空气源热泵和地面辐射供暖技术手册.docx
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空气源热泵和地面辐射供暖技术手册
第一部分空气源热泵
第一章空气源热泵技术介绍
所谓热泵，就是靠电能拖动，迫使热量从低位热源流向高位热源的装置。
也就是说，热泵可以把不能直接利用的低品位热能（空气、土壤、井水、河水、太阳能、工业废水等）转换为可以利用的高位能，从而达到节约部分高位能（煤、石油、燃气、电能等）的目的。
类似于人们把水自低水头压送至高水头的机械称为“水泵”，把气体自低压区送至高压区的机械称为“气泵”（在我国习称气体压缩机），因而把这种输送热能的机械称为“热泵”。
因此，在矿物能源逐渐短缺、环境问题日益严重的当今世界，利用低位能的热泵技术已引起人们的关注和重视。
空气源热泵的历史以压缩式最悠久。
它可追溯到18世纪初叶，可以说1824年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础。
热泵的发展受制于能源价格与技术条件，所以其历史较为曲折，有高潮有低潮，但热泵发展的前景肯定是光明的。
当前热泵研究的方向是向高温高效发展，即开发高温热泵并最大限度提高COP（性能系数CoefficientofPerformance）值，同时积极发展吸收和化学热泵等。
空气源热泵热水机组的制造、推广和使用在我国只是最近10年的事，但由于其相对传统制取热水设备的高效节能、环保、安全、智能化控制、不占用永久性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注。
热泵热水机组以清洁再生原料（空气＋电）为能源，既不使用也不产生对人体有害的气体，同时也减少了温室效应和大气污染。
目前，在我国电力资源短缺的前提下，采用热泵热水机组制取热水，既能以最小的电力投入获得最大的供热效益。
将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作，省却了专用锅炉房。
在设备结构上真正实现了水、电分离，确保了用户的安全。
第一节热泵工作原理
热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的。
通俗的说，如同在自然界中水总是由高处流向低处一样，热量也总是从高温传向低温。
但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温热源传递到高温热源，所以热泵实质上是一种热量提升装置。
热泵的作用就是从周围环境中吸取热量（这些被吸取的热量可以是地热、太阳能、空气的能量），并把它传递给被加热的对象（温度较高的媒质）。
热泵热水装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。
热泵热水机组工作时，蒸发器吸收环境热能，压缩机吸入常温低压介质气体，经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器，高温高压的气体在冷凝器中释放热量来制取热水，并冷凝成低温高压的液体。
后经膨胀阀节流变成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发，低温低压液体在蒸发器中从外界环境吸收热量后蒸发，变成低温低压的气体。
蒸发产生的气体再次被吸入压缩机，开始又一轮同样的工作过程。
这样的循环过程连续不断，周而复始，从而达到不断制热的目的。
热泵原理示意图如下：
热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA通过蒸发器进行吸收；热泵本身做功消耗的能量，有部分转化为热能QB；热泵循环工质在冷凝器中释放的热量QC等于QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为机组做功产生的热能QB和热泵在环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
