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热泵专用空调末端设备

    由于传统空调系统末端设备的限制,使得热泵系统在夏季需提升33℃的能量品位梯度,在冬季需提升55℃的能量品位梯度。
    从理论上,采用适合热泵系统的末端设备,能够极大地改善热泵系统的效率。

    夏季,在保证传统空调系统品质的条件下,热泵系统供应11℃的介质水,热泵的做功范围从6℃到35℃,总计提升29℃的能量品位梯度,较传统空调系统降低了4℃的能量品位梯度,热泵系统效率提高了12%;

    同样,在冬季,供应不超过40℃的热水,热泵的做功范围从0℃到45℃,总计提升45℃的能量品位梯度,较传统空调系统降低了10℃的能量品位梯度,热泵系统效率提高了25%~30%。如达到上述的效果,就必须改变现有的空调末端系统。

    维源热泵专用空调末端系统,风机盘管供水采用非传统的方式,并结合家用空调换热器技术,可以达到上述的效果,如下图:

    夏季,热泵系统专用风机盘管的出风温度可以低于冷冻水的回水温度,因此,在保证与传统的末端设备相同的空气参数下,冷冻水的供回水温度被设定在了11℃~16℃。冷冻水供回水平均温度为13.5℃,风机盘管出风干球温度在15℃左右,较冷冻水供回水平均温度高1℃~1.5℃,出风湿球温度在14℃左右。

    冬季,热泵系统专用风机盘管的出风温度也可不低于介质水的回水温度,因此,冬季介质水的供水温度可设定在了40℃~37℃之间,考虑5℃的传输温差,回水温度应在35℃~32℃之间。

    热水供回水平均温度为37.5℃~34.5℃,风机盘管出风温度为37℃~35℃,较热水供回水平均温度基本持平。

    采用这样的热泵空调系统专用末端设备,使得热泵系统的效率得到大大提升,夏季水源热泵设备的cop值可达到6,冬季水源热泵设备的cop值可达到5,运行费用较传统的空调末端形式会大大降低。
    通常,对于夏季的运行,会有约12%运行费用的降低;对于冬季的运行,会有约25%~30%运行费用的降低。
    另外,由于热泵夏季供水温度的提高和冬季供水温度的降低,使得同样型号的热泵机组制冷量可以提高约15%,制热量可提高约6%,因而热泵设备的初投资可相应降低。
    尤其是对于在初夏和末夏的阶段(每年5月初到6月上旬、8月下旬到9月末),由于负荷较小,且环境湿度不大,因此可以完全采用地下水或土壤源侧的循环水来供应建筑负荷。这时,当采用地下水作为冷源,供应16~18℃冷冻水时,热泵系统专用风机盘管的出风温度不高于20℃,其制冷量为供应11℃冷冻水时冷量的55~60%,可满足60%设计日负荷以下的非除湿类工况,冷热源侧的能耗仅为常规热泵系统能耗的20%,节能效果更为优秀。
    对于干燥地区,使得采用天然冷源进行制冷成为了可能。(传统风机盘管在使用地下水作为冷源,供应16℃冷冻水时,当出风温度不高于20℃,其制冷量仅为供应7℃冷冻水时冷量的20%~30%,只能满足30%设计日负荷以下的非除湿类工况。)

特别应用:
    对于蓄能式热泵系统,由于提高了蓄能系统的热容范围,夏季由8℃温差的热容含量提高到了11℃温差的热容含量,因此在同等的蓄能容量下,蓄能体积可以减少27%;冬季由8℃温差的热容含量提高到了12℃温差的热容含量,因此在同等的蓄能容量下,蓄能体积可以减少33%。
    对于采用热泵专用末端的蓄能式水源热泵系统,初投资与常规水源热泵基本持平,其运行费用却可以大大降低。

经济性分析:
以一个10000m2的办公大楼为例,以采用热泵专用末端设备与传统末端设备做对比,选取北京、沈阳两个典型地区:
初投资比较:

传统末端系统 热泵专用末端系统
项目 技术参数 投资(万元) 技术参数 投资(万元)
水源热泵设备

制冷量:1000KW
制热量:1200KW

70

制冷量:1000KW
制热量:1050KW

60
机房辅助设备   20   20
机房安装   25   25
末端设备及安装   100   130
合计   215   235

运行费用比较:

(万元)

传统末端系统 热泵专用末端末端 传统末端系统 热泵专用末端系统
地区 北京 北京 沈阳 沈阳
夏季 15 10 8 5
冬季 20 15 18 14
合计 35 25 26 19
年节约运行费用 10 7
投资增加部分回收年限 2年 2.9年

注:
1、北京夏季运行以120天计,冬季运行以120天计;电费以¥0.75元/kwh计算;夏季考虑40天的天然冷源使用期。
2、沈阳夏季运行以90天计,冬季运行以150天计。电费以¥0.5元/kwh计算;夏季考虑40天的天然冷源使用期。

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