低温空气源热泵
研究起止日期: | 成果水平: | ||
成果第一完成单位: | 项目负责人: | ||
成果主要完成人员名单: | 成果验收日期: | 2013-02-25 | |
成果体现形式: | 研究形式: | ||
知识产权形式: | 应用情况: | ||
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转让意向与范围: | 推广形式: |
1低温空气源热泵技术概述
热泵的功能是把热从低位势(低温端)抽升到高位势(高温端)排放。低温空气源热泵就是利用室外空气的能量通过机械作功,使能量从低位热源向高位热源转移的制冷/制热装置。它以冷凝器放出的热量来供热,以蒸发器吸收的热量来供冷。
空气无处不在,且蕴藏着取之不尽,用之不竭的低品位热能,建筑供暖温度与空气温度相近,因此空气是建筑供暖最为理想的自然能源。通过热泵技术,即可简单实现规模化高效利用的目的,它具有如下显著特点:
(1)节能:低温空气源热泵通过消耗部分电能获得2.5~3.4倍的供热量,冬季季节综合能源利用率≥3.0,一次能源利用率可达0.825~1.122,季节综合一次能源利用率为0.97,远高于电直接供暖和燃煤、燃气供暖的方式。
(2)节水:低温空气源热泵供暖时热量采自于空气,制冷时是将室内空气热量排放到室外空气中,不消耗任何水资源,不依赖水资源,不影响、不破坏水资源。
(3)节地:低温空气源热泵机组只需室外放置,例如:房顶、平台、地面等,只要是室外的任何地点都可以放置,不占用任何宝贵的土地资源。
(4)节材:冬季供暖与夏季供冷同时兼备,一机两用,机组利用率高,无需地下水源抽灌系统,无需土壤埋管系统,系统简单,工程耗材少,是典型的节材型技术。
由于空气源热泵具有不受资源条件限制的特点,且随着低温空气源热泵技术的不断发展,能效水平不断提升,其应用范围不断向北推进。目前,清华同方的低温空气源热泵在环境温度-20以上可靠运行,使空气源热泵的应用范围由长江流域扩展至华北及黄河流域地区。在建筑节能减排市场领域,其推广应用前景潜力巨大。
目前国内外已有的相关标准都是针对
2 市场前景、经济与社会效益分析
2.1市场前景
我国华北、西北、东北地区冬季供暖是必不可少的。随着房地产市场的快速发展,供暖市场也随之呈现出快速增长的趋势。据预测,21世纪前20年,每年新建住房约4.86亿平方米至5.49亿平方米,其中“三北”地区新增住房面积约占全国新增住房的35%左右,面积约有1.
2.2经济与社会效益
低温空气源热泵技术属于环境友好型节能技术,由于它通过消耗部分电能,而大量提升和利用了空气中低品位热能(太阳能)来实现供暖,从一次能源消耗角度核算,它与直接用电采暖相比,其节能率为70%;与燃煤锅炉供暖相比,节能率为41%;与燃气锅炉供暖相比,节能率为30%;以煤锅炉采暖标准耗煤指标
由于低温空气源热泵系统只消耗部分电能,大大减轻了传统燃煤供暖造成的大气污染和温室气体排放等问题。据统计,每燃烧
采用低温空气源热泵供暖,充分利用建筑自然能源,符合“温度对口,梯级利用”的用能基本原则。又可以缓解我国的能源紧张形势,推进我国的建筑节能事业的发展。同时,低温空气源热泵系统不耗水,还具有一机两用的特点,可以省去了传统空调与采暖系统中的锅炉房和冷却塔,系统紧凑,不但节省了初投资,也节省了建筑空间。因此,低温空气源热泵系统具有环保、节能、节水、节地、节材的特点,完全符合循环经济和可持续发展的战略要求,是助力建设节约型社会的典型产品,具有很高的社会效益。
3技术发展预测
空气源热泵应用于寒冷地区冬季制热。关键需解决空气源热泵的低温适应性,即:系统制热量随着室外温度的降低迅速下降。同时,随着吸气压力的降低,压缩机压力比迅速升高,导致排气温度急剧上升。主要解决途径:增加低温工况下系统工质循环量、控制机组排气温度、优化机组压缩机内部的工作过程、选用适用于大工况范围的制冷剂。如:(1)采用专门设计的采用大工况范围的制冷剂(R507、R404)的低温制冷压缩机——大压比式可稳定运行;(2)带油冷却的系统——降低排气温度;(3)带中间冷却器的二级压缩热泵系统;(4)带经济器的二级压缩热泵系统;(5)带经济器的准二级压缩热泵系统——包括带辅助进气口的涡旋压缩机实现带经济器(过冷器或闪发器)的准二级压缩热泵系统;(6) 双级耦合热泵系统——由一级侧循环(空气—水热泵机组)和二级侧循环(水—水热泵机组)通过中间水环路耦合在一起;(7)变频技术提高低温环境下的系统制热量;(8)辅助加热系统提高机组的蒸发温度;(9)复叠式蒸汽压缩系统等。
另外,高湿地区冬季风换热器结霜甚至结冰严重而影响制热效率、低环温下制热能效比低、冬夏季均衡高效难等问题也拯待解决。可以预见,低温空气源热泵技术不外乎向更低环境温度、更高效率、更多用途、更省成本这四个方向发展。