文涛
云南能投艺科工程设计有限公司，云南 昆明 650228
摘要：近年来随着社会的发展和经济水平的提高。由于冷热水混合作用的影响，按现有规范及图集上的方法计算所选的热水热泵制热量及热水罐容量无法满足设计小时耗热量持续时间内的生活热水需求。可通过增加热水罐容积、增大热泵制热量、冷水预热等方法来提高热泵热水系统的供生活热水能力。
关键词：热泵热水系统；设计选型；探讨；优化
引言
空气源热泵是应用热力学第一定律，通过对工质做功实现热量从冷源向热源传输的供热系统，其应用具有安全、高效、节能、适用范围广等特点。传统的空气源热泵机组主要是采用本地监控方式，这种系统监控技术比较落后，没有完整的历史数据存储和分析功能。运用大数据、物联网及移动通讯技术，开发一套分布式机组运行实时数据监控系统，既可对空气源热泵机组的运行、故障、节能等进行实时监测，又可对采集的数据进行存储、分析，形成自动控制、故障提醒、节能建议、便捷维护等指令，实现热泵机组的运行管理模式现代化。
1空气源热泵热水机组应用原理
①工作原理。空气源热泵热水机组是依据逆卡诺循环原理来实现低温热能向高温热能的转移,工作原理是在电能的驱动下,通过载体制冷剂,吸收空气中的低品位热能,将之转化为可加以利用的高品位热能,再利用高品位热能加热凉水来制取热水,制备的热水通过供应管路输送给用户使用,可满足日常生活热水需要。②系统组成。空气源热泵机组由多个单元组成,主要包括压缩机、蒸发器、(室外换热器)、冷凝器(水侧交换器、膨胀阀(节流装置)低压储液罐、油气分离器、气液分离器等。
2热泵热水系统设计选型的探讨及优化
2.1模型的建立
利用ＴＲＮＳＹＳ软件建立热泵热水系统供生活热水的模型，来验证计算选型结果是否能满足系统的水温、水量要求。随着热水罐供出生活热水，系统需要补充冷水，而补充的冷水和热水罐中的热水混合，使得热水水温下降，逐渐影响生活热水供水温度。在总耗热量不变的情况下，供水温度减小时，可以增大供水量来满足用户要求。《措施》中规定有集中热水供应系统的住宅，配水点的水温不应低于４５℃。考虑到热水罐及输配管网有一定的热损失，本文以供生活热水温度不小于４８℃作为校核标准。即如果在设计小时耗热量持续时间内，系统的供水温度４８℃以上，则认为系统可以满足生活热水系统的使用要求。
2.2复合热泵热水系统与空气源热泵热水系统的运行性能分析
本系统是在空气源热泵热水系统能够单独提供所需洗浴热水的基础上，考虑冬季极限情况，另外设热水负荷的20%由污水源热泵提供。将污水源热泵串联时的复合系统与空气源热泵系统单独运行时的性能比较如下：当环境温度为9?℃时，复合热泵热水系统与空气源热泵热水系统的性能参数，（a）、（b）和（c）中，10：00-15：00?2个热泵热水系统的性能基本相同，因为该时段是由2#、3#空气源热泵机组运行供热。从15：00开始，复合热泵热水系统中污水源热泵开始运行，空气源热泵热水系统中1#、2#、3#机组全部运行，2个热泵热水系统的出水温度高于设定出水温度46?℃，复合热泵热水系统的平均出水温度为47.5?℃，高于空气源热泵热水系统的平均出水温度46.7?℃。空气源热泵热水系统的制热量总体较为稳定，而复合热泵热水系统存在3个阶段：15：00-17：00，复合热泵热水系统的制热量小于空气源热泵热水系统，因为该时段洗浴人数较少，污水量不足；17：30-18：30，复合热泵热水系统的制热量大于空气源热泵热水系统，因为该时段洗浴人数较多，污水量充足，污水源热泵能够充分利用污水中的余热，因此复合热泵热水系统的制热量较大；19：00之后复合热泵热水系统的制热量急剧下降，是因为该时段热水箱里的温度已经达到系统设计的出水温度，两台污水源热泵机组的制热量足以维持热水箱的温度稳定。
