村镇建筑地源热泵系统节能设计.docx

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1、村镇建筑地源热泵系统节能设计6.1 室内温湿度参数与节能16.2 水系统节能设计16.2.1 空调水系统的特点与节能16.2.2 定流量水系统26.2.2.1 定流量水系统的要紧构成26.2.2.2 定流量水系统的运行分析36.2.2.3 定流量水系统的利弊46.2.3 变流量水系统46.2.3.1 变流量水系统的基本构成56.232变流量水系统的操纵方式分析71.1.1 .2.1温差操纵法.71.1.2 压差操纵法.86.2.33 操纵方法的运行分析96.2.34 4变流量水系统的利弊106.2.4 水系统水力平衡116.2.4.1 冷冻水系统管道布置与水力平衡126.2.4.2 水力平衡阀

2、门调节136.2.5 大温差小流量水系统设计156.2.6 水质处理与节能176.3空调设备节能设计176.3.1 设备选型176.3.1.1 地源热泵机组的设备选型176.3.1.2 冷、暖水泵配置196.3.2 调节操纵216.3.2.1 单台纵方式21632.2 多台纵方式21632.3 水泵变尾纵方法2163.2.4室内末端设备与节能236.4参考文献266村镇建筑地源热泵系统节能设计6.1 室内温湿度参数与节能据资料统计，重庆、上海、广州等地区，夏季室内温度低c或者冬季高1,工程投资将增加6%,能耗增加5T0设由此可见，适当提高夏季的室内空气温度与降低冬季的室内空气温度有显著的节能效

3、果。为此，我国国家标准采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）对室内设计参数做出了规定，关于舒适性空调，室内设计参数可按表6.1规定的数值选用。表6.1舒适性空调室内空气设计参数季节温度（）相对湿度（%）风速(ms)夏季222840650.3冬季18-2430-600.2室内的温室度设定的高低影响着冷（热）负荷的大小，在夏季温度、湿度设定值越高（冬季室内温湿度设定值越低），冷（热）负荷越小，因此，在一些地区为了节能，规定夏季空调室内温度不得低于26。设计参数的取值，不仅直接影响系统的造价，也影响着系统运行效率与运行能耗。在满足要求的前提下尽量降低设计标准，在舒适度相同的情况下根据

4、实际情况在同意范围内调整室内温湿度的取值。考虑利用热湿环境的各个因素，都能够减少空调系统的能耗。不一致地区的村镇居民对热舒适的要求也是不一致的，比如：南方地区的人们对湿热环境的习惯程度要高于北方地区的人们。因此,在村镇住宅负荷计算时,可根据当地情况适当提高室内空调设计参数，本设计指南推荐室内空调设计温度为26-28。6.2 水系统节能设计6.2.1 空调水系统的特点与节能空调水系统应包含三个目标:1）根据负荷变化，能在大范围内调节末端装置的流量，以保证室内的空气参数符合要求；2）保证冷水机组的流量不能低于最小值，以防止机内冻结，通常冷水机组所同意的流量波动范围较小；3）循环水泵在满足1、2的条

5、件下，尽量减少能耗。目前多数民用建筑的空调系统使用空气一水方式，空调设备绝大部分时间内在低于额定负荷的情况下运转。国内空调水系统大多数仍使用一次泵定流量水系统（图6.1）,该系统在部分负荷时靠调节阀门的开度来改变用户侧流量，以分集水器压差来操纵主机侧旁通从而保持主机定流量这样导致空调水系统供回水温差较低，无法进行有效的质调节，因此需使用流量调节的做法来达到要求。对应于水系统流量Q,总有水泵扬程H-Q；水泵轴功率N-Q3,因此水系统节能潜能还是很大。6.2.2 定流量水系统6.2.2.1 定流量水系统的要紧构成根据我国国家标准采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）的规定，空气调节

