空气源热泵技术及其应用.doc

1 空气源热泵技术及其应用 建筑工程学院 建筑环境与能源应用工程 B132 班 游诚 目录目录 摘要 2 关键词 2 前言 3 1 空气源热泵的简介 4 1 概念 4 2 特点 4 3 发展历史 5 4 优点 6 5 工作原理 6 2 空气源热泵的应用 9 1 空气源热泵在我国的应用 9 2 空气源热泵的技术性分析 9 3 空气源热泵的经济性分析 10 4 空气源热泵的能量利用分析 10 5 空气源热泵与能源价格的关系 10 参考文献 11 2 摘要摘要 热泵技术是近年来在全世界倍受关注的新能源技术 人们所熟悉的 泵 是一种可以提高位能的机械设备 比如水泵主要是将水从低位抽到高位 而 热泵 是一种能从自然界的空气 水或土壤中获取低位热能 经过电能做功 提供可被人们所用的高位热能的装置 空气源热泵 作为热泵技术的一种 有 大自然能量的搬运工 的美誉 有着使用成本低 易操作 采暖效果好 安 全 干净等多重优势 本文便是对空气源热泵的发展历史 技术特点以及实际 应用进行介绍 Abstract The heat pump is a new energy technology which paid high attention by all over the world pump is an equipment which can raise potential energy as people known such as water pump can take water from low position to high position heat pump is an equipment which can take low heat energy from air water or soil in nature by electricity works provides high heat which can be used by people Air source heat pump as one kind of heat pumps has a good fame as the transporter of nature energy has advantages of low cost easy to use efficient in heating safety clean and so on And this text introduce the air source heat pump s history features and applications 关键词 空气源热泵 技术 应用 Key words Air source heat pump Technology Application 3 前言前言 空气源热泵的历史以压缩式最悠久 它可追溯到 18 世纪初叶 可以说 1824 年卡诺循环的发表即奠定了热泵研究的基础 热泵的发展受制于能源价格 与技术条件 所以其历史较为曲折 有高潮有低潮 但热泵发展的前景肯定是 光明的 当 前 热 泵 研 究 的 方 向 是 向 高 温 高 效 发 展 即 开 发 高 温 热 泵 并 最 大 限 度 提 高COP 性能系数 Coefficient of Performance 值 同 时积极发展吸收和化学热泵 等 空气源热泵热水机组的制造 推广和使用在我国只是最近 10 年的事 但 由于 其 相 对 传 统 其 相 对 传 统 制 取 热 水 设 备 的 高 效 节 能 环 保 安 全 智 能 化 控 制 不 占 用 永久 性建筑空间等优点而引起了市场日益广泛的关注 热泵热水机组以清洁再生原料 空气 电 为能源 既不使用也不产生对 人体有害的气体 同时也减少了温室效应和大气污染 目前 在我国电力资源 短缺的前提下 采用热泵热水机组制取热水 既能以最小的电力投入获得最大 的供热效益 将热泵热水机组放在建筑物的顶层或室外平台即可工作 省却了 专用锅炉房 在设备结构上真正实现了水 电分离 确保了用户的安全 4 1 1 空气源热泵的简介空气源热泵的简介 1 11 1 概念概念 空气能 源 热泵是由电动机驱动的 利用蒸汽压缩制冷循环工作原理 以 环境空气为冷 热 源制取冷 热 风或者冷 热 水的设备 主要零部件包 括热侧换设备 热源侧换热设备及压缩机等 空气能 源 热泵利用空气中的热 量作为低温热源 经 过传统空调器中的冷凝器或蒸发器进行热交换 然后通过 循环系统 提取或释放热能 利用机组循环系统将能量转移到建筑物内 满足 用户对生活热水 地暖或空调等需求 1 21 2 特点特点 1 用途广泛 四季无忧 空气能 源 热泵既能在冬季制热 又能在夏季制冷 