热泵的节能原理如下图所示
举例：
TFS-SKR760（S）机组，热泵系统输入功率6.88kW，周围环境温度20℃，输出的制热功率却达到31kW，这意味着热泵工作时从周围环境吸收了大量的免费热能。
在此过程中，系统仅仅只消耗了6.88kW的电能，却能等同于输入功率为31kW/0.95=32.63kW的传统电热水器完成的工作，系统能效系数COP高达450%。
（COP=制热量/输入功率）
该产品是利用热泵技术原理，在热泵系统的工作循环中，将免费能源——空气热能搬运到水中，从而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效、环保、节能型热泵产品。
它的最高热效率可达590%，年平均热效率可达360%。
在制取低温（60摄氏度以下）的热能方面，以消耗电能或燃料的化学能这种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式，因为在这一领域，热泵系统的制热效率可以轻易的超出传统方式数倍以上；因此，制60℃热水费用小于太阳能辅助电加热系统；比电热锅炉节电80%；比燃油锅炉节省耗能费用50%；制热水量可以根据需求自动调节。
适温度范围在-10～50℃的地区。
本设备适用于宾馆酒店、饭店、度假村、泳池、桑拿浴场、公寓、工厂、大专院校、医院、疗养院等需要热水的单位使用，尤其在燃油越来越紧张的今天，更体现了本产品的优越性。
第二节热泵热水机组特点
●节能热泵从室外的空气中获取热量，仅消耗少量电能，可把消耗的电能转化成3倍以上的热能实现供热。
●环保热泵热水机组在运行时无任何排放及污染，绿色环保，符合环保要求。
●安全消除了普通热水机组系统中的易燃、易爆、触电、煤气中毒等安全隐患。
●可靠产品运行性能稳定，使用寿命长，维护费用低。
●简单可安装在屋顶、阳台、庭院、地下室等位置，无需专用机房，不占用永久性居住面积。
●结构独特换热器独特设计，结构紧凑美观，气流组织分布均匀，效率高，换热充分。
●智能控制依据模糊控制原理，动态检测用户负荷，快速达到设定温度后，保持负荷动态匹配，平稳运行。
智能柔性除霜，可以根据不同地区的气候条件设定除霜参数和控制方案，使除霜更彻底、更灵活、更节能。
●模块化设计可根据用户的实际需要灵活添加。
●全天候运行一年四季全天候运行，不受夜晚、阴天、雨雪等恶劣天气影响。
●健康舒适提供舒适热水，稳定适宜的温度，保证人体的舒适度。
●质量上乘关键部件均选用国际知名品牌产品，如COPELAND、SANYO、ALCO、DANFOSS等，配合本公司的精心制作，每台机组出厂前均通过严格的性能测试，确保质量。
●经济节资机组制热效率高，节省投资运行费用。
第二章设备设计、制造生产的验收标准
开发、生产的一系列空气源热泵热水设备，均应本着节能、先进、经济、方便的原则，通过优化的系统设计和严格的生产管理，确保每一台出厂的产品均达到国家合格的规定标准。
热泵热水器设计和生产所执行的标准及规范有：
GB/T18430.1-2001《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途冷水（热泵）机组》
GB/T1720-1979漆膜附着力测定法
GB/T2423.17-1993电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：
盐雾试验方法
GB4208-1993外壳防护等级（IP代码）
GB4343.1-2003电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第1部分：
发射产品类标准
GB4343.2-1999电磁兼容家用电器、电动工具和类似器具的要求第2部分：
抗扰度产品类标准
GB4706.1-2005家用和类似用途电器的安全第一部分：
