1、一种新型的可再生能源利用设备湖南大学成剑林什么是热源塔热泵？热源塔热泵为什么能在冬季供热？热源塔热泵的优点有哪些？实际案例热源塔热泵是一种冬季吸收室外空气中的热量来为系统提供热量、夏季将系统的热量排出到室外的组合配套设备装置。其中最主要的组成部分为：热源塔、小温差水源热泵、除霜机。热量的传递原理热泵的工作机理热源塔的结构特性热源塔的换热机理热源塔热泵的工作原理热量只能从高温物体传递到低温物体或者从物体的高温部分传递到低温部分。热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，就会有热传递现象发生，并且将一直继续到温度相同的时候为止。发生热传递的唯一条件是存在
2、温度差，与物体的状态，物体间是否接触都无关。热传递的结果是温差消失，即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度。热量的传递方式有三种：热传导、热对流、热辐射。是固体中热传递的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与对流同时发生Q=KFTQ传导的热量K导热系数F传热面积T两侧的温度差K值：导热系数 W/(m。K)铜：400铝：327铁：80水：0.54聚苯板：0.04空气：0.024想要保温-尽可能地选择K值小的材料作为保温材料想要传递热量-尽可能选择K值大的材料作为换热器F值：换热面积 m2-要想将换热量提高，应该尽可能地增大换热面积。温差 K温差越大则换热效果越
3、好当温差过小时，换热效果则不明显。流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的特有方式，气体的对流现象比液体明显。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。 加大液体或气体的流动速度，能加快对流传热。热对流的公式为“Q=HAT”。Q-热量，也就是热对流所带走的热量；H-热对流系数值；A-热对流的有效接触面积；T-固体表面与区域流体之间的温度差。 热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效
4、接触面积和温度差成正比关系； 热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能带走的热量也就越多。 热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能传递的热量也就越多。物体在加热或冷却过程中物体，温度升高或降低而不改变其原有温度、原有相态，所需吸收或放出的热量，称为称为称为称为显热。它能使人们有明显的冷热变化感觉，通常可用温度计测量出来。物质发生相变（物态变化），在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作“潜热”。物质由低能状态转变为高能状态时吸收潜热，反之则放出潜热。水从0加热到100需要420kJ/kg水在一个大气压（0.1MPa） 100时的汽化潜热为2257.2kJ/kgQ=Gc（t1
5、-t2）Q传递的热量G流体的流量C流体的比热t1、t2流体的换热前后温度水的比热：4.20kj/kg空气的比热：1kj/kg在消耗一定的能量下，能将热量从低温物体转移到高温物体。热泵由蒸发器、压缩机、膨胀阀、冷凝器组成，工质依次在四个部件中循环流动，不断改变状态，完成吸热与放热。热泵按照热量来源分为水源热泵、地源热泵、空气源热泵等。压压缩缩机机冷凝器冷凝器蒸发器蒸发器节流阀节流阀高温高压气体高温高压液体低温低压液体低温低压气体49103393732127热源塔由塔体、风机、加肋换热盘管、喷淋水箱、喷淋循环泵、除霜机构成。塔体与一般冷却塔不同，为四面进风型，增大进风量。风机比一般冷却塔大，为变频
6、风机，分冬夏两季不同工况使用。换热盘管面积大、肋片间隔大，可有效防止冬季结霜。喷淋系统可喷淋防冻液，有效防止冬季结霜。热源塔热泵技术是一项通过利用室外空气中的热量，实现采暖、制冷、提供卫生热水的新技术。冬季它利用冰点低于零摄氏度的载体介质，高效提取空气中水蒸气凝结为水的过程中所放出的能量，达到制热目的;夏季由于热源塔的特殊设计，起到了高效冷却塔的作用，达到制冷的目的。冬季热源塔热泵平均能效比达到3.5以上，夏季平均能效比达到4.5以上。热源塔吸收输出的低温位热源温度与环境空气温度的传热温差必须小于t=3，进入低热源热泵热源温度与蒸发器的蒸发温度传热温差也必须小于t=3，热源塔热泵蒸发器的蒸发温
