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摘要： 长期以来空气源热泵空调系统，主要应用于长江流域及其以南地区。本文主要介绍低温空气源热泵系统在北方地区的应用案例，并对系统设计的注意事项进行了阐述，对系统初投资和运行费用进行了分析。实际运行证明，低温空气源热泵空调系统在北方制热是可行的，并且运行费用很低。
关键字：低温空气源 空气源热泵 节能

1 工程简介

　　秦皇岛市百信图书广场位于秦皇岛市开发区，目前是秦皇岛市最大的综合类图书市场。本建筑长49.2m，宽35.1m，总建筑面积6900m²；建筑共计4层，总高度为15.9m。一层、二层、三层是图书市场，四层为办公室。本建筑自2001年6月开始施工，2002年10月完工，2002年11月空调开始调试运行。

2 空调计算设计参数

2.1 室外空调计算参数，见表1。

表1 室外空调计算参数

季节	室外计算干球温度(℃）	室外计算湿球温度(℃）	室外计算相对湿度(%)	室外风速(m/s)	大气 压力(hPa)
夏季	32.7	26.2		2.3	1002.2
冬季	-12		52	2.6	1023.4

2.2 室内空调设计参数，见表2。

表2 室内空调设计参数

房间 名称	夏季		冬季		噪声(dBA)	新风量 (m3/h·p)
	温度(℃)	相对湿度(%)	温度(℃)	相对湿度(%)
图书室	24-27	≤60	8-20	≥40	≤45	12
阅览室	24-27	≤60	8-20	≥40	≤40	12
办公室	24-27	≤55	8-20	≥40	≤50	30
会议室	24-27	≤60	8-20	≥40	≤45	30

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3 冷热源选择

3.1 冷热源选择依据

　　秦皇岛市是全国闻名的度假旅游城市，市政府对环境污染问题特别重视，尤其是冬季供暖产生的污染问题。秦皇岛市供暖期较长，约为5个月。供暖资源也很丰富：煤、油、城市集中煤气、电和城市集中供热，由于本项目在开发区，没有城市集中供热，燃煤也被禁止使用，可利用的资源仅为油、城市集中煤气和电。秦皇岛市没有电增容，城市煤气有市政费用。同时在与开发商接触过程中，开发商提出以下几点要求：

　　①安全、环保、没有污染；②运行费用低；③系统运行可靠；④维护方便。

3.2 冷热源初投资比较

　　根据开发商提出的要求，提供以下比较方案：方案1，空气源热泵空调系统；方案2，螺杆冷水机组+电锅炉；方案3，螺杆冷水机组+煤气锅炉；方案4，螺杆冷水机组+油锅炉。各种方案初投资，见表3。

表3 各种方案初投资

项目	方案1	方案2	方案3	方案4	备注
制冷量（kW）	816	820	820	820
制热量（kW）	840	660	660	660
制冷机房（万元）	108	51	51	51
制热机房（万元）	0	28	26	24
电气（万元）	18	23	23	23	含控制
机房土建费(万元)	0	30	30	30
合计（万元）	126	132	130	128

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3.3 运行费用分析比较

　　夏季，各种方案的系统制冷系数接近，又由于秦皇岛市夏季制冷期较短，这里不做比较，仅对冬季供热时的运行费用进行分析比较，结果见表4。

表4 各种方案冬季运行费用分析比较

方案	方案1	方案2	方案3	方案3
单位发热值	3600Kj/kW·h	3600Kj/kW·h	11200Kj/m3	40000Kj/kg(l)
机组热效率	2.5: 1	0.95	0.8	0.8
产生1kW热量 需要资源量	0.4 kW·h	1.05 kW·h	0.39 m3	0.14 kg(l)
单位资源费用	0.5元/ kW·h	0.5元/ kW·h	0.7元/ m3	3.2元/ kg(l)
产生1Kw热量 需要的费用	0.20元	0.52元	0.28元	0.45元