通用要求
GB4706.32-2004家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求
GB/T5226.1-1996工业机械电气设备第一部分：
通用技术条件
GB9237-2001制冷和供热用机械制冷系统安全要求
GB/T10870-2001容积式和离心式冷水（热泵）机组性能试验方法
GB/T13306-1991标牌
GB/T13384-1992机电产品包装通用技术条件
GB17625.1-1998低压电气及电子设备发出的谐波电流限值
第三章设备介绍
1产品型号及技术参数
产品型号
性能数据
TFS-SKR
270（D）
TFS-SKR
480（S）
TFS-SKR
760（S）
TFS-SKR
840（S）
TFS-SKR
1600（S）
1
名义制热量※
kW
11
19.6
31
36
72
2
额定功率※
kW
2.43
4.63
6.88
8.25
16.6
3
电源形式
220-1-50
380-3-50
380-3-50
380-3-50
380-3-50
4
额定电流※
A
11.65
9.0
14.1
17.0
31.0
5
最大运行电流※
A
14.55
11.2
16.0
19.4
39.25
6
内置水泵（可选）
功率
kW
A
0.27
1.18
0.54
2.4
0.82
1.3
0.82
1.3
——
电流
7
辅助电加热（可选）
功率
kW
A
3.0
13.6
5.0
7.6
9.0
13.6
12.0
18.2
——
电流
8
名义产水量
L/h
270
480
760
840
1600
9
名义水流量
m3/h
1.87
3.33
5.27
5.78
11.05
10
最大水流量
m3/h
2.50
4.50
7.11
7.8
15
11
水阻力损失
kPa
45
50
60
70
70
12
最高出水温度
℃
60
60
60
60
60
13
噪声
dB（A）
58
60
62
63
66
注①名义工况温度条件：
环境干球温度20℃，湿球温度15℃；机组进水40℃，出水45℃；
②水阻力损失是指机组名义工况时的水阻力损失，不带内置水泵的机组可以此作为选配水泵的依据；
③水泵和辅助电加热不属于机组的标准配置；如果需要，请在定货时说明。
④带“※”者的数据不包括水泵以及辅助电加热；
2.性能曲线
第四章设计选型
1机组选型计算
热泵热水机组选型时需确定下列设计条件：
●系统热负荷（kW）
●自来水补水温度（℃）
●热水设计温度（℃）
●环境温度（℃）（冬季室外极限温度，和冬季室外计算温度）
●水系统热损失
选型步骤：
1.1.查询当地气象，水文参数，确定自来水补水温度，环境温度；
1.2.计算系统热负荷；
热负荷计算公式：
Q=V*c（tr-tl）k/860（k.cal/kW.h）
式中：
Q——系统热负荷（kW.h）；
V——设计热水量（L）；
c——水的比热，取1k.cal/（L•℃）；
tr——设计热水温度（℃）；
tl——自来水补水温度（℃）
k——考虑水系统热损失的安全系数，取1.05~1.20
1.3.确定机组工作时间，名义工况下确定机组的型号和数量；
机组的数量确定：
N=Q/T.W
N——机组数量（台）
Q——系统热负荷（kW.h）
T——名义工况下设计运行时间（一般取10~16小时）
W——名义工况下机组制热量（kW）
1.4.按冬季温度条件校核机组制热量。
按项目当地冬季计算温度，查询热泵热水机组的性能曲线，确定机组冬季计算温度时的制热量，按热泵热水机组最长工作时间来核对机组日制热总量，如满足不了制热要求，重新调整机组型号和数量，或者加辅助电加热和其它补热方式。
其它设备选型：
●循环水泵：
依据机组水流量，机组内部水阻力损失和系统水阻力确定。
●水箱有效容积：
依据日用水总量，和用水规律、机组制热量来确定。
实例计算
下面通过实例来说明热泵热水机组的选型计算过程。
典型实例：
