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2020年10月23日 星期五
技术论坛
大型空气源热泵技术的研发和创新
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一、项目研发的迫切性
     我国北方地区传统的燃煤取暖危害环境和资源。
     南方地区夏季制冷耗电惊人,冬季采暖呼声较高,能源效率环境等因素引发国务院办公厅下发了2013年1号文件《绿色建筑行动方案》,将建筑能效问题提升到国家战略的高度。
     在我国城镇化快速发展时期,建筑的冷暖工程技术的发展已成为绕不过去的坎儿,面临重大抉择。
     目前为减少雾霾,燃煤取暖正在被天然气逐步替代(天然气仍有排放问题),然而我国每年自产和进口天然气的缺口仍达130亿方,燃煤取暖依旧,环境和资源的破坏依旧……。
     如何寻求一种既节能(能效比高)减排(零排放)又适宜国内大范围区域供暖制冷的新技术已迫在眉睫。
     作为一个具有50余年制冷和空调经验的专家团队,曾在压缩机组,辅机系统,蒸发式冷凝器等主要制冷设备和系统上取得众多创新成果;同时在大连港6个码头,设计并组织实施了海水热泵空调成功实践的基础上,我们认为采用大型空气源热泵技术是解决北方冬季减排,南方夏季电荒难题的唯一途径。国家有关部门已高度关注。
     目前的空气源热泵仍有两大技术难题成为制约其发展的瓶颈。一是夏季制冷效率值低;二是冬季制热容易结霜。我们经多年努力,依据基本原理,进行一系列的创新。经局部试验验证,取得初步成效。
二、大型湿式空气源热泵技术方案
     该系统类似大型制冷系统,我司曾成功地将库内温度降到-50℃以下,因此在北方地区利用热泵技术反过来供热,其中的基本技术原理及实践是不成问题的。

                            系统示意图


     其中,①我司荣获的国家发明专利“节能高效低温双级压缩机组”作为热泵主机,能有效提取室外低温热量供于室内。
     ②我司创新的高效节能环保的“蒸发式冷凝器”作为室外空气能源塔,其超大的换热面积和负压蒸发的设计理念为热泵技术的应用提供了设备保障。
     ③辅机采用新式?榛爸,将复杂的辅属设备简化为一体,组成撬装设备。
     ④采用板式换热器、提高换热效率。
     ⑤采用小温差、大面积(地板辐射)末端技术,提高效率、降低造价。
     ⑥为控制外管网漏热损失及工程造价,选择小规模区域冷热供应站方案。
     ⑦我司通过2011年一冬的试验,解决了北方地区融霜技术的瓶颈,冬季不用热工质和电冲霜,在气温-15℃以下,采用新介质冲霜,使融霜技术大幅提升,从而为空气源热泵在北方地区的应用提供了可能。
三、大型空气源热泵主要技术特点
     1、热源不受限制,现场“零排放”。
     2、系统大型化、甚至规;。
     3、采用冬季融霜的新技术,解决热泵“不过江”的难题。
     4、夏季湿式空冷却方式效率值高于冷却塔。
     5、末端采用辐射盘管技术,节能20%左右,且有蓄能和移峰的作用。
     6、采用活塞式制冷主机,排气温度高、造价低、噪音小。
     7、?楦ɑ嫉厣、成本低、施工简单、可靠性高。
     8、板式换热器是所有换热器中效率最高的。
     9、大型制冷系统技术是大型空气源热泵技术应用的基石,技术的完善程度无需证明,只是在北方空气源热泵排气压力提高了2kg/cm2。
四、系统效率指标及单位耗电估算
     我国南北跨度很大,效率指标仅以南京地区为例,见表1(使用条件:1、节能共用建筑或轻工厂房   2、无外管网)
1、效率指标
冬季制热工况 -10/+35℃ 夏季制冷工况 2/40℃
室外计算温度 -3℃ 室外计算温度 35.2℃
选取计算负荷 35w/m2 选取计算负荷 100w/m2
平均负荷 20w/m2 平均负荷 70w/m2
机组COP值 3.66 机组EER值 5.1
系统COP值 ~3.3 系统EER值 ~4.65
2、单位面积的用电量(估算):
冬季:90(天)×16(小时/天)×20w/m2×10-3/3.3=8.73度/m2.
夏季:180(天)×16(小时/天)×70w/m2×10-3/4.65=43.3度/m2.
夏季比风冷式空调节电20%以上,该节电部分恰好等于冬季取暖用电量。
五、关键技术提要
     关键节点的技术突破解决了当前亟待解决的诸项技术瓶颈,形成了该项技术的完整性和实用性。
1.研发湿式空冷新方法。夏季制冷效率甚至高于冷却塔方式。
2.研发融解除霜新方法。为解决热泵“不过江”的难题做出新尝试。
3.引用工业制冷技术及设备。实现系统超大型化。
4.高效率、低成本、高可靠性设计。
六、结论
     大型空气源热泵技术,是多年大型工业制冷、海水源热泵等工程经验的总结。
重点是在传统的空调专业技术基础上结合了工业制冷技术和空调领域的新技术,在大系统集成的理念创新上做了一些探索,并且进行了关键技术的实验。
     其效率值,在北纬40度以南,冬季平均COP值可以达到3;夏季平均节电较空气冷却式达30%,较水冷式达10%。将成为《绿色建筑行动方案》的有力技术支撑,是替代传统城域管网供热系统的有效选择,具有深远的可持续发展的重要战略价值。

                                       
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