3.4 结果分析

　　通过以上分析可以看出，空气源热泵空调系统不仅初投资较低，其冬季运行费用也优于其他三种方案，所以，本工程选用低温空气源热泵机组作为空调系统冷热源。

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4 机房设计

4.1 空气源热泵机组选型

1 低温空气源热泵空调机组 2 冷热水循环水泵 3 电加热器 4 电子水处理器 5 膨胀水箱 6 电器及控制装置　　　　根据空调负荷，选用清华同方低温空气源热泵机组FS-U-R-360型2台。单台制冷量408 kW，供回水温度7-12℃，输入功率122.4 Kw；单台制热量420 kW，供回水温度45-40℃，输入功率122.4 Kw。低温空气源热泵机组设置在四层屋顶，冷热循环水泵、电加热器和电气控制设置在水泵房内。设备布置图见图1。

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4.2 空气源热泵水系统设计

　　本系统主力管采用异程式，每层均采用同程式，两台主机为并联方式。系统原理图见图2。

4.3 其他设备选型

　　① 冷热循环水泵：KQL100/160-15/2，两用一备，流量100m³/h，扬程32mH₂o，功率15 kW；

　　② 电子水处理器：SHN-8,一台，流量120m³/h-220m³/h，功率12W；

　　③ 辅助电加热器：DR-90，两台，功率90kW；DR-60，一台，功率60 Kw。

5 末端系统设计

　　末端系统采用风机盘管+新风系统，本建筑的营业厅四周为落地玻璃窗，建筑的进深也较大，这样会导致空调负荷较大，且集中在建筑的周围。在施工图设计时，营业厅采用了内外分区的方式。在负荷较大的外区，采用风机盘管+新风方式；在负荷较小的内区，采用吊顶式空调机组方式。四层办公区采用风机盘管+新风系统。

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6 自动控制

6.1 每台低温空气源热泵空调主机的冷热水进水管上分别设有1个水流开关，水流开关与主机连锁。当进水量低于主机要求的最低水量时，主机将自动关闭。

6.2 水泵与主机连锁控制，系统启动时，水泵先开启，主机后开启；系统关闭时，主机先关闭，水泵最后关闭。

6.3 新风机与电动风阀连锁，新风机关闭时，电动风阀关闭，以防止新风机表冷段冻裂。

6.4 电加热器启停控制。电加热器采用分级启停，根据不同水温度，启停相应的电功率。

6.5 主机冬季防冻措施。主机具有两级冬季防冻保护措施：当室外温度低于5℃时，启动水泵；当循环水温度低于15℃时，热泵机组开始制热。

7 实际运行情况

　　本工程自投入运行以来，已经经历了一个制冷季和两个采暖季。百信图书广场每天营业10个小时，一周工作7天，在实际运行过程中，业主每天均对系统进行较为详细的数据记录，从记录的数据分析可以看出，每年11月和次年的2、3月的运行费用较低，为3元/m²左右；每年12月和次年的1月的运行费用较高，为5元/m²左右；全年平均为4元/m²左右。由此可见，低温空气源热泵空调系统是比较节能的空调系统。

8 设计得失分析

　　由于低温空气源热泵空调系统首次应用于北方，使得辅助电加热器的选择容量偏大。在实际运行中发现，只有60 kW的电加热器在气温较低时运转，一台90kW的电加热器只有在早晨系统启动时运转30分钟左右，而另一台整个冬季几乎不运转。电加热器的选型偏大，也增加了配电方面的投资。

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9 结束语

9.1 低温空气源热泵空调系统是一种节能型空调系统，该系统不仅运行费用低廉，符合绿色环保的要求。

9.2 低温空气源热泵空调系统设计简单，维护方便，且扩大了建筑有效使用面积。

9.3 低温空气源热泵空调系统适合在华北地区、黄河中下游流域和西北的部分地区使用，是值得推广的空调系统。

参考文献：

　　1 电子工业部第十设计研究院.空气调节设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1995
　　2 顾兴蓥.民用建筑暖通空调设计技术手册.北京: 中国建筑工业出版社,1996
　　3 马最良，杨自强，姚杨等. 空气源热泵冷热水机组在寒冷地区应用的分析. 暖通空调，2001，3
　　4 姜益强，姚杨，马最良. 空气源热泵供热最佳经济平衡点的探讨.暖通空调，2001，3