宾馆客房热水系统工程，地点：
上海；日用水量：
36m3，水温：
55℃。
计算过程：
第一步，查询气象参数。
上海地区的气象参数：
年平均气温16℃，冬季室外计算干球温度-4℃，相对湿度75%，冬季平均气温5℃左右，最低气温-5℃，自来水温度是15℃；夏季室外计算干球温度34℃，湿球28.2℃，自来水温度是20℃。
气候条件比较适合空气源热泵热水机组的使用。
第二步，确定总用水量，并根据总热水量确定总热负荷。
总用水量36m3/天。
取安全系数K=1.1，则总热负荷：
Q=V*c（tr-tl）K/860（kcal/kW.h）=36000*（55-20）1.1/860=1611kW.h
第三步，选定机组的型号，计算机组数量。
设定机组工作时间12h/天。
假设选用TFS-SKR840（S）机组，该机组名义工况下的制热量为36kW。
计算机组数量：
N=Q/T.W=1611/12*36=3.73≈4台
第四步，校核冬季工况的制热量。
取安全系数K=1.2。
则冬季总热负荷：
Qd=V*c（tr-tl）K/860（kcal/kW.h）=36000*（55-15）1.2/860=2009kW.h
按冬季室外计算温度-5度校核，冬季机组工作时间按16h/天，则单台机组实际需要的制热量：
Qc=Qd/（N.T）=2009/（4×16）=31.4kW
参考机组性能曲线图，该机组在环境温度-5℃时的制热量约为19kW，所以要选择的辅助电加热功率：
Wf=（31.4-19）=12.4≈12kW
结论：
4台TFS-SKR840热泵热水机组能够满足该项目的要求。
2.热水系统工程设计与安装
根据各种不同的建筑用水特点和用水量，空气源热泵热水供应系统，既可用于局部热水供应系统，也可用于集中热水供应系统。
（热泵热水机组建筑）热水供应系统由两部分组成：
热水制备系统（第一循环系统）：
热水制备系统由热泵热水机组、热水箱、循环泵、软化水设备、仪表管件管网组成。
由自来水管网向热水箱内补水，由循环泵提供水循环动力，水经过热泵加热后回到水箱，如此循环完成水的加热过程。
热水制备系统（单水箱系统）
热水制备系统按水箱的蓄热方式可分为两种：
一是单水箱系统：
在热水供应系统中，只设一台满足日用水总量的热水箱，来贮存热水，一般适用于工厂、学校、企事业单位等分时加热、定时集中供水的场所。
二是双水箱系统：
是在热水供应系统中设有两个水箱：
一台加热水箱（小容积），一台蓄热水箱（大容积），机组首先对加热水箱内的水加热，达到设定温度后，再将热水注入蓄热水箱，由蓄热水箱向热水管网供生活热水。
适用于宾馆、饭店等需要24小时提供热水的场所。
热水制备系统（双水箱系统）
热水供应系统（第二循环系统）：
热水供应系统由热水循环泵和热水配水管网和回水管网组成。
水箱内的水被加热到设定温度，由循环热水泵经过管网送至各个配水点。
附件：
包括过滤器、单向阀、减压阀、自动排气阀、闸阀、水嘴、压力表、温度计、自动控制感温组件和电动（磁）阀等。
热水供应系统
工程安装注意事项
热泵热水机组在保障安装空间和基础负荷的基础上，可安装在建筑物阳台、屋顶、专用平台等区域的任何地方，但在选择位置时应注意以下因素：
2.1安装位置要有足够空间，便于安装、日常维护、检修以及换热通风。
2.2安装位置应尽量远离生活、工作区，以减轻或避免噪声对生活、工作造成影响。
2.3机组置于室外时建议采取防风、防雨、防冻措施。
2.4机组安装时应注意风向，避免直接迎风，避开强风口或其它设备的排风口。
多台机组安装时应避免进出风“短路”或“串风”
2.5机组在正常运行过程中会产生冷凝水，同时排污、清洗、除垢过程中会有大量的水排出，因此安装位置要便于排水。
空气源热泵热水机组单水箱系统指导流程图
空气源热泵热水机组双水箱系统指导流程图
热水系统设计安装要求
3.1水系统管路材料可以选择：
镀锌焊接钢管、无缝管、紫铜管、不锈钢管、铝塑管、PP-R管。
3.2热泵热水机组直接加热泳池或娱乐池等循环水时，要采用特殊材质的冰水器热泵，或采用二次换热方式加热池水。