6、水系统宜使用闭式系统，关于中小型工程宜使用一次泵系统。设置两台或者两台以上冷水机组与冷水循环泵的空气调节系统，应能习惯负荷变化改变系统流量。简单的冷冻水循环回路基本上都是定流量系统，它的要紧构成部件包含：冷水机组、冷冻水泵、末端设备（如风机盘管）、膨胀水箱、排气阀与平衡阀。关于地源热泵系统，如用于村镇建筑，定流量水系统要紧包含地源热泵机组，定频泵，室内末端（如风机盘管），阀门，排气阀，膨胀水箱等附件。该系统中通常每台机组配有一台水泵，水泵保持定流量运行，水泵与机组联动，当加载一台冷水机组时，其对应的水泵先启动，当减载一台机组时，先关闭机组，然后关闭水泵。用户侧的末端设备上安装电动二通调节阀，根

7、据供回水管之间的压差变化来调节旁通水量的大小。6.2.2.2 定流量水系统的运行分析在定流量系统中,通过蒸发器的冷冻水流量保持恒定，当负荷侧的负荷减小时，通过减小冷冻水供、回水温差来习惯负荷的变化，因此冷源侧的冷冻水经常处在大流量、小温差状态运行，增加了水泵的能耗。水泵电动机的输入功率N。：若电动机的输出功率等于水泵的轴功率，则有:7V=9.86.111d式中：ND-点击的输入功率，kw；G一冷冻水循环水量，H13Zs;H水泵扬程，m；一水泵效率，%：d电动机的效率，%o空调设备绝大部分时间内是在低于设计计算负荷情况下运行，故水泵大部分时间在极低的效率点工作，耗能严重。据统计，空调制冷系统在满

8、负荷情况下运行只占20230乐在70%-80%的时间是在部分负荷下运行，其中一年中负载率50%下列的时间占全部运行时间的50%以上，在定流量系统中，全年绝大部分运行时间温差仅为1-3,温差低、流量大的工况，水泵系统长期在低温差、大流量情况下工作，即长期处在“大马拉小车”的状态下运行，这增加了水泵输送系统的能量缺失，因此随负荷而改变水流量的空调水泵系统就显示出巨大的优越性。在设计中通常选起供、回水温差为5,但实际运行中夏季冷冻水系统供回水温差较好地为4,较差的只有2-2.5,造成实际水流量比设计水流量打1.5倍以上，使水系统的能耗大大增加，因此设计人员应充分重视水系统的设计。6.2.2.3 定流

9、量水系统的利弊定流量水系统的初投资较变流量水系统的初投资要低些，无变频装置，操纵简单。定流量系统在负荷减小时，流量不是减小而是增大，在部分负荷下，该空调系统不能随着负荷的变化而进行相应的调节，导致在大流量小温差的工况下长期运行,因此该系统的部分负荷性能下性能系数低,能耗高。6.2.3 变流量水系统据统计，空调制冷系统在满负荷情况下运行只占20%-30%,在70%-80%的时间是在部分负荷下运行。因此随负荷而改变水流量的空调水泵系统就显示出巨大的优越性，这要求选用合适的系统与相应的操纵方式来达到系统的优化，减少能耗。空调水系统的输送动力消耗量大，而且空调负荷绝大部分时间里处于低负荷状态，因此，空

10、调水系统的节能潜力很大，目前变流量节能是较普遍使用的措施。使用变频器调节泵的转速能够很方便地调节水的流量，提高整个水系统的性能系数(COP),其节能率通常可达35%-50%左右。村镇建筑面积规模不大，属于小型建筑工程，应该使用一次泵变流量系统(如图6.2),且一次泵变流量系统是目前空调冷冻水系统节能的最佳配置形式。6.2.3.1 变流量水系统的基本构成一次泵变流量系统中选择可变流量运行的冷水机组，末端冷量由冷冻水量调配，冷水机组生产的冷量由流经蒸发器的水流量与相对固定的温差决定，其系统形式类似于一次泵定流量系统，但增加了一套自控装置，同时定流量水泵变为变流量水泵，按照一定的操纵逻辑运行。（一）

