热泵系统设计与安装培训指导手册

编制团队： 宋忠奎、赵恒谊、许海生中国节能协会热泵专业委员会（CHPA） 尹玉霞、原祯、Liliane Ronge德国国际合作机构（GIZ） 致谢： 特别感谢德国热泵协会（BWP）及威乐中国何东波先生对编制本手册提供的建议与技术支持！ © 2024年1月，北京 本报告全文受版权保护。截至本手册发布前，德国国际合作机构和中国节能协会热泵专业委员会相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本出版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，报告发行方不对其内容承担任何责任。本文件中的观点陈述不代表项目委托方和指导部门的意见。 前言 随着我国绿色低碳发展的深入推进，以及经济发展和人民生活水平的不断提高，人们对舒适生活的需求快速提升。尤其是绝大部分的夏热冬冷地区没有覆盖北方城市的集中供暖，但这一地区冬天气候潮湿阴冷，人们的采暖需求日益强烈。与其他供暖方式相比，热泵节能舒适环保的优势更加明显，因此以热泵为核心的供热供冷系统应运而生。 热泵系统是指以空气源热泵机组作为冷热源，供暖采用热水的辐射末端为主，供冷采用冷水或冷媒的对流末端为主，为单独用户提供供暖和供冷的联合系统。常见的热泵系统包括空气源热泵水系统和空气源热泵水氟系统（俗称天氟地水）。近年来，在实现碳达峰、碳中和目标以及人民对美好舒适家居生活更高需求的推动下，国内热泵系统市场取得持续增长。 而随着热泵系统需求的急剧高涨，规模的日渐壮大，从业群体也与此剧增，而从业人员专业技能却参差不齐，其所带来的设计、施工、安装、售后服务等各种问题日益严峻。推动热泵系统在中国更加规范化的发展，持续不断地为行业培训和输出熟练和合格的热泵系统设计与安装人员至关重要，在中国开展关于热泵系统设计与安装的培训工作也极为迫切。 在德国，热泵系统对于供热转型的重要性同样日趋明显，政府的激励计划也推动了热泵系统的安装使用。德国的目标是到2030年共计安装600万台热泵。在德国，已通过暖通资格认证并拿到证书的技术工人可以通过继续培训，即专门针对热泵系统设计与安装的培训获得由德国工程师协会（VDI）热泵系统设计及安装资格认证。然而，德国热泵的规模化发展同样面临如缺少具有资质的热泵系统设计和安装工人的挑战。因此，德国国际合作机构（GIZ）在中德能源与能效合作伙伴项目框架下，深化与中德热泵行业协会、热泵企业、培训机构等的交流，加强两国在热泵系统安装技术规范、推动施工安装培训等方面的合作。 为满足热泵行业与市场发展需求，持续不断输出具备专业技能的设计与安装人员，并为热泵系统的设计和施工提供更加规范、细致的理论指导，德国国际合作机构与中国节能协会热泵专委会特编制《热泵系统设计与安装指导手册》。该手册共分为系列介绍、系统设计、施工安装、调试验收、保养维修五个部分，对热泵系统中冷热源、末端、输配系统、电气连接、运行维护等从设计到安装，再到维护的各个环节，进行了详细介绍。 希望该手册的编制完成，能为提升一线从业人员的设计和施工水平，推动热泵系统在中国更加规范化发展发挥作用。 目录 1.1热泵系统原理1.2热泵系统的组成1.3热泵系统的主要组成部件010102 第二部分 系统设计06 2.1设计参数及负荷计算2.2冷热源设计2.3输配系统及辅件2.4供暖供冷末端设计2.5电器系统与集成控制0611131719 3.1服务规范3.2安全考量3.3安装过程222223 4.1运行前注意事项及检查项目4.2系统管道试压4.3系统管道冲洗4.4主机系统调试4.5地暖调试4.6风机盘管调试4.7工程竣工验收35363636383839 第五部分 保养维修41 5.1维护保养5.2系统常见故障及排除方法4142 第一部分 系统介绍 �.� 热泵系统原理 热泵系统指以空气源热泵机组作为冷热源，供暖采用热水的辐射末端为主，供冷采用冷水或冷媒的对流末端为主，为单独用户提供供暖和供冷的联合系统。