能源塔熱泵技術現狀及其應用分析

禹翔天+袁信國

摘 要：熱泵作為供熱的主要設備之一，具有高效、節能、環保等優點，本文主要從能源塔熱泵系統的技術現狀、運行原理及發展應用現狀進行探討研究。

關鍵詞：能源塔；熱泵；溶液濃縮裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.056

1 能源塔熱泵技術現狀

在采暖季，利用低于冰點的載體介質提取低空氣中的熱能以及小溫差傳熱技術以提高熱泵制熱性能系數，通過往能源塔熱泵機組輸入少量高品位的能源，實現將熱能從低溫位向高溫位的轉換。在制冷季，能源塔的特殊結構將熱量排到大氣以起到高效制冷的效果。因此，能源塔熱泵技術在冬季為源熱泵，在夏季則為制冷機[1]。

2 能源塔熱泵技術運行原理

能源塔熱泵系統的構件主要有能源塔、溶液濃縮裝置、低熱源熱泵裝置、閥件等。其運行模式按氣候主要為采暖季運行方式與制冷季運行方式。如圖1所示，在采暖季，實心箭頭指的是在進行熱交換時溶液的流動方向，空心箭頭則代表用戶水的流動方向。用戶水散熱后流至熱泵裝置的冷凝器，吸收制冷劑的熱量后變成冷液體，穿過絕熱節流進入蒸發器進行吸熱。防凍液體流經能源塔后在熱泵中蒸發散熱，在管翅式換熱器中吸熱，其中空氣中的顯熱和潛熱補充其不足的熱能。在能源塔內，防凍液主要采取兩種換熱的形式：一是在采暖季，開啟能源塔風機讓室外熱氣穿過翅片式換熱器，使換熱器盤管中的防凍液體接收熱量；二是在制冷季，將風機與鹽溶液噴淋泵同時開啟，使盤管外鹽溶液保持流動以避免盤管外側結霜，而防凍液與空氣換熱充分。由于盤管外表面的鹽溶液流動時通過吸收空氣中的水汽而被稀釋，所以還要再濃縮以達到標準。而制冷季的運行模式則與采暖季的換熱方式完全相反，通過轉換四通換向閥來實現。

3 發展及應用現狀

能源塔的前身叫冷卻塔，冷卻塔當時是用于散熱，在冬季卻無法吸熱，為了使其在夏季散熱、冬季吸熱，將冷卻塔改造后改叫作能源塔。20世紀80年代，日本首次在建筑領域應用能源塔技術，改叫作加熱塔。接著通過對加熱塔技術進行一系列改造，并在區域水環熱泵系統中成功應用。Prueitt與Elliott于1995年發明一種通過塔頂散發的帶靜電荷水霧吸收空氣中細微顆粒狀污染物的對流塔，其中氣溶膠固體污染物溶于其中，以消除掉二氧化硫，臭氧，煤煙等污染物。Fisenko等人于2004年通過數學模型研究冷卻塔傳熱與傳質特性，得出冷卻塔的換熱效率主要取決于塔內小液滴的半徑大小。

能源塔熱泵技術十分適用于我國南方地區夏熱冬冷氣候。在2005年，湖南省首次應用第一代能源塔熱泵技術于湘西州某酒店。2008年到2009年，劉秋克通過對熱源塔熱泵技術在我國南方的適用性的研究，并結合湖南地區的工程實例進行各項數據分析，得出能源塔熱泵技術十分適用于我國南方地區。[2]文先太、梁彩華等經過分析能源塔熱泵在不同工況下的換熱性能，建立了叉流式能源塔裝置。張晨、楊洪海等結合閉式能源塔的工作原理與結構特點，運用數值模擬成功推算出塔內的熱交換效率公式，證明閉式能源塔熱質交換的高效性。2010年到2011年，佘明威研究了能源塔內的填料與熱泵機組不凍液配方，構造能源塔工況冬季里的熱質交換模型。熊盎然通過研究能源塔內部換熱器的傳熱傳質特性，計算得出閉式能源塔機組的能耗與制熱系數[3]。

4 結語

在國內，目前能源塔熱泵技術尚處于探索階段，應當加快設計研發的速度，加大設計研究的力度，并逐步建立示范工程和實驗試點，提供良好的實驗平臺進一步優化其結構以及運行性能。全面深入研究與探討系統設計、運行控制以及部件匹配，使之產業化，讓能源塔熱泵技術在我國真正走向商業化發展和規模化應用。

參考文獻：

[1]佘明威.能源塔的研究[D].武漢：武漢科技大學，2011：64.

[2]劉秋克，王武英.熱源塔熱泵低熱能再生技術在我國南方的應用[J].建設科技，2008（15）：124-125.

[3]熊盎然.閉式熱源塔熱泵技術的基礎理論與試驗研究[D].長沙：湖南大學，2011.endprint