热水循环系统的原理及制作过程

气源热泵热水器的基本知识

---厦门市大赫热水设备有限公司总工 李英华

随着我国经济的飞速发展，能源紧缺以及环境保护问题日益突出，特别近年来，现代人们的生活都在追求高品位，但是没有热水的生活不是高品位的生活，现代家庭、宾馆、学校、工厂、休闲场所都在安装热水设备。选定怎样的热水设备？如何获取热水？如采用高品位能源（如电、煤气、柴油等）、直接加热的传统方式获取热水，这样不但会给你带来安全、消费、环保的烦恼，而且也不符合建设节约型社会的要求。尽可能多的利用天然能源（如太阳能、空气能等）这些取之不尽、免费能源，方便快捷的获取热能制取热水，这样既节约能源又保护了环境。

太阳能和空气能是分散的能源，如何把它们尽可能多地集中起来合理利用。太阳能是依靠太阳真空集热管来收集热能，它把太阳光转化为热能而被利用。空气能的收集则是利用载热体—冷媒这种特殊物质来吸收空气中的热能搬运到水中而被利用。

由于太阳能是分散能源，根据用户热水用量设计足够的集热面积才能达到节能的目的；空气能同样是分散能源，它要求能效比COP值越大越节能。

这里主要对空气源热泵的基本知识，原理、核心技术、特点等作简单介绍，有不当之处请各位专家批评指正。

一、泵与热泵的工作原理

1、泵的概念：所谓泵是一种把分散物质集中并提高其位能的装置。“热”不是物质，而是能，“热”的集中和提高位能必须通过载体来实现，载体就是冷媒。热泵就是利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温分散的热源高效吸收低品位热能并传输给高温热源，达到“泵热”的目的。

2、热泵的概念：热泵目前应用最普遍的是蒸汽压缩式热泵。这种热泵系统的工作原理：冷媒在蒸发器内吸热后蒸发，蒸发成过热蒸汽进入压缩机，在压缩机中经绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压液体，液态冷媒经节流为低温低压液体，再进入蒸发器定压吸热，依次往复循环。热泵热水器就是把空气中热能搬运到水中将水加热。

热泵技术是一种提高能量品位的技术，它不是能量转换的过程，所以不受能量转换效率极限100％的制约，而是遵守逆卡诺原理。其搬运的能量与驱动热泵的电能之比称为制热性能系数又称为能效比（用COP来表示）。能效比COP值越大越节能。

二、空气源热泵的核心技术问题

空气源热泵热水设备的核心技术问题是能效比COP值，考察选定空气源热泵热水设备的重要指标也应是COP值的大小，COP值越大越节能。

1、怎样才能得到高的能效比COP值：

1）在热泵整个系统中起关键作用的是载热体冷媒，（它好像汽车拉货。拉的要多；跑的快；装卸要快；又省油）这就要求载热体冷媒除具有制冷剂的性质外，还应具有①单位吸热量要大、吸放热要快而多；②蒸发温度（冷媒的两态：液态和气态转换温度点）要低（-10ºC时仍能吸热）；③在能产生65℃热水的同时又要求冷媒的临界压力要低，低于普通热泵系统保护压力2.6MPa，（压缩机保护压力2.8MPa）。否则压力太高对压缩机不利或使压缩机进入高压保护而不能制高温热水，甚至压缩机长时间在高压下工作而损坏。

2）要求有较大换热面积的蒸发器，与空气接触的表面积越大，在同等条件下能搬运到的热量就越多，能效比COP值就会越高越节能。

3）热泵热水机组中关键部件压缩机，要求压缩机排气量、排冷量、能效比、旋转率等性能指标好，并且要和整个系统及采用的冷媒相匹配，否则冷媒对铜产生腐蚀作用，损坏热泵系统，豪瓦特.大赫采用美国谷轮压缩机，再和高效的冷媒，增加了表面积的蒸发器相匹配，所以其能效比COP值高，能效比COP值可达到4.7

4）冷媒必须是环保型:我们委托上海市环境保护产品质量监督检验总站对冷媒进行检测，检测结果：纯度99.99%；水分0.001%；蒸发残渣0.0012%；消耗臭氧潜能值ODP值小于0.11。

