甲方特殊要求，因此建筑的冬季负荷略大于夏季负荷。由于冬季负荷略大于夏季且空气-水热泵空调机组选型时冬季需要进行多种修正，故在设计选型时考虑采用第二种方法进行选型计算。

3.2.2 选型计算

以某生产热泵厂家样本为例，首先确定热泵机组的名义制冷量的工况为：环境温度为35 ℃，出水温度为7 ℃，冬季的名义制热量的工况为：环境空气干球温度为7 ℃，湿球温度为6 ℃，出水温度为45 ℃。在机组的实际使用中，当工况改变时，机组的制冷量、制热量及相应的功耗将随环境温度和出水温度的变化而变化，因此在选型时需要对机组的名义工况的参数进行修正。当根据冬季热负荷选型时，由于机组使用时与其标准工况下的名义制热量不同，所以需要对其制热量进行修正：

1)首先需要考虑使用地区的室外空调计算干球温度修正，一般按产品样本选取；一般厂家样本都会给出不同温度下的制热量，本工程中选取的样本单台机组在室外计算干球温度为-10 ℃，出水温度为45 ℃下的制热量为104.2 kW；

2)由于环境温度在降至0 ℃以下时，空气侧换热器表面结霜加速，蒸发温度下降速率增加，机组制热量下降加速[3]，因此在考虑了使用地区的室外空调计算干球温度修正后还需要考虑机组融霜所引起的制热量损失。一般情况下每小时融霜一次取0.9，两次取0.8。融霜次数的选取也可根据机组的融霜控制方式、冬季室外计算温度、湿度选取。本工程中取每小时融霜一次，因此对机组的制热量进行二次修正：104.2×0.9=93.78 kW。

3)由于室外空气相对湿度的不同，热泵的选型计算时亦需考虑机组供热量随室外相对湿度不同时而引起的变化，因此，在热泵的选型时除了上述两项修正外，还需考虑这一修正，此项修正也是设计选型时最容易忽视的修正。本工程中根据使用地区的室外空气相对湿度选取的修正系数为0.74，故在考虑此项修正后单台机组在本项目所在地的实际制热量应为：93.78×0.74=69.40 kW。

在考虑了以上三种修正后得到了该热泵机组在实际使用时的制热量为69.40 kW/台，在根据建筑冬季热负荷545.71 kW，可得出共需该机组：545.71÷69.40=7.86台，取整后则该建筑在冬季时共需要8台该型号的热泵机组。在根据冬季热负荷选择机组后需对夏季负荷进行校核，因为机组夏季时仅受室外环境温度的影响，则只需对机组进行一项修正。根据该机组样本提供的参数，夏季时在出水温度为7 ℃，室外环境为30 ℃时该机组的制冷量为：138.8 kW/台，则根据建筑夏季负荷及单台机组的制冷量可得出夏季需要机组的数量为：492.65÷138.8=3.55台，取整后则该建筑在夏季时共需要4台该型号的热泵机组。

综上，根据建筑冬季热负荷选型时需要8台机组，再根据夏季冷负荷校核需要4台机组，则需要选择8台机组，冬季8台机组全开，夏季开4台机组。

4 结 论

通过上述工程实例对空气-水热泵空调机组的选型计算笔者认为在选用空气—水热泵空调机组作为冷热源时，一般情况下机组在冬季使用时需要考虑以下三个修正：

1)使用地区室外空调计算干球温度修正；

2)机组冬季融霜修正；

3)使用地区室外空气相对湿度修正。

在考虑上述修正后，机组的衰减一般较大，因此笔者认为在综合考虑了空调系统的冷、热负荷后，如果相差较小的话可根据冬季热负荷来选择空气—水热泵空调机组，对夏季冷负荷进行校核计算的方法进行空气—水热泵空调机组的选型计算。

[1] 姜益强，姚杨，邓仕明，马最良.空气源热泵冷水机组的选择[J].暖通空调，2003.33(6)

[2] 般民.比负荷系数法—选用风冷热泵机组的新方法[C].全国暖通空调制冷1998年学术年会文集，1998

[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008