3.3热泵热水机组和蓄热水箱布局要合理，尽量减少管道长度和弯路。
3.4热泵热水机组进出水口应加装阀门和旁通管路，便于机组出现故障时隔断检修。
3.5为防止震动的传播，连接机组的水管要加装橡胶软接头，使用软性护线管。
3.6在机组的进出水管上和供热管网的供回水管上，应分别安装直读式温度计和压力表，在用水水源处加装水表，以便观察和分析系统、机组的运行情况。
3.7设备、管道、阀门、仪表的安装，要符合相关安装规范，要便于检修；管道支架要符合相应材质、型号强度要求。
3.8在水系统的凸出部位及最高位置应安装自动排气阀；水系统管路的最低处应设置排水（排污）阀。
3.9热泵热水机组制热的生活用水，要符合《生活饮用水卫生标准》，严禁直接使用地下水、河水、湖水等未经处理过的水源；不符合要求的水源必须安装水处理设备。
3.10机组安装时，在进出水口合适位置分别预留系统清洗口，便于对系统定期检查和清洗。
3.11为防止杂质进入机组发生堵塞，机组用进水管路必须安装过滤器，并定期清洗。
3.12为保证机组水系统正常的水流量和流速，应当校核机组标配的水泵，不能满足系统要求时，应更换水泵，多台并联时最好采用外置水泵。
3.13水系统管路应当选用优质的保温材料，保温厚度视当地环境和保温材料的保温性能而定。
3.14机组安装完毕后，水系统必须进行清洗和水压试验。
第五章设备电气控制系统简介
控制器功能介绍：
该控制器综合了系统优化、节能、方便用户使用等诸多优点设计而成。
它可以根据用户需要和实际的现场情况有选择地采用一种功能或几种功能的控制方式，并支持二次循环泵选用变频控制，整个热水供应系统完整、节能、人性化。
该控制器主要完成对蓄热循环泵、压缩机、风机、化霜电热器、辅助电热器、补水泵、回水阀的控制，同时对键盘、显示器进行管理并对输入信号进行采样，查询各设备的工作状态、以及故障分析和报警。
该控制系统还可实现远程计算机协助管理，控制的功能，供用户选择。
机组根据设定的控制程序自动运行，完全实现无人值守，无须专人看管。
主要性能指标：
①输入模拟量：
进水温度（水箱温度）（-30℃~+95℃），出水温度（-30℃~+95℃）冷排1温度（-30℃~+95℃）出水2温度（-30℃~+95℃）冷排2温度（-30℃~+95℃）环境温度（-30℃~+95℃）
②.输入开关量：
上/下班开关、氟系统高压保护、氟系统低压保护、氟系统排气温度保护
③.输出控制对象：
压缩机1、风机1、化霜电热器1、风机2、辅助电热器、蓄热循环泵、报警
第六章热泵热水机组特点
1．水换热器（冷凝器）优质高效
国内水质较硬，水中Ca+离子，Mg+离子含量高，加热后会形成难以剥落的水垢附在换热器内壁，严重影响换热效率。
热泵热水机组的水换热器采用特殊材质的同轴波纹套管式换热器，虽使成本增加，但保证了水质适应性更强，换热效率更高，使用寿命更长。
2．除霜技术独特高效
我国地域辽阔，南北温差大，空气源热泵在环境温度-5到5度之间易出现结霜。
其他厂家大都采用定温定时除霜，但由于结霜条件不同，会发生除霜不净或除霜过度现象.而且反向除霜还会消耗水箱热量，引起水温波动，影响热泵制热运行的稳定性，在一定程度上还会影响热泵系统的制热效率。
热泵深入研究结霜机理，发明一套行之有效的电除霜方案，综合检测多种结霜条件，智能计算最佳除霜时间和周期，采用了多变量、多模式自修正技术，确保系统获得最高的能效比。
这项技术不但保证了热泵除霜问题的良好解决，而且还保证了热泵制热的连续稳定。
3．多项保护功能，保障最佳工况
A.进、出水温度极限保护
B.压缩机过载保护
C.机组相序保护
D.系统高、低压保护
E.系统缺水保护
F.压缩机启动三分钟延时保护
G.压缩机、水泵连动保护
H.温度传感器故障保护
I.通讯故障保护
J.手动操作密码设定保护
K.系统故障停机报警
L.机组还具有排气温度保护、压缩机频繁启动保护等多种保护功能。
4．独特的控制技术