2、和空调的区别：有人说热泵就是空调的反用，这句话对也不对，它们都是应用逆卡诺原理这是对的，不对的是：

1）使用的温度范围不一样；空调的调整温差十几度，热泵的温差30-40度，有时要达到60度，这么大的温差范围就要求两者不同。

2）由于温差大，热量搬运量大，所以选择运输工具就是载热体(冷媒)不同。

3）系统不同：载热体(冷媒)不同, 运输工具不同与之匹配的系统就不同。

三、空气源热泵热水系统的优势

1、热能来源丰富。太阳的能量是巨大的，取之不尽用之不竭，而且有大部分能量是以地流热、辐射热等形式存在于空气中。特别在中国南方地区环境温度高，优势更加明显。

2、运行费用低。空气源热泵热水系统利用很少的电搬运几倍的热量到水中，年节约率可高达70％以上。

3、使用效果好。空气源热泵热水系统采用容积储热方式，特别是集中供热系统采用定温放水、温差循环系统后，运行更可靠、节能效果更明显。

4、环境效益明显。空气源热泵热水系统无论在制作过程还是在使用过程中，都没有任何污染，特别在环境污染日益严重的今天，更为重要。

缺点：由于空气能是分散能源，制热速度慢，热水要储热式。

http://xmecc.smexm.gov.cn/2006-4/2006410161017.htm

医院,热水系统,设计,全循环供水方式,太阳能热水系统前言一般情况下，综合性的医院建筑主要分为医技建筑、门诊建筑、病房建筑等几种型式，而每种型式均具有其自身特点：医技建筑医疗设备集中，防护要求严密；门诊建筑科室种类齐全，科室、人员分散；病房建筑科室、人员集中。在进行医院建筑生活热水系统设计中，应充分考虑到各种医院建筑的特点，结合业主的具体要求，合理选择系统设计方案，以更好地满足医院建筑的使用要求。一、医院生活热水系统的形式医院建筑生活热水系统基本分为两种系统型式：分散型生活热水系统和集中型生活热水系统。分散型生活热水系统指一个生活热水用水点或几个生活热水用水点单独由一个热水供水设备供给，如电热水器、快速水加热器等；集中型生活热水系统指所有生活热水用水点或大部分生活热水用水点均由一套或几套热水供水设备供给，如热水锅炉、热交换器等。分散型生活热水系统具有系统简单、控制方便等优点，也有耗电量高等缺点。二、医院热水系统设计的原则（一）按需设置一般来说，医院的病房卫生间、手术室洗手、产科病房、洗婴室、中心供应室宜设置集中供水热水系统，而门急诊、医技各科室和后勤行政部门由于用水点分散，对热水供应的要求不高，一般可不设置热水供水，局部有需要的部位设置电热水器加热即可。当然对于部分要求较高的医院，也可以热水供应到每一个用水点，但这样相对会造成较大的能耗浪费。（二）采用系统设计形式对于设置集中热水供水的项目，热水机房宜集中设置，但管道要根据使用功能分为不同的系统，便于运行管理维护。大部分医院根据目前的财力，病房楼内的热水供应除有独立卫生间的病房外基本为定时供应；中心供应、手术室洗手、产房热水为全天候供应。所以，设计时，宜将普通病房作为一个系统，中心供应、手术部、妇产科联合作为一个系统，门诊、医技单独成一个系统。通过合理的系统设计形式，甲方可以根据实际需要灵活启闭，达到管理维护方便，节能降耗的目的。（三）热交换器的选择要本着健康的原则根据常规设计，一般医院供水均采用容积式热交换器通过蒸汽换热制取热水。然而现在人们对水质要求愈来愈高，尤其是生活热水中发现军团菌致病的实例，引起人们的高度重视。主要是因为在30℃～45℃水中最容易繁殖军团菌。因此，建筑给排水设计规范明确规定医院建筑不得采用有滞水区的容积式水加热器。因为医院用水对象大部分为老弱病残者，抵抗力较差，容易发生感染，所以笔者建议逐步采用即热式快速热水器替代传统的容积式热交换器，使其热水供应系统水温始终保持在60℃区域进行供水，并且设定管道循环温度在50℃以上。三、医院热水系统的设计要点（一）全循环供水方式介绍热水供应须满足用水点的水温要求。设置循环管网、维持一定的循环流量以补偿配水管网热损失是满足热水系统水温要求的主要措施之一。在一些标准较高的医院建筑中，由于卫生器具布置相对分散、数量多、配水支管长，难以按半循环方式保证大多数配水点的水温，设计中有必要采用全循环供水方式。1、采用横管配回水布置形式（1）立管供回水布置形式的缺点传统热水系统管道设计中常见的是立管供回水的方式，但立管供回水的形式往往存在如下问题：用水点多且分散，配水支管长，立管数量多；诊疗路径及诊室分布的不同，使相邻楼层热水立管难以直接竖向对齐供水，管道转弯多，敷设困难；若上下楼层立管共用，各科室热水单独计量会导致水表太多，增大计量误差，管理麻烦；由于科室大小不同，配回水管路长短不一，难以实现同程式布管，增加了系统调试的工作量。