热泵节能技术

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1、热泵机组由于其具有节能、环保及冷暖联供等优点,目前在国内广泛应用,其主要分为:一、空气源热泵空气源(风冷)热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷 热水机组。热泵空调器已占到家用空调器销量的4050%,年产量为400余万台。热泵冷热水 机组自90年代初开始,在夏热冬冷地区得到了广泛应用,据不完全统计,该地区部分城市中 央空调冷热源采用热泵冷热水机组的已占到2030%,而且应用范围继续扩大并有向此移动的 趋势。本次收集的空气源热泵方面论文有55篇,主要有:1、关于空气源热泵能耗评价问题为了评价和比较热泵机组与其它冷暖设备的能耗,大约有30篇论文涉及此问题。介绍了适用 于

2、热泵机组能耗分析的理论与软件,根据空调冷负荷、室外干球温度、热泵出水温度等参数, 采用温频数法,求解热泵供冷全年能耗。在求解热泵冬季能耗时,除考虑空调热负荷、热泵 出水温度、室外十球温度外,还把室外相对湿度(即温湿频数)考虑到热泵供热性能中,软 件经工程实例计算,与实际耗能量有较好的吻合,为能耗评价提供了一种方法。2、风冷热泵机组的选用目前设计选用风冷热泵冷热水机组,常根据计算得到的冷热负荷,考虑同时使用系数及冷(热) 量损耗系数后,按机组铭牌标定值选择机组台数。由于空气源热泵机组的产冷(热)量随室 外参数的改变而变化,这种选择方法可能造成机组选得过大,造成浪费;或者选得过小,使 供冷(热)量

3、不足,达不到使用要求。为此建议采用空调的逐时冷热负荷和热泵机组的供热 供冷能力的逐时变化曲线对照选择,会得到比较满意的结果。3、热泵机组冬季除霜空气源热泵冬季供热运行时,最大的一个问题就是当室外气温较低时,室外侧换热器翅片表 面会结霜,(需要采取除霜措施)。根据有关文献摘录,经二年的现场跟踪测试,其结果是 除霜损失约占热泵总能耗损失的10.2%,而由于除霜控制方法问题,大约27%的除霜功能是在 翅片表面结霜不严重,不需要除霜的情况下进入除霜循环的。目前常用的一些方法,或多或 少都存在一些问题,如发生多余的除霜动作,或需要除霜时而不发出信号等弊病存在。有关 文献提出的最佳除霜时间控制及最大平均供

4、热量控制除霜等方法,从理论上讲很有新意,但 实现起来比较困难。本人认为:采用自调整模糊除霜控制的思路及系统的基本结构,确定室 内外大气温度、相对湿度之差及翅片温度的变化率等作为输入论域,经对输入量的模糊化和 模糊推理方法,在高位机上实现模糊除霜控制的仿真,采用这种方法除霜经与实验数据对比, 判别结果与实际情况较吻合。这种方法与常规除霜方法相比,不仅延长了制热工作时间,减 少了除霜次数和除霜损失,而且使机组工作性能和可靠性得到了提高。在室外空气温度低的 地方,由于热泵冬季供热量不足,需设辅助加热器。常用方法是在室内机出风口处设加热器, 这种方法不仅传热效率低,安全性能差而且化霜时间长,室内温度下

5、降大,采用氟里昂加热 器可以明显克服以上缺陷,这种方法就是把室内侧换热器分前后两部分,在中间增加一个氟 利昂辅助加热器,即热泵在冬天运行时,压缩机排出的高温氯利昂气体进入室内换热器前部 分时已有部分气体被冷凝成液体。此时经氟利昂加热器的加热,使该部分液体再次蒸发成气 体,然后再进入室内换热器的后半部分。这样,依靠整个室内换热器,将热泵室外换热器的 吸收的热量,连同氟利昂加热器所产生的热量一并传给空调房间内,补足了由于室外环境温 度低而引起的供热量不足。相关文献介绍在KFRd-70LW热泵空调器上试验,得到了很好的辅 助加热效果,而且化霜时间由3min减少到1min (室外温度TC时);由10m

