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作为一项新型技术，热泵以其在节约能源和环境保护方面的独特优势而在国内迅速发展起来。目前在中央空调和中央热水方面的应用已经相当成熟，取得了可观的节能和环保效益。随着技术的进步，热泵的应用越来越广泛。一直致力于推广热泵的PHNIX公司在其应用领域取得了新的突破，成功将热泵应用于混凝土养护工艺中。该工艺为混凝土养护过程中提供一个合适的环境，对保证和提升混凝土的质量有着非常重要的意义。
一、工程概况
1、项目概况
本工程为江苏省变电公司的混凝土预制构件生产线项目，主要为混凝土预制构件养护提供一个合适的环境，保证生产线的有效运行。公司主要生产电缆沟盖板等混凝土小型构件，年生产能力达到80000m3，按每年250天左右连续生产，最多每天生产330m3。
2、工艺要求
(1)、冷热源要求
冷热源选择为高温热泵热水机组，机组的热水供、回水设计温差不应小于5℃。在技术可靠、经济合理的前提下宜尽量加大热水供、回水温差；室外温度为6℃时，制出热水温度应≥75℃，送风温度应≥65℃。
(2)、养护窑内工艺要求
每辆小车码放5块模具，每小时进出约25吨钢材支架，约2m3混凝土产品，进入窑后分别经过预热区、升温区、恒温区和降温区，最后出窑。
预热区(包括摆渡区)工艺要求：混凝土产品的整体温度须达到30-35℃范围内。
升温区工艺要求:混凝土产品升温梯度≤25℃/h，离开本区域时混凝土产品温度须达到55-60℃范围内。
恒温区工艺要求: 混凝土产品的整体温度须在达到60℃的基础上，在本区域停留52.5min。
降温区工艺要求: 混凝土产品降温梯度≤25℃/h。离开本区域时混凝土产品温度须达到40-45℃范围内。
养护窑外环境最低温度考虑6℃，低于6℃时工艺及空调设备停止运转。
(3)、舒适性空调系统技术要求
该空调系统设计首要满足工艺空调供热要求，兼顾舒适性空调要求。
3、参考资料
《江苏省公共建筑节能设计标准》DGJ32/J 96-2010
《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
《通风与空调工程施工验收规范》GB50243-2002
《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
《建筑电气安装工程施工质量验收规范》GB50303-2002
国家现行建设管理法规和江苏省暖通空调工程有关规定《非标准机械设备设计手册》
PHNIX高温热泵技术参数
二、设计计算
依据流体力学、传热学理论，热风对流烘干室在加热状态下的热工设计方法，包括烘干室热量传递过程分析、烘干室加热烘干的热流量计算和热风流动参数的确定等。通过分析计算，用于热风对流烘干室设计时将有助于确定合理的设计参数，使热工设计更加完善合理。烘干热量计算是比较复杂的过程，需要根据采用设备的类型，传热方式，最大生产量，工件最大外形尺寸，输送链的技术特征，涂料及溶剂稀释剂，烘干温度，烘干时间，车间全年温度平均值等参数进行计算。风量根据总热量和每次换热温度提升可以计算出来。
1.烘干散热量的计算
Qh=(Qh1+Qh2+Qh3+Qh4+Qh5+Qh6+Qh7)*k
Qh:工作时总的热量损耗量
Qh1:通过烘干室外壁散失的热损耗量
Qh2:通过地面散失的热损耗量
Qh3:加热工件和输送机移动部分的热损耗量
Qh4:加热水分蒸发的热损耗量
Qh5:加热新鲜空气的热损耗量
Qh6:通过烘干室外部循环风管散失的热损耗量
Qh7:通过门框和门缝散失的热损耗量
k: 考虑到其它未估计到的热损耗量储备系数
(1).通过烘干室外壁散失的热损耗量的计算
Qh1=K*F*(te-te0)
Qh1: 通过烘干室外壁散失的热损耗量
F: 设备室体保温层的表面积之和
te: 烘干室的工作温度
te0: 车间温度
K: 设备室体保温层的传热系数，K根据温层的厚度有关。
(注：养护窑的占地面积为178.2m2，窑净高为约2m，墙体采用20mm保温砂浆，175mmALC板(参数选择详见材料热物理性能表)。墙厚约200mm。根据养护窑围护结构尺寸，计算考虑围护结构瞬变传热造成的能耗。
材料热物理性能表
传热系数K值可以按照如下计算：
K=1/(Ri +δ/λ+ Re) W/(m2·℃)
其中，δ——管壁厚度，m
λ——管壁导热系数，
Ri —内表面换热阻，
Re—外表面换热阻，
