热泵热水144
YAN JIU
Jiu dian kong qi yuan re beng zhi jie jia re sheng huo re shui fang an fen xi
顾婧
空气源热泵直接加热系统分为闭式和开式两种。结合项目情况，本文对这两种方案进行了技术和经济比较，为酒店项目决策提供参考。同时为开式系统提供了优化建议和控制逻辑，旨在为本项目设计一个安全、可靠、节能、维护便利的生活热水系统。 一、项目概况
某度假型酒店地处福建省福州市，建筑高度 49.9m，总建筑面积约32082㎡，地上十二层，地下二层。
地下二层至至四层为车库、机房和公共服务区。五层至十二层为酒店客房区，共有185间客房。
本酒店设全日制集中生活热水系统。由于当地原水硬度小于30ppm，原水无需软化可直接用于生活热水系统。福州属于夏热冬暖地区。年平均气温为 20~25℃，最冷月平均气温达6~10℃，非常适宜使用空气源热泵。同时，为保证冬季出水水温，本项目还配有锅炉热水作为生活热水辅助热源。锅炉供回水温度为 70/50℃。
为保证供水可靠性，酒店内主要功能区域的供水均采生活水箱联合变频泵加压供水的形式。生活给水给水系统共分为3个区：公共区（B2F ～4F）；客房低区（5F ～8F）；客房高区（9F ～12F）。热水系统分区与给水分区相同。
二、两种空气源热泵方案技术对比1.设计模式分析
空气源热泵的标准工况一般在环境温度15/20℃下，冷水进水温度15℃，热水出水温度55℃测得。不同品牌标准工况COP 约在3.9～4.5不等。目前，生产空气源热泵热水机组的品牌较多，但部分设备最高出水水温只能达到58℃。而其他热泵虽然在标准工况时最高出水水温可达到60℃，但此时的COP 较标准工况已有所降低。
福州春夏季平均气温均高于10℃，所以在此期间应尽可能充分利用热泵，无需启用辅助热源。根据上
述分析，春夏模式时，选择58℃作为热泵设计和系统的设计水温，既可保证相对高效的COP，也可令后期招标采购不限于
某些品牌。同时，设计时须考虑灭菌消毒措施，定期为系统引入高温水升温。
福州冬季平均气温为6~10℃，该环境温度下不同品牌平均温升40℃的COP 约3.0上下。故选择50℃作为冬季热泵设计水温，尽可能在相对高效段充分利用热泵，热泵不足的供热量将由辅助热源提供，由锅炉热水将系统水温进一步提升至60℃。此时热泵侧的水温为50℃，易滋生军团菌，同样须定期为系统引入高温水升温。
2.空气源热泵直接加热开式系统（方案一）
图1 空气源热泵直接加热开式系统示意图
如图1所示，各分区共用空气源热泵、开式热水箱、板式换热器和循环泵。水箱内分为两格，靠热泵侧为预热段G1，靠板式换热器侧为储热段G2。冷水补水由公区变频泵提供，冷水在G1内经过热泵加热后进入G2。除冬
图2 空气源热泵直接加热闭式系统示意图
YAN JIU
图3 空气源热泵开式系统优化示意图
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YAN JIU
七、开式系统控制方案
如图3所示，温度传感器T1设置于热泵出水总管上。温度传感器T2和T3分别设置在G1和G2侧壁靠近底部1/3处。各分区回水干管上设电动三通阀V1、温度传感器T4和电动阀V3。板式换热器二次侧出水总管上设电动三通阀V2。各分区变频泵出水干管上设电接点压力表p1。其他附件设置详见图3。系统控制方案如下：
（1）模式一采用空气源热泵独立运行，不使用锅炉，用于夏季和过渡季提供生活热水。当模式一运行时，须实现以下控制逻辑：
电动三通阀V1切换到A-B 段运行，电动三通阀V2和循环泵P2关闭。
阀门V4，V5，V8，V10常开，阀门 V6，V7，V9，V11常闭。
当T2≤53°c（温度可调）时，循环泵P1开启，然后空气源热泵开启；当T2≥58°c（温度可调）时，空气源热泵关闭，然后循环泵P1关闭。
当T4≤45°c （温度可调）或T3≤53°c （温度可调）时，电动阀V3开启；当T4≥50°c（温度可调），电动阀V3关闭。
变频泵P3通过电接点压力表p1控制系统变频，使系统压力稳定在设计值。
（2）模式二采用空气源热泵和锅炉联合运行，用于冬季提供生活热水。当模式二运行时，须实现以下控制逻辑：
电动三通阀V1切换到A-C 段运行，电动三通阀V2切换到D-F 段运行。
阀门V4，V5，V6，V8，V10常开，阀门 V7，V9，V11常闭。
当T2≤45°c 时，循环泵P1开启，然后空气源热泵开启；当T2≥50°c （温度可调）或T1-T2≤2°c （温度可调）时，空气源热泵关闭，然后循环泵P1关闭。
当T4≤50°c（温度可调），电动阀V3开启；当T4≥55°c（温度可调），电动阀V3关闭。
当T3≤55°c（温度可调）时，循环泵P2开启；
当T3≥60°c（温度可调）时，循环泵P2关闭。
变频泵P3通过电接点压力表p1控制系统变频，使系统压力稳定在设计值。
（3）模式三用于系统升温杀菌。当模式三运行时，须实现以下控制逻辑：
电动三通阀V1和电动阀V3关闭，阀门V4，V5，V8，V9，V10，V11关闭。
循环泵P1和变频泵P3关闭，循环泵P2开启。电动三通阀V2可由物业人员自行选择切换路线。阀门V6/V7可由物业人员自行选择任一开启，任一关闭。
（4）当需要清洗或检修某格水箱时，可由物业人员自行选择阀门V6/V7，V8/V9，V10/V11的任一开启任一关闭，自行设置三通阀V1和V2的运行路线以及循环泵P1/P2及其他相关阀门的开闭。
八、结语
（1）空气源热泵直接加热系统分为闭式和开式两种。闭式系统水压稳定性更好，而开式系统在节省机房面积和初投资方面更有优势。当采用开式系统时，需要解决冷热不同源的问题，因地制宜地进行优化，使之更为安全可靠。
（2）本项目采用的主要优化措施有：热水变频泵扬程选择应与同区给水泵协调，同时设置恒温措施解决冷热不同源的问题；当热泵高于热泵水箱时，热泵供回水横干管上须增加倒U 型段并高于热泵高度，确保热泵供回水段满水状态，同时优化循环泵和热泵的启闭顺序，避免热泵空转，延长设备使用寿命；为防止热水机房结露，增加机房换气次数，水箱通气管接至裙楼屋面；水箱分格后，两格之间设溢流堰；供水侧根据管网水量设计并配置气压罐，充分考虑管网冗余，平衡管网水压和水量波动。
（3）本项目根据气候条件和卫生防疫需求，为热水系统配置了3种模式下的控制逻辑，并提供了水箱分格切换检修和清洗的可能，给后期运营维护带来了便利。
（作者单位：思迈建筑咨询（上海）有限公司）
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