（2）横管配回水布置形式的优势若根据医院建筑平面功能分区，把循环支管服务范围扩大，即:在一定范围的平面区域内设置管道井并布置热水供回水立管，立管仅在需要热水供给的科室接出配水横管，根据各楼层各区域不同科室卫生器具的分布情况，确定配水横管的走向，并逐一配水到用水点。横管配水完成后，再与管道井内的回水立管连接。此外，由于配水横管可依据科室卫生器具分布合理设置，在进人科室的配水横管与完成配水后的回水横管上分别设置水表，计算两水表读数的差值，可方便统计各科室的热水用量。这种布置方式还具有布管灵活、用水点改扩建容易等特点。2、采用多个不同的循环管路系统（1）一般医院都采用定时热水供应系统，仅对特殊科室采用全天供水系统。对定时系统而言，工作方式是上班前约半小时启动循环泵，下班后停泵，上班期间循环泵的启停由泵前回水管温度控制；对全日制系统而言，循环水泵一旦运行，它的启停直接由泵前回水管温度控制，与工作时间无关。若整个热水系统采用一套循环管路，则必将造成定时循环管路系统约16h的热量浪费。所以，从节能角度出发，应将该集中热水系统按供应时间分别设置循环管路。（2）急诊部的用水比较分散，横管较长，若直接与其他科室合用配回水管路，势必造成配回水管路长度差异太大，不能做到同程布管，可能产生短流循环，系统调试困难。所以，设计中把这种较大科室进行合理分割，形成配回水管路长度相近的两个或多个循环回路。总之，对标准高、耗热量大、用水点多且分散的建筑，采用多种循环方式相结合的供水形式，既能保证用户的水温，又节水、节能。（二）太阳能热水系统介绍一般医院的住院部是热水使用率比较高的地方，从节能的角度来讲，在设计过程中，尽最大可能利用屋面面积布置太阳能集热器，最大限度利用太阳能。1、传统太阳能热水系统的缺点传统上，医院的太阳能热水系统均采用单水箱太阳能热水系统和双水箱太阳能热水系统。但以上两种太阳能热水系统在太阳能充裕时，制备的热水能够满足使用要求。而根据《建筑给水排水设计规范》规定，医院不得采用有滞水区的容积式热交换器制备热水。在阴雨天及冬季，无论采用何种辅助热源方式来加热水箱内的水，均很难使水箱各处水温均衡。2、“水箱+半容积式热交换器”太阳能热水系统的优势实践证明，太阳能集热系统和半容积式热交换器联合供应热水的方式可保证随时提供符合规范要求的热水。(1)采用两种补水方式。温控补水：当水箱水温大于60℃，打开电动阀补水，达到设定水位时，停止补水；低水位补水：当水箱水位低于设定水位时，打开电动阀进行补水，达到设定水位时，停止补水。（2）集热循环。采用温差强制循环工作方式，温差强制循环采用2个系统独立循环，在储热水箱与集热器之间进行。（3）水箱防冻加热。在冬季极端低温恶劣天气条件下，为了保证太阳能集热系统防冻循环实施，利用热交换器制备的热水将水箱内的水加热。总之，在诸如医院这类对生活热水品质要求较高的场所，热水的需求量大且供应时段较为集中，在利用太阳能生产热水时，传统的单水箱、双水箱太阳能热水系统难以达到水温均衡、混合无滞水区的要求，应联合换热效率较高的半容积式热交换器，才能达到恒温、恒压供应高品质生活热水的目的。（三）医院热水系统的计量问题通常医院建筑生活热水系统不存在热水计量的问题，一般医院只要求对各科室生活给水进行计量，以作为各科室成本核算的依据。但我们在医院建筑工程设计过程中，也遇到了业主要求对生活热水系统进行计量的案例。生活热水系统热计量目前采取在每个计量区域的生活热水供水管、循环管的起端侧各设置一个热水表，通过测定两个热水表之间的热水流量差值作为本计量区域热水用水量的依据。事实上，也可以通过热计量表测定本计量区域的生活热水热负荷来作为计量依据，但是这种计量方式具体 *** 作起来难度较大。为了实现各计量区域的生活热水系统计量，整个生活热水系统型式必须作出相应调整，常规的上供下回立管同程循环热水系统便不符合实际要求了。通常，建筑物每层设置一个或多个计量区域，这就要求每个计量区域均形成一个热水循环回路。需要强调的是，在整个热水系统设计的过程中，必须尽可能地保证每个热水循环回路为系统同程，以达到各热水用水点的正常使用。结语对于医院建筑来说,由于用水量较大、用水时段相对比较集中，因此在热水供应上必须选择合理的设计方案，可以采用全循环供水方式和太阳能热水系统来保证供水的质量，同时又突出了环保节能的理念。

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