冷热源包括空气源热泵冷热水机组或空气源多联式空调（热泵）热水机组，通常单台额定制冷量不大于50kW。 常见的热泵系统包括空气源热泵水系统和空气源热泵水氟系统（俗称天氟地水）。两种系统都使用水作为输配介质，为地暖末端或低温散热器供暖。区别在于使用水作为输配介质为风机盘管末端供冷的称之为空气源热泵水系统，使用制冷剂作为输配介质为空调室内机供冷的称之为空气源热泵水氟系统。其冬季供暖工作原理如图1-1所示，夏季空调工作原理如图1-2所示。 �.�热泵系统的组成 热泵系统由冷热源主机（水机或水氟机）、末端（辐射供暖末端、对流空调末端）、输配系统及附件、控制系统等部件组成。空气源热泵水系统组成如图1-3所示，空气源热泵水氟系统组成如图1-4所示。 �.� 热泵系统的主要组成部件 热泵系统集成了对流空调供冷与地板辐射供暖的优点，夏季快速供冷，冬季舒适供暖。与传统的多联机加燃气壁挂炉的配置相比，系统实现了供冷供暖的集成控制，一个控制器可同时控制室内风机盘管和地暖，可调节设定室内温度，冷热源主机的开关由室内制冷/制热的需求自动调节，操作方式更加简便。 �.�.� 冷热源主机 冷热源主机是热泵系统的核心装置，不同企业生产的产品具有不同的产品结构。按照产品的结构划分，冷热源主机分为整体机（也叫一体机）和分体机。整体机和分体机产品的结构不同，各具优劣势。一般而言，由于分体机的水系统部分全部集中到室内机中，其防冻性相对更好一些。分体机的运输、安装也较一体机更为方便。同时，由于分体机室内机部分需要现场安装，安装过程中出现安装质量问题的几率也较整体机稍大。整体机和分体机的选择一般根据现场的安装条件确定。 �.�.� 末端 热泵系统的末端分为辐射供暖末端、供暖散热器末端和对流空调末端（风机盘管、空调室内机）。地面辐射供暖末端如图1-6所示，采暖通过敷设在地面中的地暖管向房间供暖。以低温辐射的方式向室内供热，非常适合与热泵等提供低温热水的热源相匹配，舒适性高、节能效果好、美化居室。 散热器采暖如图1-7所示，是我国北方地区最广泛应用的采暖方式，安装方便。很多北京农村煤改清洁能源项目是在原有散热器采暖系统基础上进行的。由于热泵系统的供暖水温较常规集中供暖系统低，需要通过强化传热或增加散热器散热面积的方法进一步提升散热器产品的性能，如使用低温热水作为供水的新型散热器，也称低温采暖散热器。散热器可配置温控阀，有利于行为节能。 �.�.� 输配系统及附件 输配系统及附件包括系统配管、水泵、缓冲水箱及分集水器等辅件辅材。 1系统配管 系统配管的主要功能是将冷热水或者冷媒输送到各末端设备。热泵系统各类型的管道材质、管径的选择要同时考虑制冷和采暖两项功能的负荷需求，同时要兼顾系统阻力，尤其是管道管径的选择直接决定了材料成本和系统能耗。如使用地暖，推荐使用De20管径管 路，有效降低水阻；科学选择输配系统的管道产品对于优化系统至关重要。 2水泵 水泵或混水泵站是整个循环系统的动力根本，市场上目前已应用的一些热泵采暖项目或热泵项目，屏蔽泵和离心泵都有一定量的应用。泵的类型选择根据项目水质情况和空气源热泵设备的水侧换热器类型确定。 水泵扬程选择关系到系统能耗、系统噪音、用户使用费用、使用的舒适性等各方面，要根据系统冷热负荷需求科学合理的确定水泵扬程。扬程过大对于保障效果有一定的益处，但同时会造成系统能耗过高、水流噪音过大、使用费用过高等问题。目前在热泵项目中，无刷永磁高效变频屏蔽式水泵正越来越多的被选择使用，有利于降低系统能耗和提升系统舒适性。 3缓冲水箱 热泵系统中缓冲水箱为可选附件，目前在工程项目中使用率较高。缓冲水箱安装在输配系统中，外部设有绝热层，能够增加输配系统的水容量，起到降低主机启停、热泵机组除霜时保持水温等作用，通常设置排气、定压装置。缓冲水箱在系统中示意如图1-8所示。 