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高温空气源热泵技术的详细介绍及其应用
高温空气源热泵技术的详细介绍及其应用
来源:中制冷设备网    2009-7-16
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1技术背景

1.1建筑物供热及空调的节能问题亟待解决

    随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高,采暖、空调、生活热水等的能源需求越来越大,是一般民用建筑物能源消费的主要部分。在发达城市,夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用,给大气环境造成了极大的污染。因此,建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。

 

1.2环保节能空气源热泵技术应用前景广阔

    空气源热泵是由压缩机——换热器——节流器——吸热器——压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程(温度高达100℃),它进入换热器后释放出高温热量加热水,同时自己被冷却并转化为流液态,当它运行到吸热器后,液态迅速吸热蒸发再次转化为气态,同时温度下降至零下20℃——30℃,这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程。
    从上面可以得知,空气源热泵是以空气中热量为能源的,只要空气中有足够的热量,它就吸收能量而产生热水。因而空气源热泵它使用不受阴天下雨白天黑夜的影响,而且在使用时,不象化石燃料在获取能源和产生电力的同时,向环境排放大量的燃烧产物,如CO2、SO2、NOx、粉尘等,对环境造成严重的污染,引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害,也严重影响了人们的身心健康。
因此空气源热泵的使用是替代传统的制冷机 锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式,是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径。也是我国节能产品能利用一个新的发展方向。

 

    1.3普通地源热泵设备难以满足市场需求

    我国幅员辽阔,气候多样,因建筑物的地理位置功能等不同,采暖空调及热水系统形式亦各不相同。并且随着人们对环保和能源问题的重视,大量原有使用燃油、燃煤、燃气等锅炉设备需要改造。而一些新上马供热系统工程,也主动寻找一些节能、安全、无污染的加热设备安装。
    目前,空气源热泵技术作为供热设备行业的一个热点,空气源热泵各类产品层出不穷。短短几年时间,在我国的空调市场上已经有数百家国内外企业加入空气源热泵产品的生产销售竞争之中。但是,由于压缩式制冷技术在工质和冷凝温度等的局限性,空气源热泵在制热工况下的出水温度一般最高只能达到55℃左右。这对于原来使用燃油、燃煤、燃气等锅炉设备高温用水的工程的改造以及一些特殊的行业(特别是工业上的如食品、电镀、化工、屠宰等行业)需要高温热水作为生产资源的工程项目。55℃的供水温度已经不能或不完全能满足系统的使用要求,从而限制了空气源热泵这一经济节能的技术的推广应用。
高温空气源热泵技术正是在这一背景下应运而生,最高可达85℃的供热出水温度大大的拓展了空气源热泵技术的应用范围。

 

2高温空气源热泵技术

2.1高温空气源热泵的概念

    高温空气源热泵的“高温”是相对于目前占市场主导地位的最高热水出水温度在55℃以下的空气源热泵产品而言,一般指环境温度在10-15℃以上时,供热温度在60℃以上的产品,正常运行出水温度范围在60—75℃,最高可达85℃。可以满足大部分生活及工业热水系统的水温要求。虽然在供热出水温度上只有十几度的提高,但对于热泵技术来说却是一个极大的突破,一般的空气源热泵机组在该工况下,性能会极大衰减甚至无法运行,因此高温热泵产品对设备零部件的选择和制冷剂的使用都有很高的要求,产品的研发和设计方面的成本也很高。目前国内市常上拥有合格高温热泵技术和产品的企业寥寥无几。

 

2.2高温地源热泵的几个关键技术

    相对于输出温度55℃以下的空气源热泵技术,高温空气源热泵在不改变设备运行环境的情况下,热泵供热温度达到60℃以上,并保持较高的运行效率和稳定的运行状态,一般需要解决如下几个关键技术。
    (1)压缩机的选择:目前热泵设备常用压缩机类型主要有螺杆压缩机、全封闭涡旋压缩机与半封闭活塞压缩机等,经过对不同类型压缩机工作特性进行比较研究,目前高温空气热泵设备一般选用美国品牌3T工况谷轮全封闭涡旋压缩机。
    (2)工质的选择:为保证高温热泵设备在稳定的可允许的工作压力下运用,采用特殊的制冷剂为工质,换热效率高并对环境无污染,对臭氧层无破坏作用;
    (3)氟路系统控制的优化:保证整体机组的长时间高温稳定运行和使用寿命,并可根据环境温度和出水温度,自动调节高温空气热泵设备运行工作状态和条件。