7、度与环境空气温度的传热温差小于或等于t=6时，热泵才能获得较高的供热性能系数。换热效率高。冬季不结霜。运行成本低。管理方便。适用性强。换热效率高：换热面积可达到2000m2以上；循环风量可达23万m3/h;传热温差为3时可提供1000KW的热量。整机夏天EER达到5-6之间，冬天0时的COP值达到3.5左右冬季不结霜：三种防霜形式可选择： 冷凝水分离装置，间歇喷淋高分子环保溶液降低换热器表面冰点，同时分离溶液中水分； 蓄热能融霜装置，气候温和期向蓄热池蓄热，负温度期间歇喷淋防止蒸发器结霜； 地源融霜装置，采用供热量10%的地源，负温度期间歇喷淋防止蒸发器结霜。l防冻液又称阻冻剂，是一类加入到其
8、他液体(一般为水)中以降低其冰点、提高抗冻能力的物质。l 热源塔系统可选用的抗冻剂有甲醇、乙醇、乙二醇、水溶性酰胺和氯化钙、盐水及某新型冰河冷媒等。运行成本低（对应于提供1000KW热量）：风机输入功率13KW；循环泵输入功率7.5KW；冷凝水分离机输入功率5.5KW。管理方便。 不需要专业知识即可对热源塔进行操作管理，停开机方便，实时融霜不需要停机。 可与太阳能热水器、太阳能集热板、地源侧埋管、水源侧管道等并联连接，方便进行切换与调整。 适用性强：热源塔占地面积小，可灵活布置在裙楼及楼顶、空地等。热源塔可适应-5到40与相对湿度在50%到90%的室外环境，可提供低位热源与高位冷源。 冷(热)
9、源塔A1；热源泵A2；热泵蒸发器A3；换向阀Z1；换向阀Z2；换热器B1；负荷泵B2；热泵冷凝器B3；膨胀罐P1 P2；冷凝水分离装置C1；蓄热能融霜装置C2；地源融霜装置C3。A1A2B2Z2Z1A3B3B1C3C2C1P1P21.1.工作环境范围广工作环境范围广冬季，由于充分利用了气候、气象条件阴雨连绵，潮湿阴冷，湿球温度高,能量储藏巨大的特点，热源塔提取低品位能性能相对比风冷热泵稳定.整个冬季机组的性能系数COP可在3.03.5范围内变化。 2.2.一机多用一机多用取代原来水冷系统+燃油/燃气/燃煤锅炉，节省占地面积。热源塔热泵系统不仅可以夏季制冷、冬季供暖，而且机组还可以提供一年四季生
10、活热水，特别是夏季机组可以做热回收将室内热量收集起来转移到生活热水中，相当于夏季免费制取生活热水3.3.能效比高能效比高夏季，由于热源塔是按照冬季提取显热负荷能力设计的，转化为冷却塔后有足够地换热面积可承受瞬间高峰空调余热负荷，冷却水温低，换热效率最高。机组的能效比EER可在4.24.5范围内变化,节能效果显著. 比风冷热泵机组可节能25%30%；同土壤源热泵空调相比节能效果相近。热源塔提取低品位能不受能量储藏的限制，可为宾馆酒店提供充足生活热水. 4.4.高效环保高效环保由于热源塔采用了特殊结构设计，冬季载体循环提取低品位能,有效地利用湿球温度高储藏的巨大能量的特点，省去了为辅助供热时即不卫
11、生又污染环境锅炉.夏季采用常规制冷，载体循环换热面积大能效高。还可提供生活热水,一机三用。提高了设备使用率,降低了初投资,节能环保. 5.5.热泵机组使用寿命持久热泵机组使用寿命持久热泵机组冬季使用的热源,是月波动很小的湿球温度显热能，蒸发压力稳定度和蒸发温度都高于风冷热泵，使得机组比风冷热泵机组有更宽的运行范围； 热泵机组夏季使用的冷源，是汽化蒸发潜热带走空调余热，热源塔在夏季有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调余热负荷，冷却水温低，效率高。全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长。 6 6、不受地质条件及场地限制不受地质条件及场地限制热源塔热泵系统适用于室外湿球温度高于-9以上长江
12、以南地区。 1）与地源热泵比：不受地质条件的制约，占地面积小； 2）与水源热泵比：不依赖地下水、地表水等热源； 3）与风冷热泵比：主机放置在机房，噪音小，功率大。 7 7、初投资低、性价比高、初投资低、性价比高热源塔热泵系统综合经济性能较高，用于夏季制冷时具有负压蒸发冷却水温度低的节能特点；用于冬季供暖时，采用低温宽带技术和负温度喷淋防霜溶液。 热源塔热泵在中国长江流域以南，平均气温2左右的气候下： 1）对比单冷机+燃油锅炉耗能低45%左右； 2）对比单冷机+燃气锅炉耗能低25%左右； 3）对比混合源地源热泵能高5%左右，但初投资低40%左右。 与水源热泵相比与空气源热泵比与地源热泵相比与单冷
13、主机+锅炉相比与吸收式空调系统相比可用空调系统形式可用空调系统形式空气空气噪声噪声土壤土壤/ /水源水源冷媒泄露冷媒泄露传统单冷水机+锅炉锅炉排放气体宜造成二次污染主机位于机房，仅为冷却塔噪声无无传统风冷热泵无有，一般需置屋顶且有相关避音措施无有，且VRV形式泄露较常见节能地源热泵垂直埋管无全封闭系统，噪声等级最小一般无；如在冷却换热系统中添加极端抗冻物质存在少许无地下打井无全封闭系统，噪声等级最小存在水源污染隐患，视工程施工完备性而定无湖水换热无全封闭系统，噪声等级最小存在水源污染隐患，视工程施工完备性而定无节能热源塔热泵无同冷却塔转数且有变频系统可降噪无无可用空调系统形式可用空调系统形式系
