能源塔熱泵系統(tǒng)及其應(yīng)用簡介

文｜煙臺(tái)藍(lán)德空調(diào)工業(yè)有限責(zé)任公司 戚 飛 張新力 于 江 李麗瓊 戚 驥

1 前言

我國中部的長江流域及其周圍廣大地區(qū)夏季炎熱、冬季陰冷潮濕，目前冬季供熱的主要燃料消耗是煤和燃油。燃料價(jià)格的不斷上漲造成企業(yè)經(jīng)營成本增加；大量燃燒礦物燃料引發(fā)的環(huán)境問題已日益受到關(guān)注，冬季供熱的節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為“夏熱冬冷”地區(qū)亟待解決的問題。這些地區(qū)目前常見的中央空調(diào)系統(tǒng)主要有風(fēng)冷熱泵、VRV、水源熱泵、地源熱泵，這些系統(tǒng)在應(yīng)用中存在著不少問題：風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)夏季受炎熱高溫空氣的影響，冷卻散熱能效比低；風(fēng)冷熱泵冬季運(yùn)行時(shí)存在蒸發(fā)器易因空氣濕度大而結(jié)霜，阻塞空氣流通，以及頻繁融霜導(dǎo)致熱泵不能正常工作的問題，供熱性能系數(shù)極低；水、地源熱泵盡管技術(shù)日益成熟，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有較高的效率，但推廣應(yīng)用因需要有充足的水源或地?zé)豳Y源而受到限制。煙臺(tái)藍(lán)德空調(diào)工業(yè)有限責(zé)任公司研發(fā)的能源塔熱泵技術(shù)為這些地區(qū)的制冷供熱開辟了一條新路。

2 系統(tǒng)原理

能源塔利用水和空氣接觸時(shí)的熱質(zhì)交換，將空氣中的熱量傳遞給水。冬季制熱時(shí)，能源塔熱泵機(jī)組可消耗少量的輸入電能，利用冰點(diǎn)低于零度的載體介質(zhì)，如氯化鈣溶液，提取空氣中的低品位熱能，并將其轉(zhuǎn)化為大量的高品位熱能，用于供熱及提供熱水。在春夏秋三季，能源塔可作為熱源，用以制取衛(wèi)生熱水（當(dāng)環(huán)境濕球溫度在10℃以上時(shí)，可采用水作為載體介質(zhì)）。夏季制冷時(shí)，能源塔可為熱泵機(jī)組冷凝器提供冷卻水，散去空調(diào)系統(tǒng)中產(chǎn)生的廢熱。

也就是說：能源塔在夏季制冷時(shí)作為冷卻塔使用，在機(jī)組制熱時(shí)可視為熱源——經(jīng)過塔的空氣傳熱給載體介質(zhì)（水或鹽溶液），載體介質(zhì)傳熱給蒸發(fā)器，蒸發(fā)器吸收的熱量與壓縮機(jī)功率一起作用于到冷凝器。

系統(tǒng)原理（如圖1所示）：制冷時(shí)，閥門A開，閥門B關(guān)；制熱/單制熱水時(shí)，閥門A關(guān)，閥門B開。

圖1 能源塔系統(tǒng)原理圖

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）節(jié)能效果顯著

冬季，能源塔提取低品位能的性能比風(fēng)冷熱泵相對(duì)穩(wěn)定（整個(gè)冬季機(jī)組的平均能效比在3.5以上），并且無結(jié)霜困擾。

由于是按照冬季提取顯熱負(fù)荷的目標(biāo)設(shè)計(jì)的，能源塔在夏季作為冷卻塔使用時(shí)可擁有更高的換熱效率。機(jī)組的平均能效比在4.5以上，節(jié)能效果顯著。

從整體上看，能源塔系統(tǒng)相比風(fēng)冷熱泵機(jī)組可節(jié)能30%以上。

（2）環(huán)保作用突出

能源塔采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，冬季可通過載體循環(huán)提取低品位熱能，有效地利用濕空氣中蘊(yùn)含的巨大能量。由于利用的是可再生能源，能源塔可大幅降低一次能源的消耗，同時(shí)大幅降低廢水、廢氣、廢渣等污染物的排放，環(huán)保作用突出。

（3）機(jī)組壽命長

能源塔熱泵機(jī)組在冬季提取相對(duì)濕度較高的空氣中的低品位熱能，蒸發(fā)壓力穩(wěn)定度和蒸發(fā)溫度都高于風(fēng)冷熱泵機(jī)組，這使得能源塔熱泵系統(tǒng)有更寬的運(yùn)行范圍。夏季，能源塔有足夠承受瞬間高峰空調(diào)負(fù)荷的蒸發(fā)面積，冷卻水溫低，效率高。在能源塔熱泵與風(fēng)冷熱泵均全年運(yùn)行的情況下，能源塔熱泵機(jī)組能耗更小，磨損更輕，壽命更長。

