超临界二氧化碳热泵的排气温度能够达到80到130摄氏度, 所以它的供水系统必须在高温环境下运行, 并且还要满足大流量和低温差的要求。在工程实践中存在一个核心的差异点, 这个差异点体现在与常规的热泵进行比较的时候。常规热泵使用的是R410A制冷剂或者是R32制冷剂。
相比之下, 对于这种超临界二氧化碳热泵, 其供水管路所使用的材质需要进行重新设计。同时, 膨胀补偿的部分也需要按照高温工况来重新考量。此外, 混水控制设备的安全阀选型, 也必须按照高温工作的实际条件进行全新的设计与选择, 这并非沿用旧有方案即可, 必须严格按照新的高温条件来实施。
一、供水系统的核心组成
一套完整的CO2热泵供水系统包含以下部件：
高温水泵的流量, 通常会被设定为按照2.0～2.5倍常规同制热量热泵的配置来计算, 这样做的好处是, 可以利用大流量与低温差的特点, 而低温差ΔT大约是10～15 °C, 以此来提升末端的散热效率。
对于供水管路这一块来讲, 如果所涉及的管径是在DN25及以上的范围内, 那么就应该选择采用不锈钢管或者是PPR型III材质的管材来进行铺设和使用, 具体而言, 不锈钢管的材质可以选择304/316L这两种；而对于那种小于DN25的分支管来说, 当然也是可以有其他的选择余地, 比如说可以使用铝塑复合管, 但在这种情况下, 必须要注意的一个关键条件是, 其所能承受的工作温度一定要达到大于或者等于95 °C这样一个标准才能够被认可和使用。
混水阀/板式换热器的作用是将温度很高、范围在90到130摄氏度的出水, 降低到适合末端设备使用的温度, 具体来说就是地暖系统的温度不超过55摄氏度, 散热器的温度不超过80摄氏度, 生活热水的温度不超过60摄氏度, 这样能够防止因为超温而损坏末端的设备。
膨胀罐加安全阀: 系统是这么来定压的, 就是把隔膜式膨胀罐当成定压点。安全阀的压力是要进行调整的, 一般是按照系统里面最高工作状态下的压力的一一点一倍的数值来算。这个数值通常是不超过一点六兆帕的。
循环止回阀与排气阀: 可以防止停机之后的水倒流情况, 以及防止管路里面出现积气状况。
二、高温工况下的关键设计要点
1. 温区匹配：末端的具体类型决定了需要达成的混水目标温度是多少。地暖系统的供水温度要控制在40到55摄氏度之间, 散热片系统的水温可以达到65到80摄氏度, 而生活热水罐的温度需要维持在60摄氏度。选择混水阀的时候, 要按照最大温差这样的工况来进行选型, 这样可以避免阀门长期工作在极限位置上面。
2. 管路热补偿的意思是, 处于高温区段的管线, 其膨胀程度大概是在常温状态下也就是大约60摄氏度的时候的2到3倍左右。
对于长度达到15米的直线管段, 必须安装U型的弯曲部分或者方形的补偿设备来吸收热量带来的变化。另外, 用来支撑管道的支架之间的距离, 必须按照生产厂家的在耐高温情况下的数据来计算得到。
3. 防冻与防超温双保护: 在冬季停机的情况下, 管路还需要保持最低5 °C的防冻状态；到了夏季, 如果出水温度过高, 就必须设置一个独立的温度传感器, 并且让这个传感器和控制器实行联锁操作, 一旦水的温度超过了设置的最高上限, 这个上限通常是130 °C, 就要立刻切断压缩机的电源, 并且马上启动紧急泄压系统。
4. 水质管理: 高温会加速结垢和腐蚀, 所以系统应该注入去离子水, 电导率要小于20 μS/cm, 总溶解固体即TDS要控制在50mg/L以下, 并且每年都要进行检测。
三、与常规水循环系统的核心区别
四、选型与安装注意事项
在确定混水阀的流量时, 必须依据峰值制热量所对应的水流量来进行选取, 并且需要保证混水阀阀芯的Kv值不低于计算所得数值的1.2倍。
在高温段的管路上进行保温处理时, 我们会选择使用能够耐高温的橡塑材料或者气凝胶, 同时外层保护壳所具备的耐温性能必须大于或等于120摄氏度, 这样才能够满足相关要求。
系统在进行初次充水之后, 必须要保持0.5 MPa的压力达24 h之长, 在此过程中需要对所有法兰以及焊接点予以检查, 确保不存在任何渗漏的情形, 只有在满足此条件的前提下, 该方可被正式投入运行。
上面提到的这些内容, 把CO2热泵供水系统从挑选零部件开始, 一直到设计高温环境下的运行方案, 还有最后安装完成去验收检查, 这整个流程里面需要注意的关键点都讲到了。
在真正的工程施工过程中, 建议大家一定要同时参考国家标准GB/T 36340关于热泵机组的具体规定, 并且还要按照项目当地现行的暖通设计规范来执行相关操作。
