夏热冬冷地区高效节能热泵技术.doc

夏热冬冷地区高效节能热泵技术—热湿独立处理的双温双源热泵系统研究开发摘要本文主要介绍盾安机电在高效节能热泵技术领域的研究开发工作。在温湿度独立控制空调技术基础上，进行的多功能热泵、部份复叠热泵及椭圆管换热器、辐射整流等新型末端的研究开发，不同程度地提高了热泵系统能效比。关键词：多功能热泵；复叠式热泵；温湿度独立控制；椭圆管换热器引言热泵具有制冷制热功能，因而是夏热冬冷地区夏季空调、冬季供暖的理想的冷热源设备。但由于热泵特别是空气源热泵性能受环境影响较大，其性能变化与建筑负荷需求呈相反趋势，这给扩大热泵应用、实现建筑节能带来不少困难。我们在热湿负荷独立处理、温湿度独立控制空调技术[1~3]基础上，以热（冷）能温度匹配、梯级利用为指导思想，进一步提出了双温双源热泵系统的根念，并与国内外企事业单位和高等院校合作进行了多功能热泵机组、部分复叠式热泵系统以及椭圆管换热器、新型辐射末端产品等方面进行了初步的研究开发，本文是对以上工作的简要介绍和总结，冀抛砖引玉，有助于高效热泵技术的研究发展。1．多功能热泵机组多功能热泵机组设置了两组冷凝器：一个风冷冷凝器，一个水冷冷凝器，如图1所示。根据建筑物具体情况，该热泵可以热回收、水冷、复叠等模式运行，以实现高效节能目的，以下对其作简要介绍。1．1热回收模式此模式下，热泵蒸发器17供冷的同时，辅助冷凝器7可以提供45~55℃热水，综合能效比可达8.0以上。1．2水冷模式不需要热回收或热量有多余时，辅助冷凝器7可与冷却塔联合运行，使热泵冷凝压力降低，制冷能效比较风冷提高15%~30%。我们的初步计算表明，当年制冷运行时间>1000小时时，增加的成本可以在4年内收回。1．3太阳能辅助运行模式冬季，该机组可以与集热器联合运行，太阳集热器提供15℃左右的热水进入热泵换热器7作为热泵低温热源，冷凝器17则提供热水供暖。这种模式使得太阳能集热器、热泵效率均大副提高。夏季，采用温湿度独立控制技术，热泵换热器17提供高温冷水处理室内显热，而自换热器7出来的冷却水经集热器进一步加热后，驱动溶液除湿系统对新风进行干燥、除湿，以承担室内潜热负荷。由于引入太阳能能集热器，热泵冬、夏季运行效率均得以提高，且无论天气阴晴，均能保证热水供应，高效节能。1．4混合热源模式对于某些建筑，当可供使用的地下水、河水、污水、地埋管等不能满足冷、热负荷需要时，采用该热泵机组可利用有限的可再生能源作为辅助热源，或交替运行，提高热泵效率。图1.多功能热泵系统示意图2．部分复叠式双温热源热泵系统人体的热舒适感与周围壁面温度决定、辐射温度、所处环境空气温度、风速等因素有关。常规热泵技术主要通过控制室内空气温度和湿度维持热舒适，对热泵工作时冷的热源温度水平要求较高，影响热泵性能。当采用双温热源热泵、对壁面温度进行控制时，不仅有助于改善热环境，提高热舒适感，还可以降低对热泵冷热源温度水平的要求，从而提高热泵能效。而为了兼顾冬、夏制冷制热性能，我们提出了部分复叠双温热源热泵系统，如图2所示。图2.部份复叠式热泵示意图图3.二级热泵示意图这是一个新型的混合空调系统。该系统由一级热泵、二级热泵组成。其中一级热泵制取高温冷水处理显热，回水出一路进入二级热泵，作为其冷却水处理潜热（主要是对新风除湿），由三通阀调节其流量可在一定程度上调节其容量。冬季制热时，一级热泵制取低温热水，以辐射方式供暖，回水分出一路进入二级热泵，作为其低温热源加热室内空气（或新风）。我们的初步理论分析表明，制冷、空调时，当二级热泵承担的负荷占总负荷的比例不大于50%时，本系统较常规热泵系统性能高5~40%。更重要的是，对空气源热泵，本系统由于可以复叠运行，受恶劣天气的影响较小。为了进一步提高系统能效，设计了图3所示的热泵新风机组，其中增设一风冷冷凝器，实现热回收的同时，减少了一级热泵冷负荷，从而提高了系统总能效。3．新型末端热泵提供不同温度水平的冷、热源，还需要相应的末端产品配合使用，才能充分发挥双温双源、热湿负荷独立处理的优势中，否则热泵机组能效的提高，可能被末端能耗的增加抵消[4].盾安机电与国内外企事业单位合作，研究开发了新型高效节能末端，保证了双温双源、热湿负荷独立处理热泵系统的高效节能。3．1辐射整流末端这种辐射端以低温空气诱导部分室内回风通过整流板以较低的风速均匀地送出，即无冷凝水或漏水之虞，又舒适、健康。整流区0.2~0.8m/s空调机组&新风机组室内诱导空气诱导比例约4：6送风带状喷嘴3．2椭圆管换热器铜管串铝片是目前空调设备中常用的换热器。这种换换热器生产工艺和装备技术均较为顾熟，故获得广泛应用。由于圆管换热器中空气流动方向与传热方向夹角较大，横向掠过圆管时发生边界层分离、旋涡脱离，故这种换热器阻力较大，传热效率不高。根据强化传热的“场协同”理论，采用椭圆管时，管内外换热