空气源热泵冷暖设计与应用，看完你就学会了

空气源热泵机组的原理和结构

空气源热泵冷暖机组系统概述空气源热泵，除具备制取出采暖用热水的功能外，空气源热泵机组还能切换到制冷工况制取冷冻水。空气源热泵的基本原理是基于压缩式制冷循环，利用冷媒作为载体，通过风机的强制换热，从大气中吸取热量或者排放热量，以达到制冷或者制热的需求。

按照尼卡诺循环原理，该系统主要由空气源热泵主机和末端两大部分组成。空气源热泵机组与末端共同使用，前者提供冷水或热水，后者将冷水或热水，通过热交换，提供冷气或采暖。空气源热泵机组是采暖系统中的主机，由于采用空气源冷凝器不需要冷却塔；而蒸发器是水冷的，夏天制冷时提供冷水，冬季制热时提供热水，风机盘管是空调系统的末端装置，装在室内如同把水从低处提升到高处而采用水泵那样，采用热泵可以把热量从低温抽吸到高温。所以热泵实质上是一种热量提升装置，热泵的作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的对象（温度较高的物体）。

产品结构：

空气源热泵顶出风、侧出风结构

设计、选型与配置

一、空调负荷计算

1.空调负荷计算的组成(QL)

(1)由于室内外温差和太阳辐射作用，通过建筑物围护结构传入室内的热量形成的冷负荷；

(2)人体散热、散湿形成的冷负荷；

(3)灯光照明散热形成的冷负荷；

(4)其他设备散热形成的冷负荷；

(5)渗透空气所形成的冷负荷

(6)新风量负荷

2.空调负荷计算方法简单介绍

空调动态负荷的计算显得比较繁琐，即便是采用一些简化手段，计算工作量也是比较大的。估算最简便，捷径行路，人之通性，慢慢地被它取而代之了。

但是估算的根据并不坚定，偏于保守是不可避免的，总是顾虑怕估算的小了，这也是可以理解的。估算法也要注意与实际相符合，要根据实际的经验以及不同建筑的各自不同的情况。目前空调负荷的计算还是以估算为主。

3.民用建筑空调单位面积冷负荷（qL）

4.负荷计算——单位面积冷负荷法

QL=qL×S

式中：QL——建筑物空调房间总冷负荷 (W)

QL—— 冷负荷 (W/m2 )

S—— 空调房间面积 (m2)

二、 空调末端（风机盘管）的计算与选择

（1）根据风量：房间面积、层高（吊顶后）和房间气体循环次数三者的乘积即为房间的循环风量。其对应的风机盘管高速风量，即可确定风机盘管型号。

（2）根据冷负荷：根据单位面积负荷和房间面积，可得到房间所需的冷负荷值。利用房间冷负荷对应风机盘管的中速风量时的制冷量即可确定风机盘管型号一般采用第二种方法——根据冷负荷选择风机盘管，在特殊场合如对噪音要求较高的场所，可用第一种方法进行校核。

确定型号以后，还需确定风机盘管的安装方式（明装或安装），送回风方式（底送底回，侧送底回等）以及水管连接位置（左或右）等条件。

房间面积较大时应考虑使用多个风机盘管，房间单位面积负荷较大，对噪音要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。注意：对于风管超过一定长度的风盘，应采用中、高静压的风盘，且出风管道上不宜多于两个出风口。

三、 采暖负荷计算

1.采暖负荷计算的组成（Qn）

冬季采暖通风系统的热负荷，应根据建筑物下列散失和获得的热量确定：

1）围护结构的耗热量，包括基本耗热量和附加耗热量，

2）加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量

3）加热由门、孔沿及相邻房间进入的冷空气的耗热量；

4）建筑内部设备得热；

5）通过其他途径散失或获得的热量。

对于一般民用住宅层高在3m 以下工程上可采用面积热负荷法进行概算。

单位面积热负荷法：Qn=K×qn×S

式中：Qn—— 建筑物的采暖设计热负荷，W

S —— 建筑物的建筑面积，m2；

qn —— 建筑物的采暖单位面积热负荷，W/m2，

K —— 附加系数

建筑各个区域的围护结构、冷空气渗透情况均有差别，如果需要计算得较为准确，应根据各个区域在建筑中的位置（如：是否靠近外墙、外墙上的门窗）和门窗（是否有冷空气渗透）进行分别计算。

