能源塔技术介绍

热源塔热泵系统的原理及其应用热源塔热泵系统的原理及其应用热源塔热泵系统的背景热源塔热泵系统的原理热源塔热泵系统的特点热源塔热泵系统的应用热源塔热泵系统的背景中国南方地区冬季潮湿阴冷，空气湿度大，采用燃油、燃气、煤为主供热时，其能耗高又污染环境;传统空气源热泵在冬季供热时严重结霜，融霜耗电大，热泵效率低;而地源热泵在城市的应用受到地质条件、场地的限制，在这种背景下开发的热源塔热泵空调系统。概念：以室外空气为冷热源，由热源塔热交换系统、热源塔热泵机组、建筑物内系统组成的可为建筑物提供供冷、供热和加热生活热水的系统。适用范围：适用于冬季室外计算空气干球温度不低于-8℃，计算相对湿度不低于60%的气候条件热源塔热泵系统的原理及其应用热源塔热泵系统的背景热源塔热泵系统的原理热源塔热泵系统的特点热源塔热泵系统的应用热源塔热泵系统原理传热介质与空气在其中进行热交换并为热泵机组提供连续冷热源的塔式换热装置。冬季：利用冰点低于零度的载体介质，高效提取低温环境下相对湿度较高的空气中的低品位热能，实现低温热能向高温热能的传递，达到制热目的。夏季：起到高效冷却塔的作用，利用水的蒸发散热，将热量排到大气中实现制冷。热源塔热源塔结构示意图1.塔体框架2.出风筒3.维护板4.进风栅5.变速电动机控制装置6.斜射旋流风机7.高效肋片8.换热管9.进液口10.出液口11.斜流折射分离器12.斜射旋流分离器13.接水盘14.凝结水控制装置15.溶液控制阀16.溶液池17.喷淋泵控制装置18.喷淋器热源塔热泵防霜系统溶液防霜浓缩系统的原理：当喷射浓缩机检测到环境空气温度低于１℃时，关闭冷凝水排水阀，启动喷射浓缩机，将溶液池溶液浓缩升压，高压溶液通过控制阀进入喷射器向换热器喷射溶液，与换热器换热，形成水滴，靠重力作用落入溶液盘，进入溶液池，完成一个喷射和浓缩周期，待低温期过后采用浓缩装置分离水分。当环境空气温度高于１℃时，关闭喷射浓缩机，开启冷凝水排水阀。自动加药系统防冻液除了存在飘失损失外，当环境相对湿度较高时，热源塔还会吸收空气中的水分，从而将盐溶液稀释。因此，防冻液损失由两部分组成：飘失损失和结露损失。为防止盐溶液的浓度降低，必须定期测定盐溶液的浓度，浓度降低时，应补充盐量，使其保持在适当的浓度；另外，当空气相对湿度较低时，机组运行时盐溶液中的水分会蒸发，盐溶液会浓缩，也需要补充水分。自动加药装置可自动检测盐溶液的浓度，这样盐溶液的浓度就能够达到一个动态的平衡。抗冻剂选择要点抗冻剂又称阻冻剂，是一类加入到其他液体(一般为水)中以降低其冰点、提高抗冻能力的物质。抗冻剂有甲醇、乙醇、乙二醇、水溶性酰胺和氯化钙、盐水等。不同的用户可以根据自己的需要加以选择。抗冻剂加入量2℃0℃-2℃-4℃-6℃-8℃-10℃-15℃所加抗冻剂数量（吨）2346101416200510152025坐标轴标题所加抗冻剂数量（吨）在冬季抗冻剂加入量随着不同的环境温度而不同抗冻剂的加入量能影响系统的能效比抗冻剂加入量参考表热源塔的组成部分塔身风机换热器喷淋装置防冻、补水系统热源塔的组成部分塔身热源塔的组成部分风机热源塔的组成部分换热器热源塔的组成部分喷淋装置热源塔的组成部分防冻、补水系统热源塔的分类闭式热源塔开式热源塔混合式热源塔1.闭式热源塔·循环介质一直都在管道内流动，不与外部空气相接触；·换热器为铜管、肋片；·喷淋装置主要用于喷洒防冻液，从而防止换热器表面结霜与结冰；·喷淋装置内的防冻液与循环介质并不混合。2.开式热源塔·循环介质在管道内流动，在塔内经过喷淋装置喷淋到换热器上，与空气直接接触；·换热器为填料（塑料、PVC、PP）；·喷淋装置主要用于喷洒循环介质，从而循环介质与空气相接触。3.混合式热源塔部分循环介质通过塔内换热器，部分循环介质通过喷淋装置喷洒到换热器上。部分循环介质与空气直接接触。开式热源塔和闭式热源塔的比较开式热源塔闭式热源塔开式塔有较大局限，闭式塔应用前景广阔防冻液直接与空气接触，溶液温度易受外界气象条件变化的影响使其冰点不断变化，需要定期启动溶液浓缩装置，管理非常麻烦。·克服了以上缺点；·通过使空气逆向流过低温高效肋片换热器的表面，形成传热面与空气之间的显热和潜热交换；·由于闭式能源塔的高效换热器的管内防冻液依靠溶液泵强制循环，流动速度快，换热效率高。热源塔热泵空调系统示意图热源塔热泵空调系统的原理【热源塔热泵供热工艺原理图】热源塔热泵系统原理热源塔热泵系统图热源塔热泵系统原理单制冷系统图热源塔热泵系统原理单制热系统图热源塔热泵系统原理单制热水系统图热源塔热泵系统的原理及其应用热源塔热泵系统的背景热源塔热泵系统的原理热源塔热泵系统的特点热源塔热泵系统的应用热源塔热泵系统特点1节能效果显著冬季，热源塔提取环境低品位热能的性能比风冷热泵稳定，无结霜困扰。整个冬季机组的平均能效比在3.5以上。夏季，由于热源塔的散热能力比冷却塔强，起到高效冷却塔的作用，主机能效比在4.5以上。同时，利用热回收可免费得到卫生热水。热源塔热泵系统特点2一机多用实现冬季供暖、夏季制冷以及全年提供卫生热水。