三维热泵蓄热应用

三维热泵作为一种新型热泵 实现了热量在热泵系统中的多方灵活转移 比普通热泵 的应用范围更广泛 在实际工程案例中 配合蓄能水箱蓄热解决对于昼夜温差大的地区如 西北 华北等地区的采暖问题 具有较大的可行性 符合国家的环保政策 具有较大的经 济效益和社会效益 0 0 引言引言 目前 由于热泵是一种转移热量的装置 采用热泵来蓄能是比较节能的 作为热泵蓄能 的介质 主要有水和各种相变材料 以下是这两类蓄热材料的对比 蓄能方式优点缺点 相变材料蓄热蓄能容量大 体积小 蓄热材料性质不稳定 成本较高 水蓄热稳定 成本低蓄热容量小 基于上述原因 蓄热型热泵系统并未得到广泛的应用 其中水蓄热可以采用现成的消防 水池来做蓄能水箱 具有投资低 冷暖兼用的特点 如果能解决蓄能容量偏低的缺点 则 水蓄能具有广泛的应用前景 1 1 三维热泵的原理 三维热泵的原理 本文旨在讨论一种新型热泵 这种热泵在原有热泵的基础上 巧妙地利用双四通阀切换 系统 使热泵系统能将热量自由地在三种环境或物体中相互转移 为了很好地和原有热泵 系统区分 所以形象地称之为三维热泵 如下图所示 普通热泵只能使热量在两个物体中转移 而热泵可以使热量自由地在三个物体中转移 在这 三个物体中 可以两个是使用端 也可以两个物体作为热源端 使能源可以得到进一步的综合 应用 下图表示的是三维热泵的系统原理图 由于热量的转移非常灵活 可以非常广泛地应用在很多商业和住宅场所 下面就 PHNIX 三维热泵在蓄热方面应用的可行性做一个简单的分析 2 2 PHNIX 三维热泵蓄能应用简图三维热泵蓄能应用简图 下面的图例描述三维热泵在冬季蓄热的应用原理 a a 冬天的蓄热 冬天的蓄热 b b 冬天的放热 冬天的放热 下表是同样下表是同样 1 1 吨水 采用三维热泵蓄热和传统热泵蓄能的比较如下 吨水 采用三维热泵蓄热和传统热泵蓄能的比较如下 3 3 实际工程案例分析 实际工程案例分析 3 13 1 工程基本情况工程基本情况 甘肃武威回民大酒店 其建筑面积为 6000m2 设计采暖负荷为 420kW 楼顶有一个 100T 的消防水箱 可以用来做蓄能水箱 甘肃武威是典型的温带大陆性干旱半干旱气候 特点是降水稀少 气温温差大 夏季炎 热而短促 冬季寒冷而漫长 太阳辐射强 日照充足 蒸发强烈 空气干燥 如能解决空 气源热泵衰减的问题 则非常合适采用空气源热泵来采暖 以最冷的 5 个月计算 武威的平均气温为 4 其日间平均气温在2 左右 夜间平均 气温在 10 左右 夜间 晚上 7 时 早上 7 时 的平均负荷为 420kW 日间 早上 8 时 下 午 6 时 的平均负荷为 210kW 3 23 2 机组参数机组参数 采用 PHNIX 三维热泵机组 25P 机组 该机组的参数如下 3 33 3 机组选型机组选型 如果没有蓄能 只能按酒店的最大负荷来选择机组 酒店的最大负荷出现在夜间 其负 荷为 420 kW 此时机组能力为 35kW 能效比为 1 7 所以 应选机组数量 420 35 12 台 其能耗分析如下表 1 采用蓄能方案机组容量可以选小一些 下表 2 选择了 4 台普通风冷模块和 6 台三维热泵 3 43 4 系统原理图系统原理图 如下图所示 系统说明 1 白天 a 普通模块机组 M2 给房间采暖提供热量 b 三维热泵机组 M1 给蓄能水箱 V 的水蓄能 直至水温达到 50 2 夜晚 a 夜晚 蓄能水箱首先给房间采暖提供热量 b 当蓄能水温下降至 40 时 三维热泵开启给蓄能水箱补充热量 c 当蓄能水箱水温降至 37 时 蓄能水箱停止向房间供热 这时 启动三维热泵 从蓄能水箱中吸收低位热源 经热泵提升后继续向房间供热 d 当水箱水温低于7 时 三维热泵停止从蓄能水箱吸热 这时 普通热泵和三维热 泵同时启动 同时从空气中吸收热量 向房间供暖 3 53 5 能耗分析能耗分析 下表 1 是无蓄能方案的能耗计算 表 1 下表 2 是蓄能方案的能耗计算 表 2 4 4 总结总结 采用三维热泵的方案 机组数量由 12 台减少为 10 台 其中 6 台为三维热泵 机组容 量减少了 16 7 增加了一些水管和水泵 利用现成的消防水箱 系统 成本相当或略为增 加 但是综合能效提高了 16 4 更为关键的是 三维热泵相当于是双热源热泵 它利用 昼夜温差大的自然现象 白天蓄能 晚上通过热泵提 升后再放热 使相同容积的蓄能水箱 蓄能容量增加了 2 倍 对于昼夜温差大的区域如西北 华北等区域 其节能的优势更明显 同时 以下几点有必要注意和进一步改进的 1 如何将热泵制取的水温提高 将进一步减少蓄能水箱的容积 提高一次放热的比例 有助于提高综合能效比 这里 PHNIX 芬尼克兹 已开发出出水温度 65 的北极星系列产品 该产品和三维热泵技术融合 将进一步提高蓄能的效率 2 如果结合太阳能做蓄能热源 会进一步提高蓄热能效比 1 如果有峰谷电政策 可灵活调节机组的工作时间 以获得更好的经济