空氣源熱泵二聯供水系統應用知識

水路系統重要部件：

水路系統主要構成：安全閥、膨脹罐、流量傳感器、壓力開關、三通閥、水泵等閥門、傳感器組成。

安全閥：安全閥運用於供暖、空調、儲熱式熱水系統，控制熱源及系統壓力。當壓力達到安全閥設定值時，安全閥自動開啟將系統壓力釋放到大氣中，壓力低於安全之後，它自動關閉。

選型與安裝：

在符合國家/地區法規的基礎上對安全閥做出正確的選型；

安全閥可水平或者垂直安裝，但不能倒置安裝；

安全閥閥體上標註了水流方向，安裝時需嚴格遵守；

安全閥儘量避免安裝在水泵出口處。

泄水連接：

安全閥泄水口必須連接泄水管道以防高溫高壓的系統水對物品造成損害或者對人員造成傷害；

泄水管道上最好有防虹吸的泄水漏斗，這樣可以檢測安全閥泄水狀態，也能有效防止泄水管道連接到排水系統中可能形成的反向虹吸；

對於泄壓功率較小的安全閥可按圖示：①連接，對於功率更大的安全閥可按圖；②連接；

自動排氣閥：自動排氣閥大都是依靠水對閥體的浮力，通過槓桿機構傳動，使排氣孔自動啟閉，實現自動阻水排氣的功能。

安裝於系統的最高點或局部高點。

是系統的必須配件，每個系統至少安裝兩個以上的自排氣閥。

其作用是排除系統內因溫度、壓力變化而產生的氣體。

消除因此而引起的末端裝置傳熱部件的梗阻、腐蝕、噪音、流 量減少及穩定性差等問題，保障水系統的正常運行。

膨脹罐：

隔膜式膨脹罐是由一個隔膜將氣體（通常為氮氣）與系統水分成兩部分的密閉式容器；它不但可以對系統水體積隨溫度變化產生的膨脹或收縮起到調節作用，以減少因系統水的溢出或補充而造成的浪費，而且它兼起系統定壓作用，保證系統不倒空、不溢水、不超壓。

膨脹罐的接口應儘可能靠近循環泵的進口，以免泵吸入口內液體汽化造成氣蝕。

膨脹罐和排氣閥隨著水溫上升的變化：

膨脹罐容積計算：

閉式膨脹罐容積的大小與以下因素有關：

系統容水量V；

系統溫度最低時水的密度1，最高溫時水的密度2；

閉式膨脹罐的預充氣壓力，絕對起始壓力，即系統靜壓+大氣壓力（1bar）；

系統安全閥的設定壓力，絕對最終壓力，即系統運行時最大壓力+大氣壓力（1bar）；

例如：某系統總容水量為500kg；最高工作溫度55℃；注入的冷水溫度10℃；安全閥整定壓力為3.0bar，系統充水壓力1.0bar。確定閉式膨脹罐容積。

水在10℃時的容重1/ 1＝1.0006L/kg；55℃時的容重：1/ 2＝1.0145L/kg。

閉式膨脹罐預充氣壓力取為系統注水壓力：＝1.0＋1＝2.0bar（絕對壓力）；

安全閥整定壓力：＝3.0＋1＝4.0bar（絕對壓力）。

熱水的溫度與密度關係（Kg/L）

0℃………0.9998，5℃…………0.9999

10℃………0.9994，15℃………0.9988

20℃………0.9980，25℃………0.9968

30℃………0.9955，35℃………0.9939

40℃………0.9922，45℃………0.9902

50℃………0.9880，55℃………0.9857

60℃………0.9833，65℃………0.9806

70℃………0.9779，75℃………0.9749

80℃………0.9719，85℃………0.9687

90℃………0.9654，95℃………0.9620

100℃………0.9584，105℃……0.9548

110℃………0.9510，115℃……0.9471

120℃………0.9431，125℃……0.9390

流量開關：流量開關是用來對液體最大或最小流量進行監控。只有當設備按照其設計用途（液體流量監控）應用時，操作安全才有保證。

工作原理：流量開關有一個葉片系統（1），在其上游末端連著一個永久磁鐵（2）。在這個磁鐵的上邊是一個簧片接觸器（3），這一部分置於液流的外部。另外還有一個磁鐵（4），與前一個磁鐵磁極相反，由此產生一定的復位力量。將被監測的液流與葉片系統一接觸，葉片系統就會被驅動。磁鐵（2）隨著簧片接觸器（3）改變位置。一旦液流中斷，葉片就返回到起始位置。