（4）應(yīng)用范圍廣

能源塔熱泵系統(tǒng)適用于室外濕球溫度高于-9℃的長江以南地區(qū)。就應(yīng)用范圍而言，能源塔熱泵系統(tǒng)相比地源熱泵系統(tǒng)，具有不受地質(zhì)條件的制約、占地面積小的優(yōu)勢(shì)；相比水源熱泵系統(tǒng)，具有不依賴地下水、地表水等熱源的優(yōu)勢(shì)；相比風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)，具有噪音小（能源塔熱泵系統(tǒng)的主機(jī)放置在機(jī)房，而風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)的主機(jī)一般都放置在室外）、功率大的優(yōu)勢(shì)。

（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單

能源塔熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，既不需要像地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)那樣考慮地源側(cè)冬夏季冷熱負(fù)荷均衡的問題，也不需要像風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)那樣考慮輔助電加熱和冬季融霜的問題。此外，單機(jī)功率范圍大的特點(diǎn)也使能源塔熱泵系統(tǒng)可以用更少的機(jī)組滿足要求，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以簡化。

（6）適用性強(qiáng)

能源塔熱泵系統(tǒng)既可應(yīng)用于新建建筑又適用于進(jìn)行節(jié)能改造的既有建筑。

4 性能比較

能源塔熱泵系統(tǒng)與地下水源熱泵系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)冬、夏季運(yùn)行參數(shù)如表1、表2所示。

5 技術(shù)特點(diǎn)

（1）能源塔熱泵機(jī)組主要配置如下：

◆ 半封閉螺桿壓縮機(jī)；

◆ 滿液式蒸發(fā)器；

◆ 電子膨脹閥；

◆ 熱泵專用控制器；

◆ 10.4″彩色觸摸屏；

◆ GSM無線監(jiān)控裝置；

◆ 環(huán)境溫度補(bǔ)償裝置；

表1 能源塔系統(tǒng)冬季運(yùn)行參數(shù)比較表

表2 能源塔系統(tǒng)夏季運(yùn)行參數(shù)比較表

◆ 內(nèi)置二次油分離器。

（2）能源塔熱泵機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)包括：

◆ 主機(jī)工況適應(yīng)范圍寬；

◆ 采用滿液式防腐蒸發(fā)器；

◆ 可對(duì)載冷劑濃度、冰點(diǎn)在線監(jiān)測；

◆ 可根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)整冰點(diǎn)保護(hù)值；

◆ 具有自動(dòng)溶液微調(diào)功能；

◆ 制熱功率按照能源塔工況標(biāo)注，充分考慮了冷量衰減；

◆ 具有可選的全熱回收功能。

（3）能源塔技術(shù)特點(diǎn)包括：

◆ 按照吸熱特點(diǎn)組織載冷劑和風(fēng)的流程；

◆ 采用模塊化組合設(shè)計(jì)；

◆ 加入冬季補(bǔ)水口防結(jié)冰信號(hào)輸出；

◆ 風(fēng)機(jī)、支架、管路采用防腐措施；

◆ 按照吸熱功能的要求進(jìn)行流量設(shè)計(jì)，夏季兼做高效冷卻塔；

◆ 采用低飄水率設(shè)計(jì)；

◆ 采用低噪音設(shè)計(jì)；

◆ 采用大容積底盤設(shè)計(jì)；

◆ 采用防雨雪設(shè)計(jì)。

6 經(jīng)濟(jì)分析

下面利用某項(xiàng)目中能源塔熱泵系統(tǒng)與VRV系統(tǒng)在相同條件下的運(yùn)行情況對(duì)比，來說明能源塔熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

該項(xiàng)目中能源塔熱泵系統(tǒng)與VRV系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)如表3、表4所示（電表為80倍讀數(shù)電表）。能源塔熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為2009年12月1日上午10點(diǎn)到次日上午10點(diǎn)，VRV系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間為2009年12月2日上午10點(diǎn)到次日上午10點(diǎn)。

表3

表4

如表4所示，與VRV系統(tǒng)相比，能源塔熱泵系統(tǒng)節(jié)電256度；即在同樣滿足室內(nèi)采暖的前提下，使用能源塔熱泵系統(tǒng)替代VRV系統(tǒng)可節(jié)能40%。此外，能源塔系統(tǒng)可提供24小時(shí)衛(wèi)生熱水，而使用VRV系統(tǒng)則需另外制取熱水。如在酒店等項(xiàng)目中采用雙冷凝器全熱回收熱泵機(jī)組，能源塔熱泵系統(tǒng)夏季制冷期間免費(fèi)制取熱水的節(jié)能效果將更加顯著。

7 應(yīng)用情況

目前，能源塔熱泵系統(tǒng)憑借其優(yōu)異的性能，已得到了各種類型項(xiàng)目的廣泛應(yīng)用，樣板工程主要有南京天京大酒店、南京東園軒大酒店、無錫芙蓉山莊、浙江大學(xué)學(xué)生公寓、金華人民醫(yī)院、瀏陽市集里醫(yī)院、貴州金蘆笙小鎮(zhèn)精品特色酒店、貴州甕安行政審批中心等。