在上个月的专栏中,我介绍了一个系统的“模板”,该系统使用冷气候空气对水热泵作为主要热源,并使用唯一的冷却水来提供空间供暖,制冷和生活用水供暖。 。该系统再次显示在图1中。 

 图1

 

当以加热模式运行时,热泵将缓冲罐中的水保持在一定的升高中国体育网直播下,以适合于空间加热,并保持至少一部分生活用水加热负荷。反向间接储罐在热泵的热量输出率和五个独立控制的散热器区域产生的可变空间供暖负荷之间提供缓冲。生活用水通过缓冲罐中悬挂的铜或不锈钢盘管时会被加热。

 

权衡   

空间供暖和生活热水的结合产生了一个难题。为了优化热泵的性能系数(COP),仅应将缓冲罐中的水加热到维持建筑物舒适所需的最低中国体育网直播。使用正确设置且价格相对便宜的室外重置控制器即可轻松实现这一目标。到现在为止还挺好。但是,为了优化将热泵能量用于生活用水,应始终将水箱中国体育网直播保持在至少120°F的中国体育网直播下。这是基于整个热交换器盘管的5°标称中国体育网直播损失,并假设以115°的中国体育网直播从储罐中输送的DHW是可接受的。较低的水箱中国体育网直播将减少从热泵提供给生活用水的热量百分比,从而增加从补充热源所需的热量。  

最好是使用户外重置来控制水箱水温,并以增加补充供暖的形式采取“惩罚性”措施来进行生活用水加热,还是应该用热泵将水箱中国体育网直播保持在足够高的水平来满足DHW负荷24/7 ,并接受较低的季节性COP的“打击”? 

这是一个复杂的问题。它涉及DHW负载的相对和空间加热负载,热泵的COP和热容量性能以及系统运行所在的环境的详细信息。还涉及安装双功能缓冲罐与单功能缓冲罐的相对成本,以及安装提供补充热量以将DHW提升至所需输送中国体育网直播的装置的成本。

 

该模型

为了获得对这些因素的定量评估,我建立了一个电子表格模拟程序,将许多这些信息融合在一起。在使用相对简单的建模方法的情况下,得出的结果似乎合理。我会尽快与您分享这些结果。首先,让我们将“礼物”与“假设”放在一起。

电子表格模拟基于特定的热泵-Spacepak SIS-060a。这是具有变速压缩机的标称5吨分体式系统水热泵。它的额定工作中国体育网直播可低至-22°。像任何空气对水热泵一样,该热泵的热容量和COP高度依赖于运行条件,特别是室外空气中国体育网直播和离开热泵冷凝器的水温。使用制造商提供的数据对这种依赖性进行建模,以创建可在电子表格中轻松实现的“曲线拟合”方程式。

建模的建筑物是一个单户住宅,根据内部70°C和外部-10°C的设计热量损失为36,000 Btu / h。该房屋配备有水力分配系统,该系统可为面板辐射器和地板辐射电路组合使用。使用110°的供水中国体育网直播确定散热器的设计负荷。

该系统的位置是纽约的锡拉丘兹。该模拟使用了该位置的长期“ bin”中国体育网直播数据,如图2所示。

 图2
箱中国体育网直播数据将给定位置的每小时平均室外中国体育网直播组织为5°“宽”的组。例如,图2显示锡拉丘兹(Syracuse)的长期平均室外中国体育网直播在每年79小时的5°至10°之间。箱中国体育网直播表可从多种来源获得,包括ACCA手册J和ASHRAE。仓中国体育网直播数据驱动空间加热负荷模型以及热泵加热能力和COP的性能模型。

 

仅空间供暖 

开发电子表格后,我对涉及不同平均缓冲罐中国体育网直播的几种情况进行了建模。我想看看这些中国体育网直播如何影响热泵的季节性平均COP。图3显示了我发现的内容。

 图3

结果表明,正如预期的那样,该特定热泵的季节性平均COP非常取决于空间供热分配系统的水温。低温系统无疑具有优势。例如,一个辐射面板系统可以使用平均中国体育网直播为90°的水来提供建筑物的设计热负荷,而无需进行任何室外重置,那么该热泵系统便可以使热泵的季节性平均COP约为3.3。如果系统要求持续的平均供水中国体育网直播为120°,则季节性COP将降至约2.3。那是一个很大的差异。在锡拉丘兹(6720°F•天),当前的电费为$ 0.117 / KWHR,与更高的季节性平均COP相比,每年可以节省$ 213。 

