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        水汽能熱泵技術原理及技術優勢

        瀏覽: 時間:2018-04-13

        水汽能熱泵技術原理及技術優勢


        (一)技術原理和內容

        水汽能熱泵技術是一種充分利用空氣中水蒸汽熱量的可再生能源技術,在冬季充分利用水汽能收集器收集空氣中含有的水蒸汽所蘊含的熱量,通過水汽能熱泵將這部分低品位熱量提升,作為中央空調的熱源提供以及生活熱水的供應;在夏季,水汽能熱泵將吸收的建筑熱量回收為生活熱水,利用作為高效冷卻器將多余部分的熱量散發到空氣中,從而作為中央空調的冷源提供。

        水汽能熱泵空調系統主要由水汽能收集器、水汽能熱泵、水汽能運輸系統、水汽能利用系統構成,水汽能收集器放置于建筑的室外(屋頂或者裙房樓頂),水汽能熱泵放置在建筑地下機房內,利用水汽能運輸系統中的外循環水泵將外循環液在水汽能收集器與水汽能熱泵之間來回循環(外循環液在冬季為防凍液,在低溫下不結冰,不板結,具有較好的流動性與熱交換率,在夏季為普通的自來水)。同時,利用水汽能運輸系統中的內循環水泵將內循環液在水汽能熱泵與水汽能利用系統中的室內設備之間來回循環。在冬季,低溫防凍液在水汽能收集器中吸收空氣中水汽的熱量,溫度升高;溫度升高后的防凍液在外循環水泵的作用下進入水汽能熱泵,水汽能熱泵工作后將熱量品質提升、溫度提高,將熱量傳遞給內循環液,內循環液在內循環水泵的作用下流入水汽能利用系統設備,從而將熱量傳遞到最終室內用戶。在夏季,內循環液在水汽能利用系統設備中將最終室內用戶的熱量提取出來,通過內循環水泵傳遞給水汽能熱泵,水汽能熱泵將這部分熱量傳遞給外循環液,外循環液在外循環水泵的作用下進入水汽能收集器內,通過水汽能收集器將熱量傳遞給空氣,具體形式如下圖。

         



        1 水汽能熱泵工作原理圖





        2  水汽能利用流程圖


        現階段,水汽能熱泵主要應用于建筑節能與能源應用領域,在占建筑能耗60%以上的暖通空調系統中,水汽能熱泵能夠完成冬季低溫制熱、夏季高溫制冷、全年供應生活熱水工作。通過水汽能收集器與水汽能熱泵的高效聯合運行,絕大部分地區(包括嚴寒地區、夏熱冬冷地區)大部分時間段內(高溫低濕時期以及低溫高濕時期)都能夠實現低成本、高效率地提供建筑用冷熱源及生活熱水源。通過采用水汽能熱泵的暖通空調系統,能夠將建筑能耗大大降低;同時由于其冬季制熱效果突出,完全可以取代燃油及燃氣鍋爐進行冬季供熱,故能夠減少化石能源的消耗、減少燃燒化石能源過程中所排放的污染物,達到節能、環保的目的。根據現有利用水汽能熱泵進行暖通空調供應的具體示范工程統計,水汽能熱泵中央空調系統比常規中央空調系統節能50%以上,年減少碳排放70%以上,全球推廣使用水汽能熱泵率達到20%,則可以減少碳排放3.2億噸。因此當水汽能熱泵在城市可持續發展中具有不可替代的作用。

        1、 技術原理:

        一種能夠在夏季“高溫高濕”和冬季“低溫高濕”以及冬季寒冷的氣候條件下,利用水汽能提純平臺(熱源塔),以小溫差傳熱即時吸收存儲在空氣水蒸氣中的水汽能作為熱泵的冷(熱)源,對熱泵輸入少量的高品位能,來實現低品位能量向高溫位的轉移,實現建筑物冷暖空調終端無鍋爐、無排碳、無電輔和高能效的目的。

          2、技術內容:

        ①水汽能型熱泵:采用閉式蒸發器、消噪汽霧分離器、無縫拼接防滲漏措施,使閉式水汽能在吸收空氣中低溫位能作為熱泵熱源時,運行穩定效率高,對環境無任何污染,沒有傳統冷卻塔取熱飄霧污染環境現象,對比傳統空氣源熱泵制熱減少了90%以上的結霜幾率。 

        ②水汽能熱泵機組:采用小溫差蒸發器、小溫差冷凝器、程流回油裝置、寬工況膨脹裝置、低熱源經濟器、熱虹吸回油裝置等應用于低溫熱源熱泵,使其在標準工況檢測條件下和低溫實用工況測條件下,具有制冷工質蒸發溫度高和冷凝溫度低,壓力差小、功耗低高效節能和良好的耐惡劣氣候性能優勢。

        ③溶液濃縮機:采用熱泵加熱器、膜濃縮器應用于稀釋溶液濃縮機,可使開式水汽能稀釋循環溶液濃縮達到環保排放標準。 

        ④高能存儲倉:采用高導吸收器、熱能儲庫用于高能存儲倉,可將高導吸收器吸收的太陽能存儲于熱能儲庫,作為冬季寒冷氣候的熱泵熱源。 
           采用基于濕蒸發的冷濃縮系統專利技術應用于防凍溶液濃縮,使稀釋循環溶液濃縮成本降低80%、濃縮效果提高90%,降低溶液的腐蝕度以達到環保排放標準。
           比常規油汽鍋爐或油汽直燃機供空調和生活熱水方式節能60%以上。初期投資降低80%。
                                        

          3、主要技術參數及其與替代的技術對比,特別是能效指標對比。

          創新點:

        1)、零下 20 度低溫也能正常運用;

        2)、省去附屬設備問題。

        3)、代替了鍋爐,也無需打井,占地面積小。容易施工安裝,檢修;

        4)、克服了地源熱泵埋管。檢修難,熱不平衡的問題;

        5)、取代燃氣空調,不排放廢棄和污染物。


        (二)技術關鍵點和主要的創新點:

          水汽能熱泵是以夏季高效存儲太陽能原生源和冬季即時吸收太陽能次生源作為熱泵低溫位熱源為主的技術優勢。

        技術優勢和創新點:

          1、和太陽能對比:

          1)冬季太陽能低輻射量低,太陽能熱泵需要大量的集熱板面積才能保障系統正常運行,但水汽能熱泵配套20%太陽能集熱板就可以滿足系統供熱要求。大幅減少了占地面積,施工條件要求不高;

          2)太陽能集熱器面積的創新。
        5萬平方米的賓館,冬天中央空調制熱需要5000KW的熱量。如果用常規的太陽能光熱源平板式集熱器,在陽光充足的條件下,大約需要8000平方米的集熱板。而采用太陽能濕熱源集熱器,只需要200個平方的面積,足可以保證5萬平方米的賓館制冷制熱甚至供生活熱水。
          3)太陽能儲能介質的理論創新:常規的太陽能只能在有陽光的白天才能吸收應用。我們把這叫做太陽能光熱源??諝庵械乃畠Υ媪颂柲?,這是我們這個水汽能熱泵產品的理論基礎??諝庵械乃肿?,充當了太陽能儲能的介質。
          4)太陽能換熱方式的創新:常規的太陽能集熱方式,主要是應用熱交換中的輻射換熱。而我們的是應用了輻射、對流和傳導三種方式。
          5)太陽能應用時間的創新:24小時全天候應用,白天、晚上、陰天雨天、下雪天都可以使用太陽能。突破了常規太陽能只能在有陽光的白天才能應用的限制。

          2、和地源熱泵對比:

          1)減少60%以上的敷設容量。水汽能熱泵配套少量的太陽能高能存儲庫就可以保障寒冷氣候期的熱源需求,達到地源熱泵效果。

          2)避免了城市不能打井埋管的政策限制,施工安裝檢測方便;

          3、和空氣源熱泵中央空調對比:

          空氣源熱泵空調在室外溫度4度左右,遇水汽會結冰,主機會停止工作。水汽能熱泵在冬季低溫高濕狀態下供熱不結霜,不需要輔助電加熱,夏季為負壓蒸發水冷卻高能效比制冷機,冬季為高性能寬帶無霜空氣能熱泵。具有性能穩定優勢。