11、可变流量的冷水机组蒸发器水流量变化必定引起冷水机组的出水温度波动，甚至导致冷水机组运行不稳固。因此冷水机组的流量许可变化范围、最低许可流量值与流量许可变化率是衡量冷水机组性能的指标。假如冷水机组蒸发器的最低许可流量与额定值接近，冷冻水量可调节范围较小，则实际运转中要满足负荷侧需求，操纵有难度，变频调速范围狭窄，使用一次泵变流量系统的操纵方式，其效能就不高。机组的流量变化范围越大，越有利于冷水机组的加、减机操纵，节能效果越明显，因此冷冻水泵的变频调速应该配置低水流量能力的冷水机组，流量变化范围宜30%-130%,流量下限小于50%额定流量为妥；机组的同意流量变化率越大，则冷水机组变流量时出水温度

12、波动越小。推荐机组能承受每分钟30-50%的流量变化率，以便与冷冻水的一次变流量操纵配套。由于冷冻水水系统选用变流量，如单螺杆式冷水机组流量变化范围有分段容调方式与连续容调方式，其中分段容调能够是50%,75%,100%；连续容调方式的机组容量调整为15%ToO机关于变容量系统，建议选择连续容量的调节方式的机组。在部分负荷运行时，变流量冷水机组比定流量冷水机组COP值变化要小5%左右，有利于在部分负荷运行时节约电耗。同时，可充分利用冷水机组的超额冷量，减少冷水机组与冷却水泵的全年运行时数与能耗。(二)变频水泵变频泵是变频电机带动的水泵变频，变频电机就是能够调节转速。泵的转速：n=-6,2P式中

13、S电机转差率,取S=13%；f交流电频率,Hz；p电机磁极对数。通过上式可知变频器是通过改变电源频率f来改变电动机转速的，可通过降低转速达到节能的目的。改变水泵转速能够改变泵的性能曲线,在管路曲线保持不变情况下,使工作点改变,这种调节方式称之变速调节。泵的流量Q、扬程H、轴功率P与转速n之间的关系懂得调速操纵时的节能原理。Q、H、尸与n之间的关系是：QQ=nn2H1H2=(n1n2)26.3P1P2=(mn2)3可见,轴功率P与转速n的3次方成正比。当转速下降1/2时,功率下降1/8,即功率与转速成3次方的关系下降,即降低转速使功率迅速下降是十分有效的节能方法。表6.2变频流量泵理论节能效果Q

14、2ZQi2nH2/HiP2/Pi节电率/%100100100.0100.00.0909081.072.927.1858572.361.438.6808064.051.248.8707049.034.365.7606036.021.678.45()5()25.012.587.5（）操纵系统尽管变频高速的一次侧操纵与传统固定转速的一次泵系统在负荷侧都是变水量，但它的操纵要求比传统方式高得多，其操纵逻辑应保证：任何时刻，确保运转冷水机组的蒸发器最低水流量（这个最低水流量载明在冷水机组的使用说明）;并列运行机组同步变频调速操纵是最常用的操纵方式；启动冷水机组的冷冻水泵宜使用软启动方式，以避免对水泵电机

15、的大电流冲击；冷冻水调节器节流操纵从一台切换至另一台时应确保平滑无缝地过渡。6.2.3.2 变流量水系统的操纵方式分析6.232.1温差操纵法根据供回水温差一定时，冷量与流量成正比的关系，利用制冷机房供、回水干管的温差操纵水泵的流量，使空调负荷变化直接影响流量变化的方式被称之温差操纵法。一次泵变流量系统，使用温差操纵水泵变流量的操纵方法能够反映空调冷负荷的变化与水量要求的直接关系，易于实现。变频泵系统的温差操纵法的基本操纵原理图，在水系统的供回水管上分别安装温度传感器兀与Th,温差传感器T计算供回水温差AT=Tg-Th,将所得值AT传给操纵器CTR11,CTR11将所得的供回水温差与设定的标准温差aTS（通常为5C）进行比较，调节变频器VF的输出频率。操纵器CTR12与操纵器CTR11是分开的，CTR12单独操纵各台机组的流量分配，如图6.3o图6.3次泵温差操纵原理图6.2.3.2.2压差操纵法一次泵变流量操