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低温空气源热泵

发布时间:2013年02月25日 点击数: 字号:
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:  
知识产权内容:  
第一完成单位情况:  
转让意向与范围:   推广形式:  
成果简介

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2.53.4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0.8251.122,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-7以上地区应用的普通空气源热泵机组,并且是以制冷工况为主。对于以供热为主,兼顾冷热温差大范围变化应用的低温空气源热泵机组尚无标准,而由同方人工环境有限公司负责起草的《商业或工业用及类似用途低环境温度空气源热泵(冷水)机组》国家标准尚在制定过程中,2009年有望出台。

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1.8亿平方米左右。考虑有20%的新增住房在农村,80%在城市,则采暖目标市场每年将达1.44亿平米,而且这种增长的趋势还在持续。据统计,中国每年用于新建供暖工程投资约850亿元;每年用维护与管理供暖设备与系统投资约220亿元;每年大约供暖运行费用约600亿元;平均增长幅度超过了GDP的增长幅度,因此,供暖市场前景广阔。

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25kg/㎡为计算依据,则采用低温空气源热泵供暖,可以实现节约标准煤10.25 kg/㎡。以北京为例,2010年低温空气源热泵供热的目标市场1500万平米(供暖总市场的50%)计算,则一个采暖季可节约标准煤15.4万吨。因此,低温空气源热泵技术具有很高的节能价值。

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1kg标准煤,将产生0.011kg的粉尘和1.67kg的温室气体以及0.022kg酸性气体。如果采用低温空气源热泵机组供热,则到2010年,北京地区可以减少粉尘排放1700吨,减少温室气体排放25.7万吨,减少酸性气体排放3380吨;因此,低温空气源热泵具有很好的环境效益。

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(R507R404)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。