提高了设备使用率，降低初投资，节能环保。热源塔热泵系统特点3不受地质条件与场地限制：与地源热泵比：不受地质条件的制约，占地面积小；与水源热泵比：不依赖地下水、地表水等热源；与风冷热泵比：主机放置在机房，噪音小，功率大。热源塔热泵系统特点4运行稳定、寿命长热泵机组冬季使用的热源,是相对湿度较高的空气中的低品位热能，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，寿命长热源塔热泵系统特点5系统设计简单与地源热泵比：不用考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡；与风冷热泵比：不用考虑辅助电加热和冬季融霜的问题。热源塔热泵系统特点6适用性强既可应用于新建建筑又适用于既有建筑的节能改造。热源塔热泵系统特点7经济、高效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：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；热源塔热泵系统的原理及其应用热源塔热泵系统的背景热源塔热泵系统的原理热源塔热泵系统的特点热源塔热泵系统的应用热源塔低温技术适用范围项目地质条件缺水、少水，不具备埋管、打井、其他水源换热的地区；适用于长江以南地区冬季室外计算空气干球温度不低于-8℃，计算相对湿度不低于60%的气候条件；建筑面积大于1万平方、空调负荷容量不小于1000kw规模中大型公共项目；传统单冷水机制冷+锅炉制热形式的改造项目。热源塔与常用中央空调对比可用空调系统形式系统形式特点平均-制冷能效平均-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热源塔与常用中央空调对比可用空调系统形式空气噪声土壤/水源冷媒泄露传统—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热源塔与常用中央空调对比可用空调系统形式空调投资估算运行投资对比传统—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—热源塔热泵350-450元/m2比传统风冷节能40-50%案例分析普陀山大酒店建筑面积：15000m2空调机型：原使用单冷螺杆+燃油锅炉；制冷量1500千瓦改造系统：制冷、制热：热源塔热泵机组改造后，年降低能耗80万左右列项改造前系统改造后系统项目简介项目概述中国浙江普陀山四星级酒店15000㎡改造要求改造原有空调耗能、效果降低现状，降低污染，满需原有空调只用要求，满需每天80吨热水需求空调系统形式制冷：单冷水机1200KW×1台制热：1吨燃油锅炉×2台（含热水）制冷/热：热源塔热泵350kw×3台+90kw×2台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台涡旋机组合并螺杆机组进行空调制热；案例分析运行能耗（元）改造前系统改造后系统夏季制冷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2007年改造后，次年空调及热水年能耗节省120万热源塔热泵系统的应用ThankYou参考文献[1]梁彩华,张小松,徐国英.显热除霜方式的能量分析与试验研究[J].东南大学学报:自然科学版,2006,36(1):81-85.[2]姚杨,马最良.空气源热泵冷热水机组结霜工况研究现状与进展[J].哈尔滨建筑大学学报,2002,35(5):66-69.[3]郭宪民,杨宾,陈纯正.翅片型式对空气源热泵机组结霜特性的影响[J].西安交通大学学报,2009,43(1):67-71.[4]刘晓茹.地埋管地源热泵系统热平衡及其地域性分析[J].暖通空调,2009,38(9):57-59.[5]彭金梅,罗会龙,崔国民,等.热泵技术应用现状及发展动向[J].昆明理工大学学报(自然科学版),2012,37(5):54-54.[6]张晨,杨洪海,吴建兵,等.三种典型结构热源塔的比较[J].制冷与空调(北京),2009,9(6):81-83.[7]宋应乾,马宏权,龙惟定.能源塔热泵技术在空调工程中的应用与分析[J].暖通空调,2011,41(4):20-23.[8]章文杰,李念平,王丽洁.热源塔热泵系统相变潜热的应用研究[J].重庆大学学报,2011,34:58-61.[9]文先太,梁彩华,刘成兴,等.基于空气能量回收的热源塔溶液再生系统节能性分析[J].化工学报,2011,62(11):3242-3247.[10]文先太,梁彩华,张小松,等.填料型叉流热源塔不同运行模式下换热性能实验分析[J].重庆大学学报,2011.[1]参考文献[11]梁彩华,文先太,张小松.基于热源塔的热泵系统构建与试验[J].化工学报,2010,61(S2):142-146.[12]刘成兴,梁彩华,文先太,等.逆流热源塔传热传质模型建立与凝水调节的可行性[J].东南大学学报:自然科学版