2. 室内采暖单位面积热负荷计算（qn）

1)一般原则

别墅的负荷一般要比住宅的大一些。

别墅的顶层负荷要大于中间层或底层。

普通卫生间根据面积提供500～1000W的定值来计算。

别墅地下室一般不配。

客卧一般负荷相对较大。

对于外墙较大或玻璃面积较大的，建议做负荷计算

2）室内采暖单位面积热负荷估算表（qn）

3. 附加系数

附加系数为采暖面积与全房间面积的比值，根据下表进行选择：

上表的附加系数为标准推荐数值，在实际工程中应根据实际情况做出具体调整。

房间进深大于6 米时，以距外墙6 米为界分区当作不同的单独房间，分别计算供暖热负荷。

4.另一种采暖热负荷的估算办法

Qn=a×Rn×V×（tn-tw）

Qn —— 采暖热负荷 W

tn —— 室内空气温度 ℃

tw —— 室外供暖计算温度 ℃

V —— 建筑的体积 m3

Rn —— 体积热指标 根据建筑的保温情况宜取0.4-0.7

a —— 修正系数。请参考下表

四、 采暖末端进行计算与选择

1. 地暖盘管

地暖面盘管的管间距直接影响到地板的散热量，而地板散热量需满足室内负荷的要求。

管间距根据管材、室内设计温度、供水温度、地板材料等因素而定。

下表是PE-RT管材，地面材料为水泥地砖，在不同水温、室内温度和管间距的条件下的地面散热量（其他地面材料的散热量数据见附录1）

2. 散热片

根据散热片进出口水温，求出散热片平均水温；

根据室内设计温度求出散热温差；

根据散热温差查散热片选型表，获得单片散热量q。

五、 空气源热泵冷暖机组配置计算

1. 确定建筑的负荷

由设计院获取

根据建筑物的负荷指标和相应建筑面积的乘积，得出建筑物的负荷。

将各空调房间的负荷逐个相加得出空调的总负荷。

2. 机组台数和容量的确定

机组总负荷的确定：建筑的负荷或空调总负荷×80％左右的同时使用率。公寓房可不考虑同时使用率。特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定。