由于热泵的性能在较低的水温下会提高,因此有必要将中国体育网直播保持在尽可能低的水平。使用室外重置控制器来调节缓冲罐中国体育网直播很容易做到。我对该策略进行了建模,发现热泵的季节性COP增至3.47。我认为,这对于寒冷气候应用中的空气-水热泵而言是出色的性能。在相同的应用中,它可以与地热水对水热泵获得的季节性性能相媲美,而安装成本仅为(无补贴)安装成本的一小部分。

 

但是DHW呢?  

我还将每天60加仑的日生活热水负荷(从50°加热到120°)集成到电子表格模型中,并在几个假定的缓冲罐中国体育网直播下运行。假定用于生活热水的任何补充能量都是通过使用无罐电加热器或罐式加热器的电阻加热来提供的。季节性平均COP基于用于空间供暖的总能量加DHW,以及提供给两个负载的电能总量。结果如图4所示。

 图4

随着缓冲罐中维持的水温下降,系统的季节性平均COP大幅下降。这是可以预见的–储罐中国体育网直播越低,使DHW达到120°恒定输送中国体育网直播所需的电能就越多。   

通过对水箱中国体育网直播进行完全室外重置控制以及DHW电气补充加热,并假设热泵在5月至9月的非空间供暖月份内提供所有生活用水,估计年度COP为2.82。 

 

另一种可能性  

我怀疑有些人或您在想:为什么不只是通过室外重置水箱中国体育网直播来操作热泵,并使用单独的电阻加热器(例如,无水箱式或水箱式)来处理DHW负载?我对该场景进行了建模,发现系统的有效季节性COP(例如,系统的总能量输出除以总的电能输入)为2.57。这反映出现在将以COP为1.0的电阻加热提供总负载(空间加热+ DHW)的11%。 

为了全面披露,建模中未包含以下内容:  

1.储罐的备用热量损失;和 
2.用于给热泵除霜的能量。

假设储罐良好隔热,并具有智能除霜控制功能,我估计这些影响加在一起会使性能降低约5%。

 

外卖   

从总体性能的角度来看,室外重置水箱中国体育网直播以及为DHW补充电加热的预计季节性系统COP为2.85。这超过了基于空间加热的全部重置并将所有DHW负载转移到电阻加热的估计季节性系统COP 2.57。对于该项目,在此位置,与较高的季节性COP相关的年度节省约为119美元/年。与使用单独的热水器相比,必须权衡详细说明提供DHW的系统的成本。在生命周期的基础上,我倾向于使用提供大量DHW能量的热泵获得更高的季节性COP。  

 

最后的想法 

建模的热泵没有减温器。在地热应用中使用的多个品牌的水对水热泵上都提供此选项。它使离开热泵压缩机的热制冷剂气体在进入冷凝器之前从过热蒸气冷却为饱和蒸气。该热量被传递到在热泵和水箱式热水器之间循环的生活用水流。

分体式系统的空气对水热泵可以将过热器减温,该系统将压缩机容纳在系统的室内部分中。这消除了系统室外部分对生活用水的任何需求。  

配备减温器的空气-水热泵可以提供生活用水加热所需的大部分能量,而无需在缓冲罐中安装热交换器盘管。当热泵在冷却模式下运行时,该能量贡献基本上是“自由的”(因为否则热量将仅散发到外部)。这种单元的可用性很可能会使设计转向单功能缓冲罐,缓冲罐的中国体育网直播将根据室外复位情况进行调节。将使用一个单独的加热器来提供恒定的DHW输送中国体育网直播所需的任何小的中国体育网直播提升。随着空气对水热泵在北美越来越流行,这是一种值得期待的选择。