低环境温度空气源热泵(冷水)机组

热力系统成本增加不到3%。
一、低温热泵技术与 产品
同方“S‖型低温机组系统原理图
环境温度：-12℃，COP≥2.45 应用范围：- 25℃以上地区
一、低温热泵技术与 产品
同方“L‖型低温机组系统原理图
环境温度：-12℃，COP≥2.40 应用范围：- 25℃以上地区
一、低温热泵技术与产品
以地板采暖为应用末端确定热泵额定供回水温度
• 考虑因素：舒适性，经济性 • 影响因素：室内负荷，辐射地板具体形式
计算参考文献
• 北京市地方标准《地面辐射供暖技术规程》（JGJ142-2004 ）
• 李元哲等. 在寒冷地区稳步推广中的空气源热泵地板空调采暖. 供热制冷, 2003(2):30～34.
0 -2 -4 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10%
寒冷地区室外计算温度统计
供暖期不保证小时数比例
室外设计温度（℃）
-6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 北京 天津 石家庄 西安 郑州 济南 太原 兰州
根据E+：CSWD气象数据绘制
各城市气象数据的来源为DeST能耗分析典型年的气象数据
干球温度（℃） 湿球温度（℃）
数据点
以北京市气象数据为例，根据DeST气象数据绘制
二、低温热泵国标有关问题
名义制热工况室外环境空气湿球温度的确定：
由以上统计可以看出，多数北方主要城市在冬 季供暖室外额定温度在取为-12℃的情况下，由统计 数据、标准惯例以及安全性考虑上，将额定湿球温 度可取为-13.5℃。这时空气的相对湿度为47.65%， 露点温度为-19.95℃。
二、低温热泵国标有关问题
名义制热工况室外环境空气干球温度的确定：
根据以上对寒冷地区主要城市的干球温度数据统 计结果，综合低温热泵在大部分寒冷地区城市使用安 全性与经济性考虑，确定低温热泵的额定制热工况室 外干球温度为-12℃。
二、低温热泵国标有关问题
湿球温度：
-10.00 -10.50 -11.00 -11.50
一、低温热泵技术与产品
3、低温空气源热泵存在的技术难题
低温高效或者冷、热双高效问题
霜冰控制问题
可靠运行问题
一、低温热泵技术与产品
4、以同方为代表的中国特色技术路线
奢华的高技术在中国的民用市场是卖不出来钱的，只 有低成本的高技术才能通行中国，这就是当前的中国 特色。 同方从93年开始，经过15年专注的创新研发，在现有 压机技术水平基础之上，积累了具有中国特色并拥有 完全自主知识产权的空气源热泵，尤其是低温空气源 热泵系统高效、可靠与低成本制造系列关键技术。
3负荷估算与主机系统设计选配方案l型低温空气源热泵参数表综合参数项目冬季供热夏季供冷计算月份1112室外计算干球温度801091408855282326270负荷比例577810063398710083单模块主机出力kw423853541455956595单模块主机耗电kw162160157161164184186183负荷估算表序号建筑名称面积冷热负荷指标w冷热负荷kw职工宿舍车库109180875055宿舍办公锅炉房72880588058体育馆游泳馆29209026360175餐厅1630130212100163乙1客房楼97880784039乙2客房楼92080744037乙3客房楼1332801064053乙4客房楼26258021040105接待厅16001302088012810文体中心2915802338023311办公室50580406030合计17244911569621076主机系统设计选配方案序号建筑名称面积冷热负荷kw选配台数电气配电功率kw选型方案说明职工宿舍车库1091871642设独立系统k1建议2台5516宿舍办公锅炉房728581045设独立系统k2建议1台25kw电辅5817体育馆游泳馆292026347100设独立系统k3建议5台17550餐厅163021238107设独立系统k4建议4台25kw电辅16347乙1客房楼978781442设独立系统k5建议2台3911乙2客房楼920741342设独立系统k6建议2台3711乙3客房楼13321061942设独立系统k7建议2台5315乙4客房楼262521038142乙4与接待厅合并系统设独立系统k8建议7台10530接待厅1600208371283710文体中心291523342180文体中心与办公室合并设独立系统k9建议5台80kw电辅2336711办公室50540073009合计17244156971810764末端建议方案最佳方案