大、中型工程应选二台以上，但不宜过多，并考虑备用机组的可能性。

若建筑物的最大负荷与最小负荷的差距过大，宜大、小容量机组搭配工作。

六、 机组安装位置规划和环境控制

1. 机组安装位置规划

1) 热泵主机的安装与空调室外机的安装要求相似。可安装在屋顶、阳台、地面上。出风口应避开迎风方向。

2) 主机（侧出风）与四周墙壁或其他遮挡物之间的距离不能太小，出风口1米内不应有遮挡物，保证主机换热器的吸热散热不受阻碍。

3) 主机（顶出风）进风口1米内不能有遮挡物，出风口2米内不应有障碍物，保证主机换热器的吸热散热不受阻碍。

当机组安装在屋檐下或机组上方有水平障碍物时，机组的安装位置必须在通风良好的地方，否则容易发生气流短路，造成机组散热能力差。

2. 机组安装环境控制

1) 尽量不在阳光直射的地方。

2) 不在卧室的窗台或卧室的附近。

3) 进、出风有足够的距离，便于散热。

4) 能承受室外机自重的 2-3 倍以上的地方。

5) 没有油烟或其它腐蚀气体的地方。

6) 不影响其它因素或环境的地方。

七、 采暖和冷暖系统介绍

1. 采暖和冷暖系统分类

1) 开式循环系统：管路中的循环水与大气相通的系统。循环水水与大气接触，易腐蚀管路；用户与机房高差较大时，水泵则需克服高差造成的静水压力，耗电量大。

2) 闭式循环系统：管路系统不与大气接触，在系统最高点设有排气阀的系统。管道与设备不易腐蚀；不需克服高度差，从而循环水泵功率小。

3) 同程式系统：并联环路中的各支路的流程都是相等的系统。

◆优点：系统的水力稳定性好，各设备间的水量分配均衡。

◆缺点：由于采用回程管，管道的长度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，并且增加了初投资。

4) 异程式系统：并联环路中的各支路流程不等的系统

◆优点：异程式系统简单，耗用管材少，施工难度小。

◆缺点：各并联环路管路长度不等，阻力不等，流量分配难以平衡。

5) 定水量系统：系统中循环水量为定值，或夏季和冬季分别采用不同的定水量，负荷变化时，改变供、回水温度以改变制冷量或制热量的系统。

特点：定水量系统简单，操作方便，不需要复杂的自控设备和变水量定压控制。

6) 变水量系统，一般适用于间歇性降温的系统（影院、剧场、大会议厅等）：保持供水温度在一定范围内，当负荷变化时，改变供水量的系统。

特点：变水量系统的水泵的能耗随负荷较少而降低，在配管设计时可考虑同时使用系数，管径可相应减少，降低水泵和管道系统的初投资；但是需要采用供、回水压差进行流量控制，自控系统比较复杂。

八、 采暖和冷暖系统介绍

空气源热泵采暖和冷暖常用系统型式

采暖系统图——不带缓冲水箱

采暖系统图——带缓冲水箱

冷暖系统图——不带缓冲水箱

冷暖系统图——带缓冲水箱

九、 水泵选型计算

冷暖系统按空调系统的水流量和水阻力选定水泵流量和扬程。

1. 水泵的流量

在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品样本提供的数值乘以1.1~1.2倍的系数选用。

如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。公式中的Q为没有考虑同时使用率情况下的总负荷。

L = Q×0.86/ △T

L —— 循环水流量 m3/h

Q —— 总负荷 kW

△T —— 进回水温差 ℃（采暖系统取10℃，冷暖系统取5℃）

水泵的流量 = (1.1~1.2)×系统循环水量

2.水泵的扬程

应为它承担的供回水管网最不利环路的总水压降。

最不利环路阻力计算经验公式如下：

Hmax =Δp1＋Δp2＋0.05L（1+ K）

△P1：机组内部的水压降；

△P2：最不利环路中并联的各末端装置的水压损失最大一台（或部分）的水压降。

0.05L：沿程损失取每100m管长约5mH2O；

式中K为最不利环路中局部阻力当量长度总和与直管总长的比值。当最不利环路较长时K取0.2~0.3；最不利环路较短时K取0.4~0.6。

水泵扬程(mH2O)= （1.1~1.2）× Hmax

3. 其他要求

水泵必须选用热水泵，其Q～H 特性曲线，应是随着流量的增大，扬程逐渐下降的曲线。同时适用于水/乙二醇（最高30%）溶液。

应根据水泵提供商提供的参数要求，并根据现场水力系统的要求选泵，水泵应在其高效区内运行。

十、 膨胀罐选型计算

C = 系统中的水容量（包括热泵主机、管道、末端等）约为系统循环

水流量的1/15 到1/20。

e = 水的热膨胀系数（系统冷却时水温和锅炉运行时的最高水温的水

膨胀率之差，见下表），标准设备中e=0.0359（90℃）

P1=膨胀罐的预充压力（绝对压力）

P2=系统运行的最高压力（绝对压力）

V = 膨胀罐的体积

选型经验：

5HP 以下 选用的2L 膨胀罐

5-10HP 选用的5L 膨胀罐

10-18HP 选用的8L 膨胀罐

18-30HP 选用的12L 膨胀罐

30-45HP 选用的18L 膨胀罐

45-60HP 选用的24L 膨胀罐

（其中制冷/热量KW 和HP 的换算关系为1HP ≈ 2.5KW）

十一、 储能（缓冲）水箱计算

水暖系统需要考虑系统水容量对系统稳定性的影响，对于空气源热泵地暖系统，最大的影响因素是冬季机组除霜。空气源热泵机组化霜时间为 3-8min，