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地源熱泵蓄冰中心空調淺探析

2019-11-27 23:46   评论:24 点击:313

針對目前國內空氣源熱泵戶型中心空調存在COP值低、機組耗電量大,冬季融霜控製困難、 室溫波動大,機組無真實的能量調節,單相電機組額定製冷(製熱)量太小,給用戶帶來不便,和加劇了城市電網的供需矛盾等題目,提出了地源熱泵戶型蓄冰中心空調的解決方案,並探討了雙熱力膨脹閥 ,雙蒸發器和盤管外融冰的機組結構形式。還就我國城鄉人民生活水平進步、室第麵積擴大和多樣化、城市建築景觀和環境的限製、電力部分將推行居民家庭“峰穀電價”等方麵,分析了地源熱泵戶型蓄冰中心空調廣闊的市場遠景。

1 戶型中心空調的發展

戶型中心空調即室第集中空調,自20世紀90年代進進中國市場以來,正得到很快的發展。就其啟事,首先是我國一向把城鄉居民住房當作頭等大事來抓。

近年來人均住房麵積有了很大進步 ,並且住房也有向大戶型、多居室的別墅、多層和小高層發展的趨勢;第二 ,人民生活水平進步,富裕起來的城鄉居民住房室內裝潢都達“小康”水平 ,房間空調已滿足不了他們的要求,更多的人把消費投向了戶型中心空調;第三,生產工藝的成熟和激烈的市場競爭,使得戶型中心空調的造價逐步為工薪階層接受;第四,城市建築景觀和環境的限製,也使城市的一些小型貿易用戶轉而使用小型集中空調。以上幾點可以看出,關注和群情戶型中心空調並非超前,戶型中心空調將是21世紀的新消費熱門。

2 戶型中心空調目前存在的題目及解決辦法

2.1 戶型中心空調目前存在的題目

經對目前戶型中心空調的調查和了解,我們發現存在著如下題目:

1)國內生產的戶型中心空調大多是以空氣為熱源的熱泵機組,固然在使用和安裝上有其方便的地方,但在夏季炎熱的地區,機組冷凝溫度較高,COP值較低 ,機組耗電量大;在冬季溫度較低,濕度較大的地區,機組又需融霜,造成室溫波動較大,機組耗電量同樣增大。

2)以空氣為熱源的熱泵機組,受室外空氣的影響很大。隨室外空氣溫度的變化,熱泵機組的製冷(製熱)量與建築物的需冷(需熱)量變化方向正好相反,很難匹配。

3)目前國內生產的戶型中心空調均無真實的能量調節。由於室外空氣溫度變化較大,在全部供冷或供熱季節中,熱泵機組大多數時間處於部分負荷下COP值低的狀況。是以 ,目前有一種“戶型中心空調買得起,用不起”的說法。據了解,在重慶市,建築麵積250m2擺布的戶型中心空調,每月電費在1000元以上。

4)製冷量6kW以上的戶型中心空調多要求使用三相電源,而有很多用戶卻不具備使用三相電源的條件,當用戶需冷量較大時 ,往往采用2台單相機組並聯,這不僅增加了投資,也給安裝帶來不便。

5)家用空調,特別是用電量較大的戶型中心空調的發展,導致城市高峰負荷快速增加,加劇了城市電網的供需矛盾。例如經濟發達的上海市,供電量為9600MW,居民空調用電約占30%。1998年8月的持續高溫,居民空調全部開啟,使上海空調負荷猛增到3000MW擺布 ,當月13日上海最高用電負荷達9018MW,比1997年同期淨增1000MW,出現電力缺口約700MW,電力高峰、低穀負荷相差3700MW。

2.2 地源熱泵戶型蓄冰中心空調

針對空氣源熱泵戶型中心空調的題目,筆者提出地源熱泵戶型蓄冰中心空調,其優點在於:

1)以土壤為熱源,由於全年土壤溫度波動小,隨著土壤深度的增加 ,土壤溫度變化相對穩定。冬季土壤溫度比空氣溫度高,夏季又比空氣溫度低,所以熱泵的供熱供冷的COP值均高。據重慶大學劉憲英教授科研組的測定 ,與空氣源熱泵相比,地源熱泵COP值均勻進步30%擺布[4],因此可以大大減少戶型中心空調的耗電量,也為用戶節省了運行用度 。

2)在室外氣溫處於極度狀況時,用戶對冷(熱)量的需求量處於高峰期,由於土壤溫度有延遲,這時候它的溫度並不處於極端狀況,它可以提供較小的冷凝溫度和較高的蒸發溫度,進步機組的製冷(製熱)能力,盡可能滿足用戶要求。

3)土壤源熱泵的埋地盤管不需要除霜,減少了結霜和除霜的損失及複雜的除霜控製,從而降低了戶型中心空調機組的造價 。

4)土壤源熱泵不需要風機,可以減少噪聲和熱風汙染,而且運行情況好於空氣源熱泵 ,有較高的可靠性。為用戶的使用帶來很大的方便 。

5)土壤源熱泵的主機,可安裝在蘊躲室或車庫內,完全不影響建築外觀。

6)也正是由於土壤溫度的延遲感化,因此可以進步戶型中心空調單機的製冷量。再加上夜間蓄冰,可減少白天機組製冷量,使機組壓縮機容量減小,降低機組造價,同時還可以適應更多的單相電用戶的需要。