 

2.3高温空气源热泵技术优势

    商用和民用热泵技术在国外已相当普及,以其高效、节能、环保、利用可再生资源等众多众所周知的优势在近几年得到了迅速的发展。目前市场上的热泵设备主要低温热泵为主,热泵的输出温度低于55℃,其主要缺点是出水温度低,受到地区性和项目使用特性的限制,使用范围不广,高温空气源热泵技术在这方面取得了一定的突破,其主要表现在于:
    (1)输出热水温度高:最高输出热水温度为85℃。我国目前正在对城市燃煤采暖系统进行改造,为了适应原采暖系统的室内末端设备,必须有较高的热水温度,高温热泵就具有这一特性;
    (2)运行费用低。采用高温空气源热泵设备,在20℃环境温度下,产生75℃热水,其费用只是电加热的40%,是燃油(气)的60%。
    (3)采用专用制冷剂,换热效率高并对环境没有污染,绿色环保。

 

2.4高温热泵技术现状和前景

    目前,国内外的热泵产品主要以空气源热泵和水源热泵为主,输出温度大于60℃,高温空气源热泵在国内只有少数几个单位在研制生产,如顺德科创达冷热设备制造有限公司等,顺德科创达冷热设备制造有限公司于2005年初率先推出了最高出水温度可达85℃的高温空气源热泵机组。并在近几年里在深圳、东莞、惠州等地已成功安装了多项工程,涉及电镀、干燥、化工等多个行业,取得了良好的运行效果。

 

3高温空气源热泵技术的应用

    3.1高温空气源热泵系统的应用形式

    高温空气源热泵技术作为一种高效、环保、节能的供热制冷技术可以应用于所有的采暖空调和热水供应系统,并可以和其它新能源技术有机结合,提高综合利用效率。目前,高温空气源热泵在工程中的实际应用主要有如下几种形式。
    (1)燃煤或燃油(气)锅炉改造。直接替代供热锅炉,具有占地少,工程量小,环保,安全,运行费用低等优势,可以直接接驳散热其采暖系统而不需要改造末端系统,虽然一次投资高于普通供热锅炉,但因其运行费用仅相当于燃煤锅炉的60%,其增加的投资可以在3-5年内收回;
    (2)在一些特殊工业行业中的需用热水温度60℃以上的生产用水。如电镀业,化工行业,漂染业等。
    (3)与太阳能供热系统的结合。目前太阳能越来越多的应用到建筑热水供应和空调采暖系统之中,但是因为太阳能资源的不稳定性,基本上需要常规能源作为辅助,如采用电锅炉、染油(气)锅炉辅助加热。将高温空气源热泵与太阳能结合用于建筑热水供应和采暖系统,一方面可以节省大量的能源费用,减少对环境的污染,另一方面,对太阳能热水的温度要求降低,在满足供热温度的同时极大的提高了太阳能集热器的吸热效率,减少集热器的投资。
随着新能源利用和节能建筑技术的进一步推广,建筑能耗逐渐降低,高温空气源热泵的应用空间将越来越大,将会出现更多的应用形式。

 

3.2高温热泵技术应用实例

    (1)高温空气源热泵与太阳能等新能源的结合使用。
    如佛山市科创达冷热设备制造有限公司在广州白云区某化装品公司安装的高温热水工程。
    该工程每天需用15吨75℃的热水,作为化工原料的溶剂使用。基于广州地区一年四季日照充足,冬天气温较高的气候特点,为使达到最佳的节能效果。采用以太阳能加热为主,以高温空气源热泵为辅的工程设计方案。
    该设计方案配置2000支真空管规格为φ47×1500mm高效真空太能管,辅以两台科创达公司的PAKA-750H(13P)的高温空气源热泵。当太阳光度不够,造成太阳能部分的出水温度达不到
    75℃,系统就自动启动高温热泵补充热量,使水温达到设计要求的75℃。

 

4高温地源热泵技术的发展

    随着各科研单位对高温空气源热泵研究力度的深入和大量新技术的不断涌现,高温空气源热泵技术将不断发展,其运行效率、出水温度、应用范围将会不断的改进,满足各种方面的供热需求。比如佛山市科创达冷热设备制造有限公司目前正在研究出水温度在85℃以上的,在环境温度10-15℃下能效比能达到3.0以上的高效高温空气源热泵机组。相信在不久的将来,在地源热泵市场上将会有越来越多的产品供供热空调设计师和用户选择。
 

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