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随着本地公用事业公司继续推动其电网采用可再生能源,热泵热水器运行产生的温室气体排放将继续减少。正如本热泵水加热系列的第1部分所述,了解热泵与源温度和水温相关的性能是交付高性能系统的关键(http://bit.ly/3iUQ2lL)。
一旦设计团队确定了热泵的最佳热源(环境空气、水、地面甚至生活污水),下一步就是确定热泵的类型以及与热水储存相匹配的管道布置。
中央热泵水加热系统采用两种类型的热泵水加热方式:多通和单通。这个术语是指DHW在达到最终所需温度之前通过热泵冷凝器盘管热交换器的频率。
在多通道热泵中,通常是基于R-410a制冷剂的热泵,热泵从储罐中泵出冷水,并在连续的循环中通过冷凝器盘管。每次,它都会小幅度地提高水温,通常每个循环提高10到20度。高流量之间的热泵(s)和储罐通常导致显著的储罐混合。
这导致整个储罐的体积慢慢地被提升到最终所需的温度,几乎没有储罐分层。结果,后一种循环导致热泵性能系数较低,因为冷凝器盘管上的进水温度升高,从而降低了δ T。
虽然多通道系统可能会降低整体效率,但它们远不容易受到循环回路温度维护的性能损失的影响,例如单通道热泵安排。
在单通道DHW热泵安排中,顾名思义,冷水只会通过热泵的冷凝器盘管热交换器一次,在那里它的温度在一个步骤中被提升到最终所需的温度。这些高扬程热泵通常使用R-134a制冷剂或R-774 (CO)2)制冷剂。
与多通道热泵不同,单通道设备中的储罐故意不混合。它依靠水箱分层来确保以前加热过的水不会重新进入热泵,这将导致显著的性能下降。
由于单通道热泵热水器不关心温水入口温度,因此其设计需要一个带有独立加热元件(电阻或多通道热泵)的摆动水箱或二次储罐,以适应中央再循环系统中回水的温度维持。这种带有高扬程热泵的主储罐和带有隔离热源的小型摆动储罐的组合为大多数中央家用热水系统提供了最高的整体效率。
热水储存
无论选择何种类型的中央热泵供暖系统,热水储存是所有基于热泵的DHW系统的关键组成部分。在过去的十年中,工程师们的任务是减少存储容量,并采用越来越高的瞬时输出锅炉,以最大限度地减少待机损失并提高能源效率。
即使包括待机损失,在设计热泵热水器系统时,大量的热水储存也是非常有益的。
热泵比锅炉更容易受到短循环压缩机故障的影响。此外,在btu对btu的比较中,热泵往往比锅炉成本更高。这一点,再加上它们更大的占地面积,推动了最小化项目热泵尺寸和优化热水储存以满足特定需求周期的需求。
这在双峰需求峰值的多户项目中尤其如此。万博手机版登录本官网在一个多户项目中,用热泵来满足用电高峰在经济上是不可行的。然而,将小型热泵与大型储存量配对,可以使热泵在高峰负荷期间和高峰之间延长运行时间,以给储罐充电。
增加的储存量也为使用热泵热水器的项目提供了其他好处。万博手机版登录本官网通过依赖大容量存储和减少热泵尺寸,项目将减少其连接的电力负荷,减少对电力服务规模的影响和成本。万博手机版登录本官网减少高峰电力需求可以减少需求费用,并提供一个更友好的电网设计。
生活热水储存库中的储热也可以起到与现场电池相同的作用。当与储热配合使用时,热泵热水器具有更大的灵活性,可以根据时间变化的能源成本或公用事业电网更清洁或现场可再生能源可用的时间进行负载转移。其结果是温室气体减排的显著减少。
集中式还是分布式
如前所述,基于集中热泵的DHW系统需要特别注意集成集中再循环系统。再循环系统不仅可以对集中式热泵提出挑战,而且由于热量损失,它们还会导致能源效率降低。与此同时,水在建筑周围循环。
热泵热水器的一个重要好处是,它们可以很容易地分布在整个建筑物中,而不需要延长昂贵的天然气管道。在多户建筑中,取消再循环系统不仅可以节省能源,还可以节省建筑成本。
分布式热泵热水器通常采用单块式热泵的形式,带有一个40加仑到50加仑的水箱,水箱上安装了一个小型空气源热泵。在商业建筑中,这些热泵热水器可以位于IT室或电气室附近。将热泵的进出风口导入IT室,可以在热泵运行时提供自由制冷。
此外,通过在多户建筑的公寓单元内安装分布式热泵热水器,建筑业主可以将DHW的公用事业成本转移到租户的公用事业仪表上,同时还可以为气候区的公寓提供免费制冷,这是有益的。
特别注意在生活热水应用中使用哪种类型的热泵,并将热泵与适当数量的存储相匹配,无论是集中式还是分布式,热泵为基础的生活热水系统提供了提高效率和显着减少温室气体排放的机会。
斯特·桑伯恩是史密斯集团旧金山办事处的首席注册建筑师和机械工程学科负责人。他领导脱碳工作和设计具有成本效益的净零碳建筑,校园和地区。
洛厄尔·马纳洛是史密斯集团西部地区管道学科的领导者。他是美国管道工程师协会的成员,拥有20多年设计各种建筑类型管道系统的经验。