14、统形式特点系统形式特点平均平均- -制冷能效制冷能效平均平均- -制热能效制热能效传统单冷水机+锅炉综合能效比较低、设计施工简单耗能大、存在二次污染41传统风冷热泵综合能效比较低、设计施工简单、无需锅炉耗能大、冬季存在化霜困难及无法开机的隐患冬季制热效果差、需辅助加热设备2.51.5-2或无法开机节能地源热泵垂直埋管全封闭系统，稳定可靠，能效比高、无污染投资相对较大、需要专业设计及有经验施工需要场地埋管4.5-54-4.5地下打井能效比高，系统效果稳定可靠、无污染对地下水温、水量有要求5-64-5湖水换热能效比较高、系统稳定可靠，无污染需要有湖水、河水等良好换热条件43-4节能热源塔热泵专利技
15、术（适合长江中下游地区）、能效比高、无需辅助加热热泵、适合中大型项目4.54可用空调系统形式可用空调系统形式空调投资估算空调投资估算运行投资对比运行投资对比传统单冷水机+锅炉250-320元/m2传统锅炉标准正在被取缔，新建建筑基本很少使用该形式传统风冷热泵250-320元/m2平均能效2-2.5节能地源热泵垂直埋管400-600元/m2比传统风冷节能50-60%地下打井350-400元/m2比传统风冷节能50-60%湖水换热350-480元/m2比传统风冷节能30-40%节能水冷宽带280-350元/m2比传统风冷节能20-30%节能热源塔热泵350-450元/m2比传统风冷节能40-50%
16、列列 项项改造前系统改造前系统改造后系统改造后系统项目简介项目概述 某四星级酒店 15000m2改造要求 改造原有空调耗能、效果降低现状，降低污染 满足原有空调要求，满足每天80吨热水需求空调系统形式制冷：单冷水机1200KW1台制冷/热：热源塔热泵350kw3台+90kw2台制热：1吨燃油锅炉2台（含热水）面临状况原空调机组制冷量减小、自转功率比高、能效比下降燃油自开业始至06年油费上涨自2460元/吨到5530元/吨费用过高改造思路根据酒店客房开启率及热水使用要求，设置3台螺杆机及2台涡旋形式热源塔机组，夏季：5台机组同时提供空调制冷；其中2台涡旋形式主机余热回收制取生活热水冬季：3台螺杆
17、机组满足空调制热；2台涡旋机组优先进行热水制取，冬季最不利工况条件，2台涡旋机组合并台螺杆机组进行空调制热；运行耗能元夏季制冷532950420008冬季采暖793800494131生活热水1041600246000合 计23683501160138年节约能耗120万改造效果改造后，空调及热水年能耗节省120万列列 项项全年机房实际运行（冬季主要运行2台主机）项目简介项目概述 某四星级酒店 22000m2要求 空调制冷、空调制热 酒店24小时中温卫浴热水和高温卫浴热水空调系统形式制冷/制热：热源塔热泵机组540KW3台（其中一台热回收，夏季免费制取生活热水）热水：水冷宽带机组可在过渡季及冬季进
18、行中温热水制取， 180kw水-水源热泵可进行高温热水制取 68kw宽带热水机组制取高温热水实际运行对比热源塔热泵空气源（可采用方案）单冷螺杆+燃气锅炉（可采用的方案）运行耗能元夏季制冷55.4100.72137.28冬季采暖28.9 65.02 51生活热水11.2 20.26 26.25合 计95.5万元 186万元 146.5万元注：该酒店夏季运行3台主机，冬季仅运行2台主机即可满足实际需求。以上数据为机房用电与模拟采用方案的计算对比。列列 项项在建项目项目简介项目概述 某五星级酒店 40000m2要求要求 空调制冷、空调制热 酒店24小时中温卫浴热水和高温卫浴热水空调系统形式设计采用热
19、源塔热泵机组改造系统：制冷、制热：热源塔热泵机组880kw4台、90kw2台（其中880kw2台全热回收）生活热水：由热回收主机提供，满足生活热水制取和泳池热水的一次性冲击负荷90kw2台主机满足过渡季节或少量用水的制备及泳池热水的恒温控制预计运行对比热源塔热泵空气源（可采用方案）单冷螺杆+燃气锅炉（可采用的方案）运行耗能元夏季制冷109.82199.65109.85冬季采暖82.36 185.3 145.34生活热水28 50.65 65.63合 计220.18万元 435.6万元 320.82万元注：以上数据为机房用电与模拟采用方案的计算对比。已知650冷吨主机，选定热源塔。已知冷负荷为325KW，选定热源塔热泵。某酒店，6000m2，选定热源塔热泵及水泵。
