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1、 热源塔热泵在空调工程中的实践应用热源塔热泵在空调工程中的实践应用 方国明方国明 1 张晨张晨 2 （1 桐庐好的大酒店有限公司，浙江桐庐好的大酒店有限公司，浙江 311500 2 东华大学环境科学与工程学院，上海东华大学环境科学与工程学院，上海 201620） 摘摘 要要 以“热源塔热泵”实际应用工程为例进行综合性经济分析、比较，认为“热源塔热泵”实现冷暖空调、卫生热水三 联供系统节能效果明显，系统简洁、室内外设备占地面积都比较小、初投资经济合理、综合运行费用低，值得交流探讨。 关键词关键词 热源塔热泵 冷热源 经济分析 节能高效 APPLICATION OF HEAT-SOURCE TOW
2、ER HEAT PUMP USED IN AIR-CONDITIONING ENGINEERING APPLICATION OF HEAT-SOURCE TOWER HEAT PUMP USED IN AIR-CONDITIONING ENGINEERING Fang Guoming1 Zhang Chen2 (1 Tonglu good Hotel Co., Ltd., Zhejiang 311500；2 College of Environmental Science and Engineering, Donghua University, Shanghai 201620) Abstrac
3、t The economic analysis of heat-source tower heat pump is carried out with some practical examples. It is found that this new device could supply cold and heat source for the heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system in summer and winter respectively, also could supply hot water throug
4、hout the year, showing potential prospects, such as obvious energy-saving, simple system, space and investments saving, low operating costs, etc, being worth to be discussed extensively. Keywords Heat-source tower heat pump Cold and heat source Economic analysis Energy-saving and high efficiency 1 热
5、源塔热泵概述热源塔热泵概述 1.1 热源塔热泵热源塔热泵 热源塔热泵是低品位热源提升设备，夏季为节 能水冷却制冷机，冬季为高效宽带无霜空气源热 泵。 1.2 热源塔热源塔 热源塔是利用空气经过塔内空间的表面空隙 逆向流通，形成液/气或气/换热器之间的接触面， 完成显热交换（空气与溶液之间存在温差时，由导 热、对流和辐射作用而引起的换热结果）和潜热交 换（是空气中的水蒸气凝结/蒸发而释放/吸收汽化 潜热的结果）的换热装置。 1.2.1 开式热源塔热泵供冷、热工艺原理开式热源塔热泵供冷、热工艺原理 如图 1 所示，夏季为高效水冷却制冷机，冬季 是将低于湿球温度的特制防冻溶液均匀喷淋在具 有亲液性质