A.模糊集成化控制系统，具有自动采集、整理、调整系统参数以满足热泵主机及系统最佳工况的功能。
B.采用了多事件触发记忆，优化排序的程序结构。
C.控制参数可在线设定，具有断电保护功能。
D.发生故障，自动显示报警的参数、状态。
E.可实现远程控制。
5．灵活的控制模式
A.水箱温度控制功能——实现蓄热泵与机组工作同步
B.水箱水位控制功能——实现水箱自动补水
C.热水循环控制功能——实现供水管网回水控制
D.热水系统防冻功能——实现热水系统在北方冬季的安全运行，不必机组或水泵24小时运行。
6．蓄热水泵和辅电可选配
根据不同客户的不同需求，热泵热水器可选配蓄热水泵和辅电，从而达到简化系统安装及合理安全控制。
选配的水泵和辅电可以外置，也可以内置，而且可完全由机组自动控制，无需外控，简化了维护工作，保证客户需求能够最大程度满足。
7．能效比高
热泵热水机组能效比较高，最高可达500％，年平均热效率为380%。
与国内市场上的同类产品相比，能效比高出20%，是真正意义上的高效节能热泵。
8．运用领域广阔
公司现具有丰富的大型热泵热水工程及技术经验。
热泵热水项目已遍及大专院校、星级宾馆、企事业单位、及工业用热水。
除生活热水外，还应用到泳池、海水养殖等热水应用领域，已成为真正的热水方案专家。
第七章维护保养
1.水系统的维护
检查——要经常巡视，定期检查水系统管路及阀件有无漏水现象；检查水系统仪器仪表状态是否良好，工作是否正常；检查保温材料是否有脱落或松动现象。
排污——要经常排污，定期打开机组和水箱的排泄污阀，进行排污。
清洗——定期对水过滤器进行检查与清洗，使水流无堵塞，确保水流量无衰减；定期对水箱底部进行清洗，以保证水质的清洁卫生。
清污除垢——因各地水质不同，根据各地特点定期检查清洗，对机组进行除污除垢清洗，机组清洗必须使用专用清洗剂，由专业人员操作完成。
防冻——热泵热机组在冬季时必需将蓄热水箱温度控制功能取消，由制热进水温度控制，启动机组的防冻功能；如果冬季停机，或切断了电源的情况下，必须将机组内及管道系统的水彻底放净，以免冻坏机组。
2.风系统
要经常检查清理翅片上因灰尘、树叶或其他赃物聚集而引起的风系统堵塞。
视情况对翅片进行清洗，清洗方法是：
用抹布或软毛刷轻轻擦拭，用干净的水清洗。
3.电气控制系统的维护
电气系统的维护应由专业电工进行，检查电器箱电器是否正常；接线是否牢固可靠；保证无松脱；定期清理电器箱内的灰尘。
机器运行中，若出现故障，必须停机检查等故障排除后继续工作。
定期检查机组电器安全保护装置是否正常，若出现意外必须停机检查等故障排除后继续工作。
机组停用时，把“上/下班”置于下班位置，确保人身和设备的安全。
第八章设计实例
一、工程概况
本项目是新港橡胶厂职工洗浴热水工程。
本项目共4栋宿舍楼，每栋宿舍楼均为6层，其中两栋为每层为13个房间，2栋为每层11个房间。
每个房间内均有热水龙头，每个房间入住员工约6人，则住宿员工人数分别为468人、468人和396人、396人。
现场情况：
Ø楼顶有确定水箱和主机承重位置，楼顶通风情况良好。
Ø热源设备计划采用绿色节能的空气源热泵热水机组。
Ø每栋楼顶已经有冷水箱，需要增加2吨和8吨的保温水箱各两套。
Ø每人洗浴水量按40L/天，则每天总洗浴量为468×40L=18720L=18.7吨，396×40L=15840L=15.84吨
Ø则实际每栋楼按20吨设计，将系统分为两个单元设计。
每个单元10吨。
即整个洗浴系统分为8套10吨系统，共计水量为80吨。
二、设计说明
1、建设单位提供的关于本工程的有关资料和设计要求。
2、国家现行的设计规范、规程。
（1）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
（2）《室外给水设计规范》GBJ13-86（1997年版）
（3）《二次供水设施卫生规范》GB17051-199
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