对于普通空气源热泵，其技术路线：变频、多联、高 效，07年度日本热泵展上，三菱公司推出一款高能效 机组，其EER达到4.3，热力完善度高达70%。
一、低温热泵技术与产品
对于低温空气源热泵，其技术路线：双级压机与高效， 07年度日本热泵展上，大金公司推出一款-20℃工况下， COP高达2.5的新产品。
• 综合以上文献中的方法，作适当改进
二、低温热泵国标有关问题
计算方法
•
• • • •
确定室温和单位面积地板散热量，以此计算地板表 面温度； 根据地板结构和材料，计算地板的总热阻； 根据管道铺设方式（埋管管径、壁厚、导热系数、 管间距），计算管道与地板之间的传热热阻； 计算供回水平均温度； 根据供回水温差，确定供回水温度；
• 补气增焓技术
• 四区四维霜控技术 • 过冷抑冰增效技术
• 热力系统优化匹配设计技术
一、低温热泵技术与产品
2、中国发展低温空气源热泵的基本要求
环保——―代煤供暖”，以供暖为主要目的，制冷为 辅。 节能——在低温条件下，其制热COP应有起码要求。 低成本——中国属于发展中国家，消费水平有限，导 致COP合理设计取值范围，暂时不能走日本路线。 可靠——供暖为“国计民生”大事，供冷却不是。
一、低温热泵技术与产品
补气增焓技术（中国、美能随环温下降而 快速下降的特性。
提高可靠性，拓展压机压比应用范围。 在高温制冷工况下，同样能提高制冷量及EER值，同 时也能提高该工况下的可靠性。 热力系统成本增加不超过10%。
一、低温热泵技术与产品
温度（℃）
额定外温-12℃的空气状态参数
-12.00 -12.50 -13.00 -13.50 -14.00 -14.50 -15.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
不设专门的新风管，新风由门窗渗透入室内
二、低温热泵国标有关问题
计算结果：
根据上述计算方法，以本文所选取的典型房间为例， 冬季环境温度-12 ℃ ，相对湿度45%的情况下，供水温 度40.8℃时，可实现送风温度33.9 ℃，即可满足室内21.5 ℃的要求。
结论：
无论采用地板辐射供暖方式，实施采用风机盘管送风 方式，供回水温度38/41 ℃，均可以满足空调设计要求。
低环境温度空气源热泵（冷水）机组 技术、产品、标准、应用
谢 峤
同方人工环境有限公司
2008年4月9日
目 录
一、低温热泵技术与产品 二、标准涉及的主要问题
三、应用典型案例
一、低温热泵技术与产品
1、相关背景
日本空气源热泵发展现状与水平
日本是当今世界上特别注重发展空气源热泵技术与产 品的国家，应用之广泛，技术水平均属世界领先。
93年开始研发第一代“V‖型模块式热泵（普通型） 【有与无】 95年完成第二代“V‖型模块式热泵【可靠性与能 效】 98年开始研发第一代“U‖型模块式热泵（中低温 型）【有与无】 99年推出了户式空气源热泵产品
一、低温热泵技术与产品
2000年完成第二代“U‖型模块式热泵【可靠性与能效】 2002年开始研发第一代“S‖型低温空气源热泵【有与无】 2004年完成第二代“S‖型低温空气源热泵【可靠性】 2006年完成第三代“S‖型低温空气源热泵【能效】 2006年开始研发第一代“L‖型低温空气源热泵与户式低 温空气源热泵【有与无】 2008年计划完成第二代“L‖型与户式低温空气源热泵 【可靠性与能效】
二、低温热泵国标有关问题
1、为什么要起草编制该国家标准？
“代煤供暖”是党和政府建设环境友好型国家的重大举措之一， 低温空气源热泵将成为首选方案。
制冷行业内众多企业已开始研发推广应用该类产品。
众多用户证明其实际运行情况良好（节能、环保、效果、费 用），市场需求剧增。
现行标准（GB/T 18430.1/2）完全不适应该类产品。（制冷为主， 7 ℃制热名义工况，-7 ℃可靠性考核工况 ）
空气源热泵产品工程华应用不乏其例：
空气+冷却塔+水源热泵主机的综合工程系统 大型螺杆式分体空气源热泵
家用CO2热泵热水器年销售量已超过420万台，系统综合 能效比≥3.0。
一、低温热泵技术与产品
同方空气源热泵发展历程
产品研发
同方专注于空气源热泵产品研发生产与推广应用 已有十五年历史，在业界已具有相当的影响，国 内市场占有多年名列前茅。
标准建设
98年编制《―U‖型热泵机组》企业标准。
2002年编制《低温空气源热泵机组》企业标准。
2006年申请主持编制《低温空气源热泵（冷水）机 组》国家标准。
一、低温热泵技术与产品
技术积累