6、填料层的凹凸形波板上，防冻溶液在亲 液填料面形成液膜，空气则经多层凹凸形波板填料 空间的表面空隙逆向流通，形成液/气之间的接触 面。溶液在热源塔中热交换吸热主要是依靠表面液 膜，总热交换是显热交换加潜热(或负值潜热)交换 的代数和。 防冻溶液的浓缩 冬季-54低温及阴雨联绵 期间，防冻溶液膜直接同空气进行显热与潜热换热 的同时， 凝结了空气中的水分， 防冻溶液浓度下降， 冰点上升。浓缩装置的作用是将稀释的防冻溶液浓 缩使其冰点下降。 开式热源塔热泵经济性能 热源塔是按冬季 小温差取热工况选型的，夏季散热能力大于传统的 冷却塔，同时又进行热回收加热卫生热水，比冷却 塔单冷螺杆制冷机提高效率 5-
7、10%以上；冬季在保 持防冻溶液浓度的情况下避免了结霜、半结霜时的 低效率和化霜的功耗，能持续正常供热，制热效率 341 在环境温度 0时，供暖 45的情况下 COP 值高达 3.0 以上。 图图 1 开式热源塔热泵流程图开式热源塔热泵流程图 运行管理 防冻溶液膜直接与空气接触换热， 防冻溶液浓度易受外界空气湿度变化影响，凝结水 量大，使其冰点容易发生改变，因气候有周期性降 温波动，需要认真监测防冻溶液浓度，长期启动浓 缩装置浓缩，保持防冻溶液浓度比较困难。防冻液 在开式运行时对管道和水泵等金属腐蚀也影响较 大。综合管理相对繁琐，维护成本相对较高。 系统适用性 设计及配置合理的开式热源塔 热泵
8、系统广泛适用于长江流域以南地区。 1.2.2 闭式热源塔热泵供冷、热工艺原理闭式热源塔热泵供冷、热工艺原理 图图 2 闭式热源塔热泵流程图闭式热源塔热泵流程图 如图 2 所示，夏季为负压水蒸发冷却制冷机， 冬季为闭式-10以下低温宽带换热器， 空气则经多 层宽带翅片换热器表面逆向流通，形成传热面与空 气之间的显热与潜热的交换，获得低于环境温度 2-3的溶液作为热源塔热泵的低品位可再生能源。 防霜和防霜溶液浓缩 环境空气温度高于 1 以上时属于无霜运行期，此时运行产生的大量凝结 水通过控制阀门直接排放，当热泵检测到 1以下 低温位热源时，自动喷淋环保防霜溶液降低换热器 表面冰点，此时防霜溶液通过
9、阀门控制回流至溶液 池，解决冬季 10 天左右的低温期运行除霜。环境 温度 1以下时相对湿度较低凝结水较少，采用大 气回温浓缩装置来分离水份，保持防霜溶液浓度， 确保在 1以下恶劣工况下能连续正常供热。 342 闭式热源塔热泵经济性能 夏季为负压水冷 却制冷机，运行时进行部分热回收免费提供卫生热 水的热能，减少了制冷运行过程中热量的排放，降 低了对环境的废热污染和卫生热水加热高品位能 源消耗、废气排放，热回收还改善了冷凝器和机组 的运行条件、延长了设备的使用寿命，提高了机组 的运行效率，COP 值可以提高 10%-15%。并设计 了旋流汽液分离消噪系统，有效地控制了水飘和风 噪对环境的影响。过
10、度季节制取卫生热水工况运行 时免费提供各功能区域的空调冷量需求，而且还得 到了比室外环境更理想的热源，运行效率比自然环 境换热更高。冬季为闭式高效宽带无霜空气源热 泵，采用宽带小温差传热设计的闭式热源塔，提取 低品位热源能力比窄带空气源热泵换热器结霜温 度下降了 45，冬季 85%的时间为无霜高效运行 工况， 降低了浓缩系统的运行功耗、 防冻剂的损耗。 制热效率在环境温度 0时，供暖 45的情况下 COP 值高达 3.2 以上。 运行管理 夏季制冷时系统为开式循环冷却， 使用的是性能稳定的自来水。冬季采用闭式宽带高 效换热器，管内防冻溶液依靠动力强制循环，流速 快传热均匀效率高，溶液浓度不受外
11、界空气湿度变 化影响，其冰点性能稳定，防冻液在闭式运行时对 管道和水泵等金属腐蚀影响很小。冷凝凝结水自动 控制排放，低温期运行除霜时间短，保持防霜溶液 浓度可靠，防霜溶液在换热器表面使用后阶段性地 被冷凝水冲洗腐蚀影响也较小。综合管理方便，维 护成本较低。 系统适用性 设计及配置合理的闭式热源塔 热泵系统广泛适用于长江流域以南地区。 2 热源塔热泵的应用工程与使用性能热源塔热泵的应用工程与使用性能 2.1 开式热源塔热泵应用工程与性能开式热源塔热泵应用工程与性能 工程概况 浙江舟山市普陀山大酒店（四星级 酒店）座落于普陀山中心区司基畈地段，占地 面积约 24 亩。建筑面积：16800 m,酒店