三通閥：三通閥放在不同地方結構設計不同，以防止水錘的傷害（讓水流方向和閥門關上方向相反。

三通閥安裝在回水管上，一般與室內溫控機構聯合使用。其作用是當房間溫度達到設定溫度時，關閉進入盤管的冷/熱水，維持房間溫度的恆定及節約能源。同時電動三通閥還可以在閥門關閉的情況下，把冷/熱水供水通過三通接管旁通到回水管，這樣就可以保證進出主機的水流量。我們建議冷量為25KW以下的機組至少要使用兩個以上電動三通閥來代替電動二通閥，且必須安裝在管道與末端阻力最大的兩條支管末端上或在主管最末端連接的風機盤管上，其目的是保證主機水循環流量的同時，讓整系統水在任何使用條件下都能蓄能（蓄冷或蓄熱）

對於25KW以上的機組或進行模塊組合的機組，則應使用比例積分壓差旁通閥，至於是否與三通閥同時使用則視乎客戶空間的實際使用情況進行區別。若用戶有可能只使用小部分末端負荷的情況時，則須使用電動三通閥，以彌補壓差旁通閥反應滯後的不足。無論如何使用，都以保證主機能達到最小流量為原則。

閥門：

關斷閥：閘閥（關斷主要）、球形閥（球閥、截止閥），蝶閥（用於DN100以上）。

球形閥（控制流量為主）。

關斷閥：閘板閥（關斷主要）、球形閥（控制流量為主）、蝶閥（用於DN100以上）。

水路其他部件及注意事項：

橡膠或金屬軟接：其主要功能為減輕主機與管路系統震動的相互傳遞。一般安裝於主機的進出水管前後，其它若是震動源的設備也應考慮減震措施，如水泵、風機盤管等。

銅製閘閥或截止閥：為必須安裝部件，其主要功能截斷與開啟水路，方便安裝維修人員進行各種不同的安裝維修工作。安裝位置為主機進出水管附近或某些重要設備（如輔助加熱器等）及易損件的進出水管部分。

Y 型水過濾器：為必裝部件。一般安裝於水泵吸水入口處，其主要作用為過濾水系統中的雜質，保護管路上的其它設備，尤其是主機的板式熱交換器以保證主機長期無故障運行。一般應選擇每平方英寸60 目的過濾網。

水泵：為整個水系統循環的動力所在。一般安裝於進水口前的管路。此點對安裝小型冷水機系統尤為重要。因大部分產品皆使用板式換熱器，而板式換熱器流道及熱交換特點決定了其結構與殼管式或其它水—冷媒熱交換器的不同。同時，製冷工況下進口處水溫相對較高，也減少了冷凝水對屏蔽水泵的影響。若安裝中出錯，將會導致一系列的問題發生。

水泵基礎知識：

水泵在水路系統的作用：

水泵：為整個水系統循環的動力所在。一般安裝於進水口前的管路。此點對安裝小型熱泵機組系統尤為重要。因大部分產品皆使用板式換熱器，而板式換熱器流道及熱交換特點決定了其結構與殼管式或其它水—冷媒熱交換器的不同。同時，製冷工況下進口處水溫相對較高，也減少了冷凝水對屏蔽水泵的影響。若安裝中出錯，將會導致一系列的問題發生。

對於整個熱泵系統，水泵是「腎」；對於水力系統，水泵是「心臟」。

水泵Q-H曲線：

Q-H曲線。泵的性能曲線如圖所示，Q(流量)為X軸，而H(揚程)或P(壓力)為Y軸。

Q：3/h；l/s；3/s；H：；P：

水泵並聯Q-H曲線變化：

在現有系統中另加一台與現有 水泵同樣的泵，並使其並聯運行，流量會加倍嗎？

不，新的流量將由系統特性曲線來決定。

水泵串聯Q-H曲線變化：

系統特性曲線。該系統特性曲線表示了輸送液體在系統中損失的壓力。系統特性曲線的起點取決於系統的類型：

對於所有系統特性曲線而言，其普遍特性為Q(流量)和H(揚程)之間有一對應關係：如果Q降為12，H將會將至14。

NPSH曲線：

NPSH(淨正吸程)用來表示泵內的壓力損失及汽化壓力。用於計算泵所需的入口壓力，以避免氣蝕現象的發生。NPSH曲線如圖所示Y軸為H(揚程)及X軸為Q(流量)。

空蝕（cavitation；cavitation erosion）又稱氣蝕，由於液體內局部壓力的變化引起蒸汽泡的形成、生長及潰滅，導致氣蝕的產生。當液體內的靜壓力下降到低於同一溫度下液體的蒸汽壓時。在液體內就會形成大量的氣泡，而氣泡群到達較高壓力的位置時。氣泡就會潰滅，氣泡的潰滅使氣泡內所儲存的勢能轉變成較小體積內流體的動能，使流體內形成流體衝擊波。這種衝擊波傳遞給流體中的過流部件時，會使過流部件表面產生應力脈衝和脈衝式的局部塑性變形，甚至產生加工硬化。流體衝擊波的反覆作用使過流部件表面出現氣蝕坑。