热泵系统中配置缓冲水箱，具备以下特点： 1）储热：保证末端热能的持续性； 2）缓冲：保证了系统管路内水力均衡、供热温度持续且均衡，更加延长了机组的使用寿命； 3）稳定节能：系统中的热能储存增大，有充足的热量向末端输送，系统在运行过程中不会出现忽冷忽热的现象。机组避免了使用过程中的长期频繁启停状态，启动频率降低，机组的运行负荷减少，运行过程中的功率消耗降低，机组使用寿命得到延长； 4）舒适：机组在化霜功能启动时，末端的热量不会因为化霜停机过程而衰弱，不会影响用户的使用舒适性； 5）选用高品质搪瓷内胆：不存在水质差异，适合于全球各种水质环境安装；搪瓷水箱承压性能好、保温性能优、抗腐蚀能力强、使用寿命长。 6）安装便捷，能为两联供市场获得更大的发展空间：缓冲水箱有落地式和壁挂式安装方式，壁挂式缓冲水箱可以作为两联供系统向小户型和房产工程配套系统的助推剂，两联供系统中有了这样的零部件，可以使两联供系统的应用范围和运用空间更广泛，让两联供系统的推广更具潜力。 4分、集水器 分集水器是连接地面辐射供暖末端和供回水干管的附件，起到由干管向各个支路供水分流、由各个支路向干管回水汇流及调节各支路流量的作用，目前市场上常见的有不锈钢分集水器、铜质分集水器和塑料分集水器等常见的分集水器，也可集成温度、压力显示、自动混水、热计量等功能。通过调节分集水器，可实现地暖的分室分时控制。 �.�.� 控制系统 热泵系统的控制系统最基本的功能是通过对室内温度的监测，实现对热泵主机以及末端启停的控制，除了开关功能，还包括运行模式、参数设置等功能，一般通过温控器（也叫控制面板）外接装置来实现。 相对于分体空调，热泵系统舒适性程度高但系统相对复杂。为实现其集成化和远程控制，需要系统能自我感知室内实际负荷变化，自动调节系统中主机和末端的运行状态。主机、水泵和末端设备等各子系统之间逻辑互连、信息共享、协同工作，如图1-9所示。同时，系统可实现互联网控制，用户可远程查看及操作供冷、供暖、空调和通风等功能，并联入第三方专业智能家居系统，通过APP实现手机远程操控；系统可连续存储主机相关各项数据，后台自我检测后台监控设备运行状态及运行数据等，实现售后的精准维护。 第二部分 系统设计 �.�设计参数及负荷计算 �.�.� 一般规定 1热泵系统室内设计参数应符合表2-1的规定。 2采用地面辐射供暖的室内设计温度可降低2℃。 3居住建筑若设置新风系统时，所需最小新风量宜按换气次数法确定，居住建筑设计最小换气次数宜符合表2-2的规定。 4公共建筑主要房间每人所需最小新风量应符合表2-3的规定。 2.1.2供暖热负荷计算 1房间基本热负荷计算应符合现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736的规定。 2采用地面辐射供暖末端时，房间基本热负荷计算还应符合下列规定： 1）进深大于6m的房间宜以距外墙6m为界分区，分别计算热负荷和进行加热部件布置； 2）高度大于4m的房间，应在基本耗热量和朝向、风力、外门附加耗热量之和的基础上计算高度附加率。每高出1m应附加1%，但最大附加率不应大于8%； 3）对敷设辐射供暖部件的建筑地面和墙面，不应计算其传热损失。 3房间热负荷Qr应按下列公式计算： 式中：Qr——房间热负荷（W）； Qj——房间基本热负荷（W），按本导则第5.2.1~5.2.2条的规定进行计算；Qh——房间的户间传热附加耗热量（W），如下确定： 1）无邻户的独立住宅Qh=0； 2）联体别墅等住宅，两户之间仅有个别房间存在共用内墙时，可仅计算该房间的内墙传热量，其它房间Qh=0； 3）多层和高层住宅Qh按式5.2.3-2计算； Qx——房间间歇供暖附加耗热量（W）； qh——房间单位面积平均户间传热附加耗热量（W/m2），多层和高层住宅可取qh＝（5～7）W/m2； A ——房间使用面积，即围护结构内表面包围的房间地面面积（m2）；α——考虑间歇供暖的附加系数和开机率，住宅可取0.3～0.4。 4地面辐射供暖房间所需向上的