空气源热泵相关专利共计23项，其中发明专利6项， 美国发明专利1项。 形成了具有中国特色自主知识产权的“四项关键技 术”
一、低温热泵技术与产品
实验条件建设
94年建设一套简易的空气源热泵实验装置。
99年建设（600万）一套60kW以下，通过第三方认 证的空气源热泵实验检测室。
2003年建设（1200万）一套500kW，通过第三方认 证的专用于低温空气源热泵产品实验研究与检测实 验中心。
一、低温热泵技术与产品
5、同方低温空气源热泵推广应用情况
从94年起，截止到07年底，同方各类空气源热泵的市 场保有量已超过8万台，服务的建筑面积4000万m2应 用时间最长已超过14年。 其中低温空气源热泵的市场保有量已超过2000台，服 务面积400万m2，应用时间最长的超过5年。
在寒冷地区冬季平均运行费用不超过25元/m2，与当 前燃气供暖费用相当，与燃煤锅炉比，其平均节能率 达到30%。
无论是从落实党和政府大政方针，规范行业行为，引领行业技 术进步，还是确保用户供暖安全、可靠与实惠，均需要一项该 类产品的国家标准。
二、低温热泵国标有关问题
2、该标准编制的指导思想是什么？【六项原则】
充分考虑中国国情与中国气候环境。【低成本可实现性】 认真落实党和政府的节能政策。【确保能效水平】 以制热为主导，辅助考核制冷。【国计民生大计】 引领行业技术进步，同时兼顾行业发展水平。【综合平衡与和谐发 展】 充分尊重暖通设计工程规范，方便暖通设计工程师设计选型。【客 户是上帝】 产品可靠性确保。【用户供暖的安全性】
二、低温热泵国标有关问题
地板采暖型式所需供回水温度条件：
• 根据工程实际情况，冬夏季热泵的供水泵不变，因此 认为其流量恒定。 • 根据典型房间计算结果：
– 按照夏季7～12℃供回水温度设计
– 冬季的供回水温差减小为3℃
计算结果： 确定地板采暖供回水平均温度为39.5℃。
地板采暖供 / 回水温度为 41℃ / 38℃。
二、低温热泵国标有关问题
风机盘管末端供回水温度研究：
研究目的
• 验证地板采暖的41℃供水温度能否满足风机盘管末端冬季 的供暖需要
研究方法
• 选取典型房间，计算冬夏负荷和相关空调参数 • 按夏季设计工况进行风机盘管选型 • 验证冬季风机盘管的供暖能力（K值）是否满足冬季供暖 需要
二、低温热泵国标有关问题
结论：
名义工况干/湿球温度取为-12 ℃/ -13.5℃
二、低温热泵国标有关问题
（2）名义制热工况——用户侧供回水温度条件：
制热供回水温度主要根据压缩机工作范围、供暖方 式确定。 供暖方式考虑地板采暖和风机盘管供暖两种型式。
二、低温热泵国标有关问题
采取地板采暖供热方式时，热泵供回水温度取值：
二、低温热泵国标有关问题
3、标准讨论稿中主要参数是如何确定的？
（1）名义制热工况——室外环境条件： 考察寒冷地区典型城市的标准年气象参数分布， 研究温度分布小时数分布，找出不保证率为5%的最 低干球温度及对应的湿球温度 。
二、低温热泵国标有关问题
我国热工分区：
二、低温热泵国标有关问题
干球温度：
四区四维霜控技术（自主独有技术）
全天候条件下准确判霜（冰）情况。
及时、准确进入与退出除霜运行，除霜耗时（耗能） 比传统方式节省近50%，对IPLV（H）提升3%以上。 误判与误操作率为零。 这是世界目前能见到的较完善与先进的霜控技术，得 到业内人士与用户的首肯。
一、低温热泵技术与产品
过冷抑冰增效技术（中国发明专利）
一、低温热泵技术与产品
6、中国低温空气源热泵发展方向
在严寒地区发展COP＞2.0以上低成本超低温空气源 热泵有巨大的环保价值。
配合中国江氏理论推广实践应用，高温冷水与低温热 水空气源热泵即将迎来曙光。 低成本的高效换热技术仍是业界热切期待的。
环保高效新工质已是热门课题。
针对性开发适应于大压比高效压机，已是市场多年的 呼唤。
典型房间选择：
北京某写字楼中间层一北向房间
• 北向不利冬季采暖
房间参数
• 南北长5m，东西宽4m，层高3.3m • 除北外墙，其余五面与外界无传热 • 北墙传热系数0.8W/m2· K，窗体传热系数2.5W/m2· K，窗墙比 50% • 室内2人办公，2台计算机，1部饮水机， • 照明功率密度11W/m2，新风量20m3/人· h
完全解决风换底部结冰问题。
增加了热力循环过冷度，提升COP值2%以上。
热力系统成本增加不到2%。
一、低温热泵技术与产品
热力系统优化匹配设计技术（自主独有技术与 专利技术）
制热制冷均衡双高效。 多元综合精准节流，降低无效过热度，提升COP值 3%以上。 综合油控措施，确保压机富油运行，提升机组可靠性。