环境热源热泵技术

第14章、环境热源热泵技术14.1、概述14.1.1、热泵与建筑空调节能及环境1、热泵与建筑空调•“热泵”的定义:“能实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机”；最新版“新国际制冷词典定义：“能应用冷凝器排出的热量进行供热的制冷系统”。•热泵和制冷机的工作原理和过程是完全相同的，常常就是一个装置的两种称谓。热泵和制冷机在名称上的差别一是反映了在应用目的上的不同：如果以得到高温的热量为主要目的，则称为热泵，反之则称为制冷机。二是两者的工作温度区往往有所不同。由于上述两者目的不同，热泵将环境介质作为低温热源，而制冷机则是将环境介质作为高温热源。因此，对同一环境温度说来，热泵的工作温度区就明显高于制冷机。•传统的空调系统通常需分别设置冷源(制冷机)和热源(锅炉)。建筑空调系统由于必须有冷源(制冷机)，如果让它在冬季以热泵的模式运行，则可以省去锅炉和锅炉房，节省投资。2、能源利用率E比较（1）直接燃烧矿物燃料供热方式的一次能源利用率E（2）热泵供热方式的一次能源利用率E3、各种供暖方式E值比较（1）电采暖（E值：0.33）（2）锅炉采暖（E值：0.70）（3）（电动）热泵（E值：0.99）（4）利用热力原动机(燃气轮机)供热（E值：1.45）4、热泵的热源（1）热泵的热源及其分类1）空气2)水①地表水②地下水3)土壤4)太阳辐射4、排热热源(1)生活废水(2)工业废温水(3)建筑余热5、热泵的热源一览14.1.2、部分热泵系统的实物外观14.1.2、部分热泵系统的实物外观部分热泵系统的实物外观部分热泵系统的实物外观部分热泵系统的实物外观部分热泵系统的实物外观部分热泵系统的实物外观14.1.3、生活热水与热泵技术1、生活热水的产生•热水制备方式有：煤气燃烧加热、电热水器、燃气热水生产制备。•生活热水耗能高，城市各类商业建筑生活热水的能耗约为其建筑总能耗的10-40%（其中，写字楼约为2.7%；商场10.7%；饭店31%；医院41.8%）；民用建筑生活热水能耗约为其建筑总能耗的20-30%。而建筑能耗约占整个社会总能耗的30%，这样折算下来，热水的能耗约为整个社会总能耗的3-4%，根据估算，为满足全国城镇居民生活热水供应（年人均耗用热水25-35升/日），一年约要耗用相当于1750亿到2450亿度电的能量。高能耗是常规制备生活热水无法克服的缺点。用煤气、燃油去制取热水，还面临一个对于矿物燃料资源的过度消耗（我国的人口占世界21%，但石油储量仅占1.8%；天然气仅占世界0.7%，我国石油的对外依赖度达到57%）和对环境污染的问题。燃料低位发热量和热源设备的热效率用热泵原理制取生活热水•利用热泵原理制造的热水机组是一种热效率大于1的设备。无论是水源热泵或者空气源热泵，都是可以吸取低温水源或空气源的热量，再将这一些热量连同本身所消耗的一部分电能所转化的热量，转送到常温环境条件下去应用。就拿空气源热泵热水机组而言，利用了制冷工质循环过程的“泵”热原理，完全可以做到“1+2=3”甚至“1+3=4”。公式中“1”是热泵所消耗的一份能量（电能），而“2”、“3”是从空气中所吸取的热量，“3”或“4”就是用来制取热水的热量。即使在冬季日平均气温下，空气源热泵机组的能效比COP（COP=CoefficientofPerformance性能系数COP值就是机组制冷量与机组能耗（包括燃料释放出的能量和电能）之比），也可以达到2.5左右，即耗用一度电，就可以得到2150大卡的热量。也就是说，要得到同样数量的热水，使用热泵热水机组的耗电仅是电锅炉的1/3-1/4。而且到了夏季，随着气温的升高，空气源热泵热水机组的制热效率更高，COP可以达到5，而电锅炉的热效率并不因为气温升高而提高。2、开式循环加热系统•一个以热泵热水机组为热源的中央热水系统，最基本的组成是机组、蓄热水箱、循环加热泵及其管路和室内热水输配系统。而前三者综合起来，可以称之为“热源部分”。热源部分由机组，通过循环加热泵和相应管路与蓄热水箱构成一个加热循环，加热后的热水通过泵或重力外送，图1就是一个开式循环加热热源系统。开式循环加热系统闭式循环加热系统•空气源热泵热水机组在制取热水的过程中，不断把周围空气温度降下来，如果能将这部分冷空气送入房间中，便达到了“免费”供冷的目的。如果是水源热泵热水机组，那么，完全可以做到一侧制取热水，而另一侧把空调冷回水的水温降下来，又成为空调用的合格冷水，达到了一机两用的目的：在制取生活热水的同时，又提供了一部分空调用的冷水。反过来说，利用热泵原理，可以将一台空调用风冷或水冷热泵冷水机组，改装为以产空调用冷水为主、兼供生活热水的两用机组，机组全部或部分利用了制冷循环中的冷凝热来制热水。目前，一台热回收型的水源热泵热水机组，可以吸取15-60℃的低品位水（海水、污水、建筑中水、空调冷水、冷却水、工业废水等）的热量，来制取60-90℃的高品位热水，作为采暖热水、生活热水或工业用热水。•热泵制热系数（能效比）恒大于1，全年平均的能效比可达3-4，因而比任何一种矿物燃料燃烧的制热效率高，也因此是最为节能的热水机组。3空调余热利用及当中央空调兼生活热水供应的解决办法•利用热泵技术，可以充分利用空调的余热，制造出空调和生活热水同时产生的“两用机组”，或者称之为“热回收机组”—在夏季利用空调用的冷水机组的冷凝热回收，可以很方便地得到生活热水；而在冬季，对于仍需要部分空调降温的场合，也比较容易利用空调余热来制取生活热水。利用部分空调冷回水为热源，加装一台水源热泵热水机组，达到了全年供应生活热水的目的。冬季水源热泵的蒸发侧产生的冷水（7℃），仍可以供应部分需要空调降温的房间（而大型空调冷水机组可以关闭不用。风冷热泵热回收机组的简单流程可见图。利用空调冷水机组的部分冷凝热副产生活热水流程示意图一种热泵热水器工作原理热泵型空调系统原理图