12、内设标准 （包括无烟房）及各式套房共 168 间（套） ，并设 有中餐厅、西餐厅、多功能厅及包厢 12 间，可接 纳 500 人同时就餐，并配有会议中心、商务中心、 商场及娱乐中心等多项配套设施,要求满足四星级 酒店空调需求及每天提供生活热水 80 m3。 系统设计 采用 “开式热源塔热泵， 冷暖空调、 热水三联供”系统，热泵机组设计容量，按夏季标 准工况冷量采用 360 kW3 台、160 kW2 台，开 式热源塔：取热量 750 kW2 台。 使用性能 在改造前系统冷、热源使用的是水 冷螺杆制冷机燃油锅炉。通过热源塔热泵机组改 造后每年空调运行费用为 120 万元，比改造前节省 50%。夏
13、季：热源塔热泵机组 360 kW3 台运行制 冷工况为酒店提供空调制冷， 机组 160 kW2 台运 行制冷工况为酒店提供空调制冷的同时通过热回 收加热卫生热水，满足整个酒店卫生热水需求，多 余的热量通过热源塔释放到大气中，空调冷冻水 712，卫生热水 5055，卫生热水免费使用。 过渡季节： 热源塔热泵机组 160 kW2 台运行制热 工况为酒店提供卫生热水，免费为酒店餐饮空调提 供冷量（酒店餐饮部分一般在过渡季还需提供冷空 调） 。冬季：热源塔热泵机组 360 kW3 台运行制 热工况为酒店提供空调制热，空调热水 4548， 热源塔热泵机组 160 kW2 台制取酒店卫生热水， 卫生热水
14、5055。 开式热源塔其他应用工程： 浙江息耒小庄度假村 （五星级酒店） ， 建筑面积 20000 m。 江都质检站 （办 公楼）4500 m。镇江阿得宝假日酒店（三星级酒店） 6500 m。湖南永顺大酒店（酒店）8000 m等。 2.2 闭式热源塔热泵应用工程与性能闭式热源塔热泵应用工程与性能 工程概况 湖南吉首市金煌宾馆，地处湘西山 区， 冬季低温高湿， 夏季高温酷暑。 空调面积 2300 m ，其中客房 80 间，大堂 150 m，茶艺中心 95 m。 每天生活热水需求量 15 m3，供暖温度要求 28。 系统设计 采用 “闭式热源塔热泵， 冷暖空调、 热水三联供”系统，热泵机组设计容量
15、，按夏季标 准工况制冷量采用 120 kW 机组二台。 闭式热源塔： 取热量 100 kW2 台。 使用性能 2008 年初南方遭受了 50 年一遇的 -1 -4冰冻期，闭式热源塔热泵系统经受了严峻 的实际考验。 标准工况制冷量为 1202= 240 kW 的 机组在低温位热源进水温度为-5情况下，压缩机 自然衰竭要大于标准工况制冷量的 25%，实际工况 供热量为 902= 180 kW。在冰冻期期间，由于热 源塔热泵低温位热源来源稳定，无霜运行效率高满 足实际运行要求， 平均日输出 45生活热水 15 m3， 客房供暖温度达到 2833，大堂供暖温度达到 2426。 3 不同冷、热源热泵方案
16、比较不同冷、热源热泵方案比较 343 3.1 工程综合概况工程综合概况 桐庐大酒店按五星级酒店标准设计集客房、餐 饮、娱乐、休闲、会议、办公及商场为一体的多功 能综合性项目。地上建筑面积：43000 m。地下建 筑面积：3160 m。 3.2 设计方案依据设计方案依据 1）暖通设计规范公共建筑节能设计标准 GB50189-2005； 采暖通风与空气调节设计规 GB50019-2003。 2） 区域气候条件 根据气象台记载， 2004-2008 年冬季夜间低于 0以下至-5气温约 10 天左右。 其它气温多为 08持续时间约 80 天左右。 3） 冷、 热负荷参数 空调使用面积： 33325 m2， 依据计算，夏季逐时制冷高峰负荷为 3155 kW，单 位使用面积冷指标为 95 W/m。冬季逐时供热高峰 负荷（含热水负荷）为 2550 kW，单位面积热指标 （不含热水负荷）为 56 W/m，每天生活热水需求 为 180 m3。 根据以上