7)夏季,即便是在夜間,土壤源熱泵的冷凝溫度也低於空氣源熱泵 ,因此可以減小製冷係統運行時的壓縮比,這為戶型中心空調利用低穀電蓄冰創造了極為有益的條件。

3 地源熱泵戶型蓄冰中心空調利用遠景

地源熱泵戶型蓄冰中心空調需要埋地盤管,給其利用帶來一定的限製 ,但筆者還是以為它有較大的市場遠景:

1)小型別墅逐年增多,地源熱泵戶型蓄冰中心空調是富裕起來的城鄉居民家庭空調的首選機型。這部分居民占我國人口的比例不大,但盡對數不小。

2)城市綠化麵積擴大,也為一些低層住戶和小型貿易、辦公用戶提供了使用地源熱泵戶型蓄冰中心空調的條件。

3)工礦企業的辦公、計量、化驗、檢測等附屬用房也具有使用地源熱泵戶型蓄冰中心空調的條件。

4)據國外資料先容,在定負荷運行情況下 ,蓄冷空調比非蓄冷空氣調年節能率為13%。是以,蓄冷空調將得到國家重視和推廣 ,並有可能獲得國家補助 ,以降低用戶的投資。

5)為解決電力負荷不均的題目,我國將進一步拉大峰穀電價比,與國際通行峰穀電價比例靠攏,以鼓勵利用低穀電。與此同時 ,“峰穀電價”也即將進進家庭。

上海市已率先對居民家庭實行“峰穀電價”,目前已在一些居民家庭中試行。為鼓勵城鄉居民公道用電,四川省電力公司出台了一係列峰穀電價優惠政策。安裝了一戶一表分時計度的居民用戶,在6至11月豐水期深夜低穀時段,每千瓦時電費隻交0.1元。其餘季節深夜低穀用電每千瓦時為0.1875元,而常規用電每千瓦時電費為0.3878元。隨著“峰穀電價”政策的全麵實行,地源熱泵戶型蓄冰中心空調將會有更為廣闊的市場遠景。

6)近年來,國外小型蓄冰空調器發展很快,日本BAC等5家公司聯合開發了幾種10馬力以下經濟型的小型冰蓄冷空調器,為內融冰型,變頻和定頻幾種機型,可以蓄冷5h。日本三菱公司已研製開發出功率為0.75kW的蓄冷空調機組。國外產品進進中國市場後,必然引發消費者的關注和選用,同時也將推動國內戶型蓄冰中心空調的發展。

4 地源熱泵戶型蓄冰中心空調機組結構形式探討

對於地源熱泵戶型蓄冰中心空調 ,由於近年來國內研究地源熱泵的成果較多,技術也趨於成熟,是以開發此類產品首要應集中在小型蓄冰上。作者以為地源熱泵戶型蓄冰中心空調應考慮如下題目:

1)雙熱力膨脹閥

熱力膨脹閥是最常用的節流元件,它是依托蒸發器出口製冷劑的過熱度大小來調整閥的開度,達到主動調節機組的製冷量以滿足外界熱負荷變化的需要 。

熱力膨脹閥的容量與製冷劑的質量流量 、閥前後壓差等製冷工況有關。由於空調工況與蓄冰工況的製冷劑流量、閥前後壓差及運行特性等差別很大,2種工況采用同一膨脹閥顯然是不公道的。特別是由於熱力膨脹閥本身構造所限,其適用的溫度及調節範圍均小;另外,充液式熱力膨脹閥在蓄冰工況下運行,其蒸發器出口過熱度常比空調工況下大的多。膨脹閥容量過小,會造成蒸發器傳熱麵積得不到充分利用,製冷量下降;若膨脹閥容量過大 ,則又會影響其調節性能,加大蒸發器出口溫度的波動及過熱度,製冷係統效率下降,嚴重會出現液擊現象。

由於製冷主機在空調工況或在蓄冰工況下運轉,一般均在額定負荷下工作,是以其運行條件都相對比較穩定,更適合采用雙膨脹閥,即按空調工況和蓄冰工況分別選擇熱力膨脹閥,機組在空調工況下運行,使用空調用膨脹閥;在蓄冰工況下運行,使用蓄冰用膨脹閥。

為適應現代控製水平要求,采用電子膨脹閥更好,其製冷劑流量調節範圍大 ,許可係統負荷波動大 。據先容和工程實踐證實,在低負荷下,采用電子膨脹閥的冷水機組較用熱力膨脹閥的機組運轉效率高28% ,且冷水溫度可控製在±0.1℃範圍。

2)雙蒸發器

空調工況和蓄冰工況的蒸發溫度差別較大,對同一台製冷壓縮機,製冷量也有較大差別。為了進步蒸發器的傳熱效率和保證製冷壓縮機的良好回油 ,機組應配置兩台蒸發器,一台用於電力低穀段蓄冰,一台用於電力高峰段釋冷量不足時,製取冷凍水供空調使用。

采用雙蒸發器,如匹配公道,稍加改進還可以同時蓄冰和製取冷凍水,滿足電力低穀段空調所需冷量。

3)盤管外融冰

作為戶用蓄冰中心空調係統,流程應盡量簡單 ,機組尺寸也不能太大<1頁

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