6、in减少到3min(室外温度-7C时)。4、热泵机组的噪声治理单台或多台热泵机组的噪声治理。分析风冷热泵机组的噪声传播特性,结合热泵机组的噪声 治理工程实例,介绍了封闭式隔声消声装置的设计方法、设计要点和治理效果。由于风冷式热泵的操作、管理及维修比较方使,具有制冷制热的双重功能,机组的散热又不 需要冷却塔,因此,应用越来越多。但热泵机组的噪声易对周围环境产生一定的影响,近几 年上海等地发生热泵噪声扰民的事件增多,已成为近期城市中一类带有普遍性的固定源噪声 污染问题。因此了解单台或多台热泵的噪声传播特性,探讨热泵机组群噪声防治的方法,具 有一定的普遍现实意义。从热泵机组的噪声源、噪声特性、热泵机

7、组的噪声治理实例、噪声控制及治理的技术角度看, 热泵机组噪声治理工程实例有一定的推广价值和意义,在较好地解决了热泵机组通风散热、 进排风问题、确保热泵正常运行的前提下,采用全封闭的隔声消声装置,把热泵的A声级噪 声降低20 dB左右,为在某些特殊场合把热泵噪声降低至需要的程度的噪声治理工程设计提 供了一个可以借鉴的成功实例,尤其是在热泵的排风余压较低或不了解具体的余压时,在设 计隔声消声装置的进风排风系统时可以有一个具体的计算依据。二、水源热泵虽然目前空气源热泵机组在我国有着相当广泛的应用,但它存在着热泵供热量随着室外气温 的降低而减少和结霜问题,而水源热泵克服了以上不足,而且运行可靠性又高,

8、近年来国内 应用有逐渐扩大的趋势。本次共收集到这方面的论文15篇,主要内容综述如下:1、开发和使用未利用能、发展水源热泵技术未利用能指的是还没有利用的能,大致包括自然类(如地热、温泉、河水、海水、湖水及地 下水等)和城市基础设施类(如工场、发电厂、矿井、工业废弃物及公共浴室等等),如何 利用这部分未用能作为生活用采暖、空调的热源、是应引起足够重视的问题,空调所对大连 电力大厦采用发电厂循环水作为大厦水源热泵空调系统的热源,在技术上和经济上进行了分 析,并进行了水面积的模拟试验,结果表明,采用水源热泵供热,其COP为4,每平方米采 暖可以节约运行费5万元,节标煤5公斤。某作者还对利用某矿区现有的

9、地下水(作热源), 对单身18层职工公寓和住宅小区实施冷暖联供的四种方案进行了综合比较,结果是采用水源 热泵的空调系统,不管是从投资上,还是从运行费上,都具有明显优势。2、发展住宅的水源热泵系统随着我国住宅市场化改革,新建住宅小区迅速发展和居民对居住环境的改善需求,以及环保 方面的要求,如何满足居住建筑的冷暖空调要求,是急需解决的问题。清华大学江亿提出采 用深井回灌的水源热泵方式可能成为满足这种需求的住宅供热空调方式。其原理,地下水从深井1中抽出进入板式换热器械2,与楼内循环水系统的水换热后,再通 过深井2排到地下,循环水系统经住宅楼内管网送入各户,经各户的水源热泵产生热水(冬 季)或冷水(夏

10、季)送入末端装置,满足供热或空调的要求。在对深井、水系统及水源热泵 和末端装置进行了详尽讨论,最后进行了经济分析,结果表明,采用这种“一户一机、深进 回灌”的水源热泵方式,优于目前的冬季燃煤锅炉采晦夏季分体空调方式。同时系统管理方 便,住户可很方便地单独对温度调节。这一方式全部能源由电提供,无任何污染,空调排热 全部进入地下用于冬季供暖,不再对小环境造成热污染,并且遭受不悬挂室外机,美化了建 筑外表面。由于地下水是全封闭式系统,因此既不消耗任何地下水源,又不会对其带来污染。 目前需要政府部门制定相应政策,以支持这种节能、节水、保护环境的方式。3、水源热泵应用测试分析空调所李先瑞等对大连发电总厂

11、新建综合楼三层西侧一个房间()的水源热泵系统进行了一 个冬季的实侧,得到如下结论:(1)水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式,它既具有中央空调 能效高,成本低和安全、可靠等优点,又具有分散式调节灵活、方便和便于收费等优点,是 一种适合民用建筑的采暖空调方式。(2)由于余热水源热泵具有热回收率高的特点,因此,经济性、节能性十分明显,在有条件 地方应大力推广。(3)自来水水源热泵系统,冬季采暖需补助加热,其经济性与加热热源方式有关。采用热效 率高的燃气加热方式或以价格较低的蒸汽加热水作为加热源等热源时,以它们作为补助加热 热源是合理的。4、水源热泵冷热水机组的经济性长沙铁道学

