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E,3、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)水地表水地下水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