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暖通系统热源塔热泵技术原理浅析

时间:2019-08-21    编辑:    点击:114


1、热源塔热泵概念的解释

 1.1热源塔热泵技术冬季,位于赤道附近的地球表面较多的接受了太阳辐射给地球的能量温度升高,热能以长波反射和水分吸热蒸发的过程上升至大气生成暖湿气流层,暖湿气流层又不断地向温度低的北极方向流动并逐渐减弱,在这个流动的区域范围内空气中蕴藏了无限的由太阳能转化的低温位热源。通过热源塔热泵输入少量的高位电能,实现低位热能向高位热能转移的一种为建筑物提供冷暖空调生活热水的可再生能源技术。夏季,长江流域以南地区“高温高湿”水汽蒸发接近饱和状态蒸发效率低,传统冷却塔失去了蒸发冷却功能导致制冷机能效比下降。热源塔夏季为冷源塔具有负压动能,它可使湿空气脱离饱和状态使水分子之间引力减小,水分子汽化加快,克服了环境条件因空气中湿度对冷却水温度值的影响,提高了制冷机效率。

1.2热源塔热泵构成由《闭式热源塔》和《低热源热泵》组成

  1.3热源塔热泵功能夏季为高效负压蒸发水冷却2级能效制冷机,冬季为高效宽带小温差无霜空气源热泵。


1.4热源塔热泵定位热源塔可高效吸收“低温高湿”空气中的低温位热源,经由低热源热泵提升为高温位热能为空调场所提供供热。环境空气温度与热泵机组蒸发温度传热温差越小,热泵的供热性能系数COP值越高;反之传热温差越大,热泵的供热性能系数COP值越低。环境空气温度的变化是不由人们意志为转移的,为了在“低温高湿”空气中获得可以利用太阳能转化的再生能源,必须减小环境空气温度与热泵机组蒸发温度的传热温差,要实现这一标准,必须提高热源吸收设备与热泵提升设备蒸发面积和低温工艺配置。工艺设计要求:热源塔吸收输出的低温位热源温度与环境空气温度的传热温差必须小于Δt=3℃,进入低热源热泵热源温度与蒸发器的蒸发温度传热温差也必须小于Δt=3℃,热源塔热泵蒸发器的蒸发温度与环境空气温度的传热温差小于或等于Δt=6℃时,热泵才能获得较高的供热性能系数。传统的冷却塔吸收输出的低热源温度与环境空气温度的传热温差大于Δt=6℃,进入水源热泵热源温度与蒸发器的蒸发温度传热温差大于Δt=7℃,水源热泵蒸发器的蒸发温度与环境空气温度大于Δt=13℃以上,热泵获得的供热性能系数较低。因此,热源塔热泵吸收低温位热源和提升至高温位热能的能力远高于冷却塔水源热泵系统。热源塔热泵中的闭式热源塔和低热源热泵是按照冬季以“吸收和提升显热能”为主的小温差传热设计,所以定位为“热源塔热泵”。与冷却塔水源热泵不同的是:冷却塔是按夏季以“蒸发释放潜热能”为主的设计,用冷却塔代替热源塔取热,其体积大换热量不足效率低凝结水份多,溶液浓度不稳定及漂损严重和污染环境。

2.热源塔热泵供热工艺原理

2.1热源塔热泵供热工艺原理开/闭式热源塔采用-20℃以下低温宽带高效换热器,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温位热源。低热源热泵采用小温差传热,热源溶液温度与制冷机工质蒸发温度差约为Δt=2~3℃。严格控制环境温度与制冷机工质蒸发温度差不超过Δt=8℃,因此提高了热源塔热泵机组的冬季供热性能系数高达3.5~4.5.冬季供热工艺原理,热源塔8从空气中获取了低温位热源由循环泵5输送给蒸发器4进行热交换释放低温位热源,由热泵1提升后的热量进入冷凝器2释放高温位热量,由循环泵6将冷凝器2释放的高温位热量输送给空调场所。通过对南方五十年一遇冰冻期热源塔热泵实验项目运行观测证明,当环境温度不低于1.0℃的情况下热源塔宽带换热器空气逆向流通畅通,为无霜状态运行。

 2.2正温度无霜期运行设计南方冬季,环境空气温度为2~5℃的持续时间为40天左右,约占冬季低温高湿天气85%以上,是传统窄带大温差传热空气源热泵结霜率较频繁期。闭式热源塔设计上采用了冷库-15℃的低温宽带小温差传热技术,比传统窄带大温差传热空气源热泵结霜温度下降了5~6℃,减少了85%的结霜机率。环境空气温度高于2.0℃以上时,空气相对湿度较大潜热含量高,宽带换热器在进行热交换时凝结水量大,凝结水分离系统自动排出凝结水份。

 2.3负温度防霜期运行设计南方冬季,环境空气温度低于1.5℃以下时累计时间约10天左右,为防止负温度条件下湿空气遇冷在蒸发器表面结霜,系统设计了负温度防霜系统,自动喷淋环保防冻溶液降低换热器表面冰点,待低温期过后采用浓缩装置分离水份,也可以按热源需求量的10%进行建筑物桩基地源取热加消防蓄热池组成喷淋防霜系统,保障闭式热源塔处于无霜运行状态。


  3.热源塔热泵经济性能


 3.1初投资成本其增加的低温宽带换热器成本及机组低温工况下效率衰减所增加的成本,仍比地源热泵土壤源(土壤地层)换热器低50%的投入。

 3.2运行经济性浙江桐庐好的大酒店采用三联供空调,夏季制冷负荷为3200KW;冬季供热负荷为2500KW;生活热水为180吨/日。制冷量5200兆瓦/年;供热量2700兆瓦/年;热水为6.8万吨/年。地区能源价格:混合源地源热泵岩层埋管120元/米;峰谷电均价0.815元/kwh、燃气2.65元/m3;燃油5.98元/kg;不同冷热源设备配置全部采用模块化螺杆压缩机。采用五种三联供空调冷热源方案进行图表分析对比表明,热源塔热泵年能耗综合费用低于任何一种空调方案,低于单冷机+燃油炉288万元(60%)、低于单冷机+燃气炉162万元(42%)、低于风冷热泵+电辅139万元(40%)、低于混合源地源热泵60万元和年还贷利息13万元(25%)。


 3.3管理方便性闭式热源塔采用宽带高效换热器,管内防冻溶液依靠动力强制循环,流速快传热均匀效率高,溶液浓度不受外界空气湿度变化影响,其冰点性能稳定管理方便。

3.4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黄河流域以南任何地区。



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