热泵蓄热策略优化技术

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1、热泵蓄热策略优化技术柯文飞1吴睿力2陈凯途3戚卫丰4张国燕50引言通过热泵机组对酒店、工厂、医院等公共建筑提供生活热水，具有能效比高，使用方便，性能可靠的特点，应用越來越广泛。但由于末端用户使用热水时间、用量的不确定性，耍求热水系统要产热迅速，岀水温度均匀，流量持续可靠，以应付随吋使用的需要。可靠的蓄热技术，可以在节约大量运行费用的基础上，为用户提供高品质的热水,在节能环保的今天，越来越受到重视。热水罐分级蓄热技术是传统并联热水蓄热技术的升级与发展，对两种热水系统的蓄热、放热特性及控制策略进行分析，是我们研究的重点。本文结合广州白天鹅宾馆改

2、造工程的实际，通过理论分析，可以为我们优化设计提供理论支持。1.蓄热系统概述最近几年，我们分别承包了深圳MKS工厂员工生活热水、石龙人民医院住院楼生活热水、广州白天鹅宾馆改造工程生活热水等项目的施工，这些项目热水系统均由热泵机组产生，保温承压水罐蓄热。但蓄热的方式显著不同。1.1并联蓄热深圳MKS工厂员工生活热水系统由香港PKL机电顾问公司设计，2008年已投入使用，系统运行情况良好。热水系统图如下:生点水加伍水零>11500升乜Hm年合戍久65升/秒暫翟15*〔开汞I25*以碗4-lln.*茂孑2弄/秒対卷10*8水％岭烈《一見一各）65

3、升/秒绣位20A水-水热泵运行时产生的冷冻水，温度为7/12°C,接到中央空调系统的分水器、集水器，供制冷空调使用；机组产生的60°C热水，通过热水循环泵接到三个并联的蓄热水储罐铜盘管，与牛活热水进行热交换，然后冋到机组进行再循环。生活热水通过热水泵供应到用户端。1.2分级蓄热广州口天鹅宾馆改造工程由广州市设计院设计，系统图如下:水-水热泵运行时产生的冷冻水，温度为7/12°C,接到中央空调系统的分水器、集水器，供制冷空调使用；产生的热水，通过热水循环泵，供应到一级蓄热水罐；蓄热水罐分为5级，从高温到低温依次编号为SC-1-1到SC-1-5

4、,从第5级回水循环，热水循环泵变频运行；用户侧多组二次热水泵进水管接一级蓄热水罐（即高温罐SC-1-1）,冋水管接第5级蓄热罐（即低温罐SC-1-5）,二次热水泵根据用量需要变频运行。1.3系统差异性并联蓄热之热水罐，三个的热水温度是一致的，都是承压式储罐（直径e2・0*3・5m）。储罐内置螺旋形铜盘管，铜盘管厚度为0.35mmo在蓄热过程屮，罐内热水处于自然对流状态，靠水上下层之间的温差产生对流进行热交换。在用水过程中，I大I为水罐截面积较大，水流速度较小（约0.65mm/s）,瑞利数较小，因此罐内水处于层流状态。根据在热水罐上、屮、下三

5、个部位设置的温度传感器读数显示，在蓄热过程，水的温度分层较为明显，高温水始终处于水罐上部，低温水处于底部。在没有使用热水的蕎热过程，罐内热水温度的分层犀度（指罐内温度急剧变化的水库度）随着加温过程逐渐加大，但一般维持在0.2m左右，温度并约为10°Co当温并达到4°C时，分层厚度已经达到了0・4m左右。因此即使蓄热过程未达到全罐温度一致，但由于罐的上层始终保持有高温水，使用水时温度会得到保障。当用水时，由于罐底部温度16°C的冷水补水的挤压作用，冷水层不断加厚，热水层减少，但由于处于层流状态，水的混合作用不明显，还是保持了明显的分层，下部水

6、温下降较上部下降更加明显。当热水出口温度降低到50°C以下时，系统停供热水，以保证供水品质。由于三个水罐的并联作用，存在系统管路阻力上的偏差，因此调试不理想情况下,往往导致水罐的温度升/降幅不一致，导致系统管理策略上的混乱。需要精心调试才能达到满意使用效果。另外由于铜盘管与热水之间存在旷5°C的换热温差，以及水上下层的轻微混合作用，生活热水最高一般只有55°C左右，热水的品质有所降低。1lm,芬水10m*菸水借加I1生话热水回水_」盜跖:ME卜」更环械出-••—<——冷站卜水生虑林衣也水IIF〜〜二二一-■分级式蓄热水罐，蓄热罐是普通的承压

7、储罐，五个罐内水的温度rti高到低排列，并且一直保持一定的温并。分级蓄热策略主要是把热量储存区分成五个优先级，通过管道系统优先集屮加热级别最高的蓄热水罐sc-1-i,这样可以在较短的时间里使一级水罐达到能够使用的温度。即便在未开动热泵机组的情况下，高温蓄热的一•级水罐，也能随时供应较高温度的热水。rtiT—>二级热水泵的存在，五个蓄热水罐的作用相当丁空调系统的盈亏管（或平衡管），根据一、二级泵的总流量比例情况，控制热水罐内水的流动方向。在蓄热过程，热水由高温罐上部进入，下部出来接入下一级储罐的上部，依次类推，最后从最低温的罐底部回水到热泵机

8、组。在用水过程，热水从高温•罐的上部出来,从最低温水罐底部冋水。若二次泵水量与循环热水泵流量相等，则热水基本在高温罐进出平衡，最低温罐也是补水和回水之和与循环水量进出平衡，生活供