能满足冬夏两种季节 需求 而其他采暖设备往往只能冬季制热 夏季制冷时还需要加装空调设备 2 安全运行 保护环保 空气能 源 热泵采用热泵加热的形式 水 电完全分离 无需燃煤或天然 气 因此可以实现一年四季全天 24 小时安全运行 不会对环境造成污染 3 使用灵活 没有限制 相比太阳能 燃气 水地能 源 热泵等形式 空气能 源 热泵不受夜晚 阴天 下雨及下雪等恶劣天气的影响 也不受地质 燃气供应的限制 4 节能科技 省电省心 5 空气能 源 热泵使用 1 份电能 同时从室外空气中获取 2 份以上免费的空 气能 源 能生产 3 份以上的热能 高效环保 相比电采暖每月节省 75 的电 费 为用户省下如此可观的电费 很快就能收回机器成本 5 除了灵活 节能 省电等各种优势之外 空气能 源 热泵也存在一定的 限制因素 比如 环境适应性问题 空气能 源 热泵的能量来源是空气中的热能 但面对极严寒的气候 尤其 在 国北方 空气中的热能少 所能转换的热能也就有限 普通的空气能 源 热 泵的工作效能在 10 或更低的极低温环境中会大打折扣 影响机组整体运作 无法保证采暖或热水供应 因此 为了攻克普通空气能 源 热泵冬季供暖受气 候条件制约的技术难题 具有强效制热效果的技术应运而生 如 艾默生谷轮 EVI 涡 旋强热技术 1 31 3 发展历史发展历史 热泵的理论起源于 1824 年卡诺发表的关于卡诺循环的论文 经过三十年后 在 1850 年初开尔文提出冷冻装置可以用于加热 之后许多科学家及工程师对热 泵进行了 长达 80 年的大量研究 空气源热泵技术是在 1924 年发明 但并未被 人们充分认识和应用 直到二十世纪六十年代 世界能源危机爆发 热泵以其 回收低温废 热 节约能源的特点 经过改进而登上历史舞台受到人们的青睐 在欧美大多数发达国家 如澳大利亚 英国 法国 德国 北欧南欧等国家 热泵产品已经进入了大多数家庭 在美国 热泵的产量从 1971 年的 8 2 万套 年增至 1976 年的 30 万套 年 1977 年再次增加为 50 万套 年 而此时 日本 后来居上 年产量超过 50 万套 据 1998 年美国的调查数 据显示 美国约有 30 的热水供应设备采用空气能热水机组 到从 2001 年开始美国每年安装 40 万 台空气能热水器 并保持每年 10 的速度递增 在我国 空气能热水器于 2002 年前后进入 首先登陆广东 由于它的超级 节能和全天候的特点 在 60 以下的热水市场中 迅速普及到酒店 校园 工 厂 体育馆等企事业单位设施中 6 其实 热泵的研究在我国起步比较早 50 年代 天津大学的学者开始研究 热泵 60 年代开始在我国应用暖通空调中 70 年代末期 热泵空调的发展和应 用机遇来临 80 年代初至 90 年代末我国暖通空调出现热泵热 1 4 优点优点 节能 热泵从室外的空气中获取热量 仅消耗少量电能 可把消耗的电能转 化成 3 倍以上的热能实现供热 环保 热泵热水机组在运行时无任何排放及污染 绿色环保 符合环保要求 安全 消除了普通热水机组系统中的易燃 易爆 触电 煤气中毒等安全隐 患 可靠 产品运行性能稳定 使用寿命长 维护费用低 简单 可安装在屋顶 阳台 庭院 地下室等位置 无需专用机房 不占 用永久性居住面积 结构独特 换热器独特设计 结构紧凑美观 气流组织分布均匀 效率高 换热充分 智能控制 依据模糊控制原理 动态检测用户负荷 快速达到设定温度后 保持负荷动态匹配 平稳运行 智能柔性除霜 可以根据不同地区的气候条件 设定除霜参数和控制方案 使除霜更彻底 更灵活 更节能 模块化设计 可根据用户的实际需要灵活添加 全天候运行 一年四季全天候运行 不受夜晚 阴天 雨雪等恶劣天气影响 健康舒适 提供舒适热水 稳定适宜的温度 保证人体的舒适度 经济节资 机组制热效率高 节省投资运行费用 1 51 5 工作原理工作原理 热泵技术是基于逆卡诺循环原理实现的 通俗的说 如同在自然界中水总 7 是由高处流向低处一样 热量也总是从高温传向低温 但人们可以用水泵把水 从低处提升到高处 从而实现水的由低处向高处流动 热泵同样可以把热量从 低温热源传递到高温热源 所以热泵实质上是一种热量提升装置 热泵的作用 就是从周围环境中吸取热量 这些被吸取的热量可以是地热 太阳能 空气的 能量 并把它传递给被加热的对象 温度较高的媒质 热泵热水装置 主要由蒸发器 压缩机 冷凝器和膨胀阀四大部件组成 通过让工质不断完成蒸发 吸取环境中的热量 压缩 冷凝 放出热量 节流 再蒸发的热力循环过程 从而将环境里的热量转移到水中 热泵热水机组工作时 蒸发器吸收环境热能 压缩机吸入常温低压介质气 体 经过压缩机压缩成为高温高压气体并输送进入冷凝器 