水泵工作點：水泵的特性曲線(Q-H曲線)與系統(管路)特性曲線的相交點，就是水泵的工作點。

水泵工作點及系統特性曲線並非不變的。如閥門開度等，都會影響系統特性曲線從而影響工作點的偏移。

水泵的選型：

流量的計算：

換熱量與比熱容、溫度變化的關係：Q = ××∆

c—比熱容 水的比熱容是4.2×103焦耳每千克攝氏度；

m—質量；

∆—溫度的變化(不論溫度升高還是降低永遠取絕對值)；

千瓦時與焦耳的關係：1kw∙ h = 1000×3600 = 3600000；

一般情況下，取溫差5℃，可以計算出1Kw制熱量所需的水流量為：

如溫差不是5℃，則如何計算？

一般情況下，建議預留15%～20%的餘量，即乘以餘量係數1.15～1.2。

水泵揚程的組成：

機組水阻：主機廠家通過額定水流量下測試所得，主要與換熱器及系統的管路長短、彎頭等有關係；

各種閥門附件的水阻力(可要求廠家提供曲線）；

分水器、集水器水阻力(可要求廠家提供曲線）；

水路水阻：

水路最不利環路（最長和彎頭最多的）水力損失不宜超過30kPa(即3m)；

水流速不宜過高或者過低,一般控制在0.25～0.6m/s；

根據水流量及選定的管徑可以計算出水流速，通過查表可以知道水頭損失/100m；

附表1：普通水管水頭損失表

普通水管水頭損失表：

上數字表示水的流速，單位米/秒；下數字表示每100米直管中水頭損失，單位為米。

附表2：塑料管道水頭損失表

塑料管道水頭損失表：

上數字表示水的流速，單位米/秒；下數字表示每100米直管中水頭損失，單位為米。

水泵的選型：

每年的氣象條件是隨季節呈周期性變化的。因此，對冷熱負荷的需求也是不斷變化的。據統計，國內中央空調水泵在滿負荷情況下運行的時間較少，大部分時間運行在總負荷的60%~80%之間。而從歐盟Erp指令中關於水泵EEI指數計算流量、時間百分比來看，歐洲採暖系統水泵運行負荷更多集中在50%以下，這可能和歐洲建築保溫效果好有很大關係。

系統負荷變化時，定速水泵無法調節水流量，只能通過閥門調節開度來調節流量。

變頻水泵的節能效果分析：

以應用在熱泵採暖水系統中較為廣泛的格蘭富8m水泵為例：

定速水泵：UPS25-80 最大功率為190w；

可調速水泵：UPM GEO 25-85最大功率為87w。

一個採暖季：4個月，每個月30天，每天24小時運轉；

能耗按照歐洲Erp指令水泵EEI指數計算流量，時間百分比；

電價為0.53元/kwh來計算；只考慮採暖功能，沒有計算製冷部分。

方案一：定速水泵UPS25-80。

水泵轉速不可調，運行在最大功率（速度）。

方案二：可調速水泵UPM GEO 25-85

水泵定速運行在最大功率（速度）。

方案三：可調速水泵UPM GEO 25-85

水泵轉速隨負荷變化而變化。

單戶家庭在一個採暖季可以節省電費 157元（最大節省電費229元）！！！

水泵生命成本分析–水泵運行10年。

只考慮採暖功能，沒有計算製冷部分。

只考慮採暖功能，沒有計算製冷部分。

防冷凝水特殊設計水泵：

冷凝水對水泵的危害：由於屏蔽轉子泵是依靠被泵送的液體來冷卻電機以及潤滑軸與軸承的，因此當液體溫度低於露點時，就會產生冷凝水。

常見水路系統設計原則及分類：

熱泵採暖水系統設計主要包括以下內容：水系統方案的總體構思，水系統形式的選擇與分區，水系統管網布置及走向，水系統水管選擇與管徑確定，水系統輔助設備和配件的配置與選擇，水系統的防腐、保溫和保護，水系統的調節與控制。