          4、和化石能源天燃氣空調對比:

          1)水汽能熱泵沒有二氧化碳排放導致的溫室效應和運行費用的增加。以北京地區供熱和采用不同能源結構進行逐時的經濟性比較分析(見表1),水汽能熱泵具有明顯的低碳優勢。

        北京地區供熱100萬千卡空調系統采用不同能源結構逐時的經濟性  表1

        能源類型用途

        能源單位

        能源消耗

        單價

        (元)

        合價

        (元)

        折標煤

        kg

        排碳環境污染狀況(千克)

        電力排碳

        用戶污染

        合計

        化石

        能源

        供熱

        天燃氣

        M3

        110

        2.30

        252

        98


        264


        電力

        Kw.h

        43

        0.52

        23

        7

        18



        合計




        285

        115

        18

        264

        282

        電力

        能效

        供熱

        單冷機

        Kw.h








        空氣源熱泵

        Kw.h

        507

        0.52

        311

        73

        198


        198

        水汽能熱泵

        Kw.h

        394

        0.52

        205

        47

        127


        127

         

          2)水汽能熱泵 節能中央空調智慧系統是有效地利用太陽能可再生能源,在全球氣候適宜地區達到50%的應用量取代化石能源燃煤和燃氣空調,每年可為地球減少二氧化碳排放量20 億噸以上,相當于每年增加植樹造林面積1520 萬公頃以上。

          5、對水源熱泵的創新:
          1)低溫型水源熱泵。
          常規的水(地)源熱泵,當室外水源在5度以下時,主機就差不多不工作了。而我們的水汽能熱泵主機,室外溫度在零下10度,也能照常工作。
          2)向空中打井。常規的水(地)源熱泵大家知道,其冷熱源是向地底下打井或者在地下埋管,換取地下土壤中的冷熱源。我們的水汽能熱泵產品,其冷熱源來自于空氣中的水。大家知道,空氣中打井太容易了,換熱的水汽能手機器一安裝,井就打好了。

          6、基準情景。主要是所替代技術的應用模式及其能耗、二氧化碳排放、投資情況。


        (三)評價指標

        節能減碳能力(注明相關數據來源及測算過程,下同)。預計至2020年推廣能形成的節能量、減碳量及相應的節能能力、減碳能力(建筑、交通等不適用節能量指標的行業主要參考節能率指標)。

        1、和傳統電制冷主機+燃氣鍋爐對比

        傳統的電制冷主機+燃氣鍋爐系統具有較強的系統穩定性能,制冷制熱效果好,但是在冬季運行時,系統存在以下幾點的弊端:

        A、能源消耗高:在冬季制熱時,系統運行需要耗費大量的燃氣,造成能源的不合理利用,在國家提倡低碳能源的趨勢下,鍋爐等一系列耗能產品逐漸淘汰;

        B、運行費用高:該系統冬季制熱時,燃氣消耗量大,現有市場燃氣價格高,系統運行會給用戶產生昂貴的燃氣費用;

        C、安全隱患:鍋爐屬于國家安全生產強制標準的設備,運行時存在燃氣泄漏、鍋爐爆炸等安全隱患,對用戶的設備管理和使用提出了很高的要求;

        2、水汽能熱泵機組

          水汽能熱泵技術在長江中下游以南地區得到廣泛的運用,空調效果良好。由于受地理環境的影響,考慮到現代的環保理念建議用戶不予考慮燃氣空調;在這種情況下,我司推薦使用水汽能熱泵技術,運行費用低,結構緊湊一機多用等因素獲得廣大用戶的一致好評,成為長江中下游以南地區冬季采暖夏天制冷的的首選空調系統。

        該系統有如下優點

        A、能源利用率高:水汽能熱泵主機在運行時,能效比可以達到6.0以上,冬季制熱時效果更佳;

        B、免費的生活熱水:系統制冷時,機組對制冷負荷進行熱回收,產生免費的生活熱水;

        C、系統運行平穩,無燃氣泄漏、鍋爐爆炸等安全隱患,管理控制簡單便捷;

         


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