经计算，设备室体保温层的传热系数为0.85 kcal/m^2*hr*℃
(2)、通过地面散失的热损耗量的计算
Qh2=K1*F1*(te-te0)
Qh2: 通过地面散失的热损耗量
K1: 地面材料的传热系数
F1: 烘干室所占的地面面积
根据以上公式：Qh2=13543kcal
(3)、加热工件和输送机移动部分的热损耗量的计算
Qh3=(G1*C1+G2*C2)*(te2-te1)
Qh3: 加热工件和输送机移动部分的热损耗量
G1: 按重量计算的最大生产率
C1: 工件的比热
G2: 每小时加热输送机移动部分(包括挂具)的重量
C2: 输送机移动部分比热
te2:工件和输送机移动部分在烘干室出口处的温度
te1:工件和输送机移动部分在烘干室进口处的温度
(4)、加热混凝土蒸发的热损耗量的计算
Qh4=G3*C3*(te-te0)+G4*r
Qh4: 加热混凝土的热损耗量
G3:每小时进入烘干室的最大混凝土
C3:混凝土比热
te:烘干室的工作温度
te0:车间温度
G4:每小时进入烘干室的混凝土中含有的水分
r:水的气化潜热
(5)、加热新鲜空气的热损耗量的计算
Qh5=G5*C4*(te-te0)
Qh5:加热新鲜空气的热损耗量
G5:每小时进入烘干室的新鲜空气的重量
C4:空气的比热
(6)、通过烘干室外部循环风管散失的热损耗量的计算
Qh6=K2*F2*(te’-te0)
Qh6: 通过烘干室外部循环风管散失的热损耗量
K2: 外部循环风管的传热系数
F2: 外部循环风管(包括保温层)的面积
te’: 风管内的热空气温度
te0’: 车间温度
(7)、通过门框和门缝散失的热损耗量的计算
Qh7=qh*L’
Qh7:通过门框和门缝散失的热损耗量
qh:通过门框和门缝处单位长度上的热损耗量
L’:门框总长度合计Qh=301kw
2、风量的计算
风量根据总热量和每次换热温度提升可以计算出来。
G=Qh/0.24*Δte’
G: 每小时的再循环空气量
Qh: 烘干室的最大热损耗量
0.24: 空气比热
Δte’: 加热器出口和进口的空气温度差
根据以上公式：风量=43551m3，设计取整40000m3。
三、设计选型
1、设备选型
根据设计计算，养护窑的最大小时耗损量为301kw，养护窑循环风量为40000m3。参照PHNIX高温热泵设计参数，本方案设计选用PHNIX高温热泵机组PASHW216S-V-GX-PS*5台+40000m3风柜。单台PASHW216S-V-GX-PS机组的额定制热量为55kw，输入功率为20kw，机组总制热量为275kw。综合考虑工程的实际情况和投资成本，风柜内置50kw电加热，冬季机组提供制热量不足时开启。
2、系统设计思路
夏季利用热泵的原理，可以从办公区域吸热，将低位热源通过高温热泵机组加热为75度的热水。采用集中供热系统，将75度的热水运输至风柜内置换热盘管，通过风机强制换热，将换热后的风送入养护窑内，满足养护窑的工艺要求。通过热泵机组，一方面满足养护窑的恒温需求，同时满足办公区域的空调需求，冷热联供，资源得到合理利用，达到节能要求。
冬季高温热泵机组从车间环境中吸收低温热源，制取75度的热水，将75度的热水运输至风柜内置换热盘管，通过风机强制换热，将换热后的风送入养护窑内。办公区域的冬季舒适性空调热源单独设置，与夏季冷源管路并联，室内共用一套末端，夏季和冬季切换灵活。
3、系统原理图
根据工程的设计理念，系统设计如图一，气流组织设计如图二。
为保证气流组织均匀，满足生产工艺，将送风口统一设置在55-60℃养护窑墙面侧吹，风口为长条形格栅风口，吹出来后分别往两边的养护窑流动。将热量带到各条生产线。回风设置在窑顶，送风段的正压和回风段的负压使风量有利循环，保证养护窑的气流需求。为保证各区域内混凝土产品的温度达到工艺要求。在不同的温度房间之间采取风量调节阀。
四、设计总结
热泵的最大优势在于将冷热灵活转移，实现资源的合理配置。
在很多生产工艺中，既有冷量输入，又有热量输入，传统的系统需要两套设备，分别满足冷热需求，系统复杂，运行费用高。热泵的出现无疑是一箭双雕，在解决工艺需求的同时，可以实现冷热量的转移，微环境冷热达到一个均衡，除了压缩机消耗电能，不需要另外消耗能源，实现节能的效果。
随着技术的进步，热泵的应用越来越广泛。热泵在混凝土养护工艺中的应用是热泵技术应用的新突破。加强热泵的技术研发，努力开发热泵在工业领域的应用，对热泵的发展壮大具有重要意义。
来源：PHNIX集团 |
