高效空气源冷热站系统研究

高效空气源冷热站系统研究

张锐

珠海格力电器股份有限公司   广东珠海 519000

摘要：低碳能源结构下，供暖能源从“燃烧产生热量”逐步转变为“电产生热量”；热泵是热量供给高效途径：空气源热泵较电直热节能50%~80%；全国大部属于夏热冬冷地区，有广泛的制冷、制热双市场需求；常规空气源水系统机房缺乏系统控制管理，手动控制系统运行，设备可调性差(满载运行)，无法实现实时智能调节监测及故障预警，系统综合能耗高；热泵机组集中摆放，未分区调节，换热气流堆积易造成冷/热岛效应，引起能力衰减；存在结霜、化霜现象，结霜时引起机组制热量下降；针对空气源水系统进行高效设计，成为时代所需。

关键词：空气源热泵；高效系统；分区设计；变频系统；变水温

为高效运行空气源（热泵）水系统，本文以某酒店项目为研究对象，分析高效系统运行策略及经济性。

本研究项目夏季设计供回水温度为7/12℃、室内设计温度26℃；冬季设计采暖供回水温度为40/45℃、室内设计温度20℃。。机组配置按设计工况选型，项目的负荷情况如下：

1. 高效空气源冷热站系统介绍

空气源高/效冷热站系统，以低碳节能政策为方针，针对黄河以南地区建筑的供冷&采暖需求提供整体解决方案，在传统空气源热泵系统的基础上，以高效节能为理念，通过全年逐时负荷精准校算、高效变频设备选型、系统精细化设计以及控制逻辑的自适应匹配。基于系统适配性原则研发智能化集群控制系统，实现系统舒适可靠化霜和全自动节能寻优运行，达到无人值守目标，保障系统安全稳定运行。

2. 空气源高效冷（热）站系统特点

高效节能

全变频设备：建筑负荷逐时变化且满负荷时间占比少，基于设备性能与建筑负荷适配性原则，设计全直流变频模块机+ 变频水泵的全变频系统，变频水泵实现系统变流量运行，节省水力输送能耗。变频主机实现负荷精准调节，提高系统综合运行效率，降低系统能耗。

全直流变频技术：应用压缩机直流变频技术，搭配高效直流变频电机实现无极变速调节，机组根据系统负荷情况动态调整压缩机运行频率，实现负荷精准调节，变频技术应用大幅提升机组性能及舒适性，综合能效IPLV 值达到4.66，提升超过26%。电机根据冷凝压力精准控制转速，部分负荷下噪音可降低8~10dB(A)。

变流量技术：选用高效变频水泵提高水泵有效功率，通过水泵变频调节实现系统变流量控制，节省输送能耗，降低系统水力输送功耗60% 以上。

变水温技术：基于建筑负荷变化特性应用变水温控制技术，根据实际负荷率变化调节机组供水温度，提升设备性能和建筑负荷适配性，有效提高机组能效10% 以上。

分组控制技术：在系统设备全变频运行控制的基础上，根据项目特点划分系统分组，控制系统处于高效运行区间， 使系统能效进一步提升6% 以上。

系统综合效益：通过全变频技术，分组控制技术、变流量/ 变水温控制技术，系统全年综合能效可达3.0，比常规热泵系统综合能效提升40% 以上。

智能抑霜（化霜）

智能抑霜控制：变频机组多模块投入，充分利用换热器，低频运行减少结霜，连续制热时间比定频提升2倍。

分区抑霜（化霜）控制：设计分区控制方案使阀门与机组、水泵联锁，按需调节，减少水量无效旁通，改善集中摆放冷/ 热岛效应，有效提升机组制热量10% 以上。

自然化霜控制：机组结霜后满足条件采用自然化霜控制，降低机组、水泵耗电量10% 以上，化霜过程无需从系统及房间取热，化霜衰减少，更加稳定可靠，系统温度波动更小。

智能运维

格力风冷冷（热）水机组智能控制柜，专用于空气源冷热站高效系统，解决风冷冷（热）水机组供冷/ 供热系统自动化程度低、能耗高等痛点问题。系统具备全自动运行功能和完善的故障保护机制，通过对主机、阀门、水泵进行节能调度， 实现系统全自动化节能运行，达到无人值守目标，保障系统安全稳定运行。

智能控制、高效节能：以末端冷/热负荷需求为节能核心，优化机组运行效率及与运行台数；支持定/变频组合搭配，优先运行高效设备。

水温自动寻优：根据环境温度对系统水温进行自动寻优重设，实现设备性能与建筑负荷精准适配，提高系统舒适性，减少能源浪费。 

优先级排序功能：根据分区设备运行时间及运行状态，自动对设备进行优先级排序，优先运行状态良好的设备。通过设备的自动轮循平衡各设备之间的累计运行时间，均衡磨损，降低设备的故障率，延长设备寿命。

智能防冻功能：在半自动、全自动模式下系统达到防冻条件，开启对应阀门及水泵，让高温水流经未运行机组实现防冻保护。

趋势曲线及数据查询功能：系统自动记录机组、水泵及传感器参数：机组进/出水温度、水泵频率、供回水总管温度、供回水压力、流量、制冷/制热量。可按照设定的时间周期记录现场的数据，用图形的方式将数据显示在趋势曲线界面中。

3. 系统运行效果：

将空气源高效冷热站方案与常规方案（定频主机+定频水泵）进行对比，选取11月15日—次年4月15日为采暖季，5月1日—9月30日为制冷季，各方案负荷及运行能耗分布情况如下：

根据上述数据可知，与常规方案（定频主机+定频水泵）相比，空气源高效冷热站系统节能27.4%，节省费用为23.7万元/年，投资回收期2.1年。

结束语

本研究系统采用工况匹配的热泵变频技术、变流量/ 变水温技术、节能化霜控制技术、自动寻优运行控制技术等多种节能控制技术措施，搭建系统解决方案，具有高效节能、强力抑霜（化霜）、智能运维等特点， 解决常规空气源热泵系统能耗高、结霜化霜衰减、运维程度低等问题。

参考文献：

[1]薛汇宇.基于供需匹配的空气源热泵-风机盘管供暖系统变水温控制方法研究[J].建筑科学，2019.

[2]陈健波，变水温空调系统的运行节能分析[J].暖通空调，2007年第37卷第8期.

[3]冯瑞峰，空气源热泵除霜技术进展与区域化应用综述[J].科学技术与工程，2020.

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