12、院丁力行对湖南地区的中央空调系统,分别采用水源热泵冷热水机组、风冷热泵、 漠化锂直燃机、水冷冷水机组+燃油锅炉四种方案进行了经济比较,结论是水源热泵冷热水机 组具有初投资较小,且成本比其它三种中央空调小1965%的优点。5、中高温水源热泵用混合工质研究在地热利用中存在的主要问题是利用后排放的水温较高,一般为4045C。如利用这部分热 水作为热泵热源,这就存在着一个使用甚么样的热泵工质问题,经采用CSD方程的大量计算, 筛选出了一种低环害的非共沸混合工质,经实验测试,效果较好。采用此混合工质用以地热 水(4045C)为低温热源的热泵系统,冷凝温度70C左右,蒸发温度在20C左右,冷凝压 力在20

13、以下,EER值在3.54之间,可以输出60C左右的热水供用户使用。三、地源热泵地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术,冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对 建筑供暖,同时蓄存冷量,以备夏用;夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进 行降温,同时蓄存热量,以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点,引起了世界各国的 重视。欧美等发达国家地源热泵的利用已有几十年的历史,特别是供热方面已积累了大量设 计、施工和运行方面的资料和数据。我国是发展中国家,由于多种原因,地源热泵的开发研究仅仅是近几年的事。1、垂直U形埋管地源热泵实验青岛建工学院1998年建设了垂直铺设的土壤源冷热两用闭式热泵系统,

14、地面设备采用美国谷 轮OM300热泵机组和立式风机盘管;地下垂直埋设一根d45*4mmU形聚乙烯塑料管,深53m, 孔网直径1.10m,塑料管总长110m (包括水平埋管4m),为了测试土壤温度变化,距主井每 隔0.8m打一深13m的辅井。1998年8月26日开始运行测试,整个试验包含了二个夏季,一 个冬季和二个春秋季,共五个季节。通过试验得到了如下结论:(1)垂直埋管系统既可作为 冬季采暖的热源,又可作为夏季空调的冷源,一机两用是可行的,它同水平敷设的系统比较, 只占用极小的室外场地。(2)采用一个单井作热泵冷热源时。夏季储热和冬季的储冷不明显,从设计角度可不予考虑。(3)经过整个夏天(或冬

15、天)的长期运行,埋管周围温度场发生变化,其作用半径大约3m 左右。(4)塑料埋管同地下的热交换能力如下:a. 向地下放热(制冷工况):按管长计算:20m/kw;按井深计算10m/kw;按管路外表面积计 算;2.5m2/kw;b. 从地下吸热(制热工况):按管长计算:35m/kw;按井深计算:1718m/kw;按管路外表面 积计算:4.5m2/kw。设计管路系统可按冬季工况设计,对夏季工况进行校核。(5) 在选择R22蒸发器和冷凝器时,建议参数如下:冷凝温度60C,蒸发温度-27C,制 热时取低值,地下埋管充液按能抵抗-7C的低温。地下流体流动温升68C,蒸发器传热平 均温差612C,制热时取低

16、值。冷凝器传热平均温差814C,室内液体一般可不充防冻液。(6) 引进西方国家钻井下管一条成施工作业;开发特殊塑料管件:U型管件,二管接管技术。 引进和开发特殊钻井回填填料,西方国家采用特殊的回填料可提高传热效果。2、垂直套管式埋管地源热泵试验及传热模型重庆建筑大学通过竖埋单管试验,地下套管式换热器较U形管换热器传热效率高2025%,在 单管试验的基础上,建设了 10kw的地下套管式地源热泵系统,该系统地下部分为5排15根, 深10m的竖埋套管,错排布置,间距1.5m,孔网与套管之间的缝隙用钻孔回收的岩浆回填, 套管直径DN7590mm,水管直径dN1525mm,管材均为PVC塑料管。地上部分为水-空气热泵 空调器;水-水热泵,末端采用立式风机盘管和冷暖地板。热泵自98年10月投入使用,经过了两个冬季,两个夏季四个过渡季的连续运行测试,系统 运

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