水路系統設計考慮因素：

系統能效：

冷媒系統COP，水流速度、回水溫度、溫差等都會影響到冷媒系統的COP；

水路系統的能耗，主要為水泵的能耗；

系統穩定、可靠；

主機不能頻繁的起停，或者壓縮機高壓保護；

水路各部件間不能相互影響各自正常工作；

方便安裝、維護、維修；

安全，不會影響到人身安全及正常生活；

水系統分類：

開式系統：管路之間有貯水箱（或水池）通大氣，自流回水時，管路通大氣的系統。

開式系統的優點：水箱有一定的蓄熱能力，可以減少熱泵機組開啟時間，增加能量調節能力，且水溫度的波動可以小一些。

開式系統的缺點：

循環水與大氣接觸，循環水中含氧量高，宜腐蝕管路。

末端設備（風機盤管、地暖管）與水箱高度差較大時，水泵則須克服高度差造成的靜水壓力，增加耗電量。

閉式系統：管路不與大氣相接觸，在系統最高點設膨脹水箱並有排氣和泄水裝置的系統。

閉式系統的優點：

由於管路不與大氣相接觸，管道與設備不宜腐蝕；

不需為高處設備提供的靜水壓力，循環水泵的壓力低，從而水泵的功率相對較小。

由於沒有回水箱、不需重力回水、回水不需另設水泵等，因而投資省、系統簡單。

閉式系統的缺點：蓄熱能力小，低負荷時，熱泵機組需經常開動；膨脹水箱的補水有時需要另設加壓水泵。

定水量系統：循環水量為定值，或夏季和冬季分別採用不同的定水量，負荷變化時，改變供、回水溫度以改變製冷量或制熱量的系統。這種系統各空調末端裝置，採用受設在空調房間內的溫控器控制的電動三通調節閥調節。

負荷增加時，供回水溫差會適當增大；負荷減小時，供回水溫差會適當減小。

變水量系統：保持供水溫度在一定範圍內，當負荷變化時，改變供水量的系統。這種系統各空調末端裝置，採用受設在空調房間內的溫控器控制的電動二通調節閥調節。

風機盤管一般採用雙位調節(即通或斷)的電動二通閥。

在負荷減小時，為使供回水能平衡，必須在供回水集管間裝旁通管，且應在旁通管上設置壓差旁通閥。

單式泵：冷（熱）源側與負荷側合用一台（組）循環水泵。

特點：單式泵系統簡單，初投資省。但是不能調節系統流量，在低負荷時不能減少系統流量以節約能耗。

複式泵：冷（熱）源測與負荷側分別配備循環水泵。

特點：複式泵系統可實現水泵變流量（冷熱源側設置定流量，負荷側設置二次水泵，可調節流量），節約輸送能耗。能過適應供暖分區的負荷變化。

不同水系統在具體工程設計中的選擇就是對優缺點的取捨問題。但有很多因素會影響到對各項優缺點的評估，其中有技術性的，也有商業性的因素，甚至有業主方面的諮詢專家的習慣等因素。在不同的時期這種評估還會受能源價格、設備價格、技術人員工資等相應關係的變化而改變、所以從技術角度提出究競哪種建築應採用哪種系統方式也是不容易的。

暖通水系統最水容量：

暖通水系統最水容量。最小水容量的確定對於暖通系統來說，要解決系統溫度波動問題，獲得良好的熱穩定度。

首先應儘量準確地確定系統負荷，並選用裝機容量相匹配的主機;

其次，系統的水容量越大，系統蓄冷量越大，則系統的熱穩定性越好，反之，系統的熱穩定性越差。

因此，水系統設計時，應校核計算系統水容量是否滿足系統熱穩定性要求，當系統實際水容量不能滿足要求時，應加大系統主管管徑或增設一個儲能水箱（緩衝水箱）。當然，系統水容量也不是越大越好，水容量過大，其熱穩定性毫無置疑是良好的，但是，較長時間停機後，再開機時將會延長系統預冷或預熱的時間。

每供1kW冷量或熱量時的水容量 V（L /kW）；

室內機械循環供熱管路（溫差20～25℃） 7.8；

室外機械循環供熱管路（溫差20～25℃） 5.8；

室內機械循環供冷（溫差5℃）或冷熱兩用 31.2；

室外機械循環供冷（溫差5℃）或冷熱兩用 23.2。

附表3：常用水管管徑與水容量表

常用水管管徑與水容量表：

常見二聯供熱泵水系系統：

本文來源於網際網路。暖通南社整理編輯於2019年11月4日。