（c）中，复合热泵热水系统的COP总体大于空气源热泵热水系统，复合热泵热水系统的COP大体稳定在3.7左右，空气源热泵热水系统的系统COP较为平缓，平均在3.1左右，可见复合热泵热水系统的系统COP因污水源热泵机组的运行有所提高，比空气源热泵热水系统单独运行能效更高，经计算可知相对于空气源热泵热水系统单独运行，空气源和污水源复合热泵热水系统运行能效能提高约19%，节能效果明显。将计算的得到的热泵机组制热量、水罐容量、温度、流量等参数输入模型，并利用计算模块完成各个参数之间的关联及转换。
2.3热泵热水机组冷回收
空气源热泵热水机是逆卡诺循环装置,系统吸收环境热量,在压缩机中压缩后送入冷凝器,同时将热量传送给水以加热生活热水。可以考虑将空调和热水机组进行整合使用以降低热泵热水机冷量的排放所造成的能源浪费和环境污染。近年来,整个夏季用电的4c5y0以上都是空调制冷和生活热水制备用电。由于热泵热水系统的保温水箱具有蓄热功能,因此热泵机组在用电高峰期可利用热泵热水系统保温水箱的蓄热功能,减少用电以避开用电高峰,可以节省运行费用,由此可见余冷回收技术是一项有效的节能途径。
2.4软件功能需求
①智能控制器软件。数据采集软件能实时采集用户用电量数据、室内环境温度数据、机组实时运行参数、故障数据、售后服务响应速度数据等。设备控制软件能根据程序和指令自动切换机组运行模式，设置机组运行参数、控制现场泵、电磁阀的启停等。②服务器端软件。服务器数据库应用软件要实现系统配置、用户管理、数据采集和数据存储等功能，专家管理系统软件能提供数据转发接口、数据查询接口、故障查询接口和客户端APP远程控制接口等。服务器端软件能实现数据挖掘和大数据计算服务功能，对采集的智能电表数据进行综合分析，结合分时电价，对用户实时用电量以及环境温度等进行统计和计算，给出节能化的控制建议。对空气源热泵用户用电量，设备故障出现率及售后服务响应速度等数据进行收集、整理和建档，以此建立能源大数据库、信誉度评判大数据库和用户实际节能数据库。③客户端手机APP软件。用户通过手机APP可设定热泵机组运行参数，查询服务器相关数据，当设备发生故障时，用户通过手机APP能实时收到故障报警信息，可在手机APP上点击报修。厂商售后服务人员手机APP能实时收到故障报警信息和用户报修信息，实时掌握故障情况。维修人员可通过设备定位功能，快捷到达设备现场进行售后服务。
2.5服务器端软件架构
云端服务器使用基于服务的分层结构，其中数据库层用于数据存储;业务逻辑层负责数据的收集与分析;服务层API为外部提供基于ＲEST的访问接口;客户端则通过APIGateway(API网关)访问并获取数据，业务逻辑层采用DeltaV数字自动化系统对海量数据进行分析与统计。数据的存储采用成熟的大型数据库系统软件，并根据数据用途的不同分为分数据云存储库、专家云计算库。数据云存储库分为历史数据库和动作执行数据库。专家云数据库分为独立云计算数据库和指令执行数据库。数据表(table)包括:子站信息表(Station)、末端配置表(md)、运行数据表(ＲunDatas)、运行异常表(Ｒb_Error)、操作计录表(Options)、维护人员信息表(Df_User)。
结语
实际的工程实践中,机组选型、安装、使用维护等方面要特别注意,应充分掌握空气源热泵系统的影响因素,为日后机组节能稳定地运行奠定坚实的基础,根据不同运行情况对系统进行及时调整,使其达到运行能耗最小且舒适度最高的工况。
参考文献
［1]罗清海等.建筑热水节能中的热泵技术［J].给水排水,2007(5).
［2]王如竹等.高效节电的空气源热泵热水器［J].上海电力,2008(6).
［3]陈振豪等.空气源热泵热水器实验及优化运行研究［J].工程热力学与能源利用.