高温高压的气体在 冷凝器中释放热量来制取热水 并冷凝成低温高压的液体 后经膨胀阀节流变 成低温低压液体进入蒸发器内进行蒸发 低温低压液体在蒸发器中从外界环境 吸收热量后蒸发 变成低温低压的气体 蒸发产生的气体再次被吸入压缩机 开始又一轮同样的工作过程 这样的循环过程连续不断 周而复始 从而达到 不断制热的目的 热泵原理示意图如下 热泵在工作时 把环境介质中贮存的能量 QA通过蒸发器进行吸收 热泵本 身做功消耗的能量 有部分转化为热能 QB 热泵循环工质在冷凝器中释放的热 8 量 QC等于 QA QB 由此可以看出 热泵输出的能量为机组做功产生的热能 QB和 热泵在环境中吸收的热量 QA 因此 采用热泵技术可以节约大量的电能 热泵的节能原理如下图所示 举例 TFS SKR760 S 机组 热泵系统输入功率 6 88 kW 周围环境温度 20 输出的制热功率却达到 31kW 这意味着热泵工作时从周围环境吸收了大 量的免费热能 在此过程中 系统仅仅只消耗了 6 88 kW 的电能 却能等同于 输入功率为 31kW 0 95 32 63 kW 的传统电热水器完成的工作 系统能效系数 COP 高达 450 COP 制热量 输入功率 热泵热水机组是利用热泵技术原理 在热泵系统的工作循环中 将免费能 源 空气热能搬运到水中 从而达到加热冷水生产热水的目的的一种高效 环保 节能型热泵产品 它的最高热效率可达 590 年平均热效率可达 360 在制取低温 60 摄氏度以下 的热能方面 以消耗电能或燃料的化学能这 种传统方式已经开始逐步让位给热泵制热方式 因为在这一领域 热泵系统的 制热效率可以轻易的超出传统方式数倍以上 因此 制60 热水费用小于太阳 能辅助电加热系统 比电热锅炉节电80 比燃油锅炉节省耗能费用50 制热水 量可以根据需求自动调节 适应温度范围在 10 50 的地区 热泵热水机组适用于宾馆酒店 饭店 度假村 泳池 桑拿浴场 公寓 工厂 大专院校 医院 疗养院等需要热水的单位使用 尤其在燃油越来越紧 张的今天 更体现了热泵的优越性 9 2 2 空气源热泵的应用空气源热泵的应用 2 12 1 空气源热泵在我国的应用空气源热泵在我国的应用 欧洲第一台热泵机组是在 1938 年间制造的 它以河水低温热源 向市政厅 供热 输出的热水温度可达 60oC 在冬季采用热泵作为采暖需要 在夏季也能 用来制冷 1973 年能源危机的推动 使热泵的发展形成了一个高潮 目前 欧 洲的热泵理论与技术均已高度发达 这种 一举两得 并且环保的设备在法 德 日 美等发达国家业已广泛使用 80 年来 我国热泵在各种场合的应用研究有了许多发展 针对我国地热资 源较丰富的情况 若把一次直接利用后或经过降温的地下热水作为热泵的低位 热源使用 就可增大使用地下水的温度差 并提高地热的利用率 这在京津地 区早已有过应用实践 而这种设备同时对于我国能源使用效率不高 分配不均 匀的现状也提出了一个有效的解决方法 2 22 2 空气源热泵的技术性分析空气源热泵的技术性分析 1 空气源热泵机组可以达到一机两用的效果 即冬季利用热泵采暖 夏季 进行制冷 既节约了制冷机组的费用 有节省了锅炉房的占地面积 同时达到 了环保 2 如业主已有地热井 则可利用空气源热泵装置进行梯级转换 能大大便 于热资源的充分有效地利用 3 用于生活采暖和生活水加热等需要的能源消耗 如果依靠直接电热会造 成能源再浪费 是不可取的 采用热泵供热和加温才能更有效的利用电能 4 使用空气源热泵技术供热采暖对大气及环境无任何污染 而且高效节能 属于绿色环保技术和装置 符合目前我国能源 环保的基本政策 对用户本身 也无形中起到自我宣传的作用 10 2 32 3 空气源热泵的经济性分析空气源热泵的经济性分析 空气源热泵的经济性是由多方面来确定的 它与锅炉房供热相比 显然具 有以下特点 1 运行附加费较小 这是因为 1 热泵装置不需要燃料输送费用和保管费 排渣运输费等 2 检修周期较长 因锅炉设备与高温烟气接触 构件极易受损 而热泵系 统只有两个部件运动 磨损少 平时无需任何检修 3 管理人员与劳动强度均可减少 节省工资开支 2 运行直接费用 电费 一般比燃煤锅炉大 这是热泵的主要开支 3 热泵初投资费用常大于锅炉房设备 指单纯为冬季供热而设 相同容 量的制热设备比锅炉设备为贵 此外 初投资与装置规模 机房土建规模投资 亦有关 2 42 4 空气源热泵的能量利用分析空气源热泵的能量利用分析 地下水的差温蓄能量大 属于低位热源 通过热泵的转换即可成为生活和 生产过程的有用热量 而热泵拥有大于 1 1 3 2 5 4 以上 的能效 对能量 的利用远远优于其他方式的采暖方式 2 52 5 空气源热泵与能源价格的关系空气源热泵与