太阳能空气源热泵空调系统的可行性分析.docx
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1、正阳太阳能 取天地之灵气 造人间之舒适太阳能空空气源热热泵空调调系统的的可行性性分析正阳诚信信太阳能能节能设设备有限限公司目录一、热泵泵的低位位热源33二、空气气作为热热泵的低低位热源源3三、太阳阳能作为为热泵的的低位热热源71.太阳阳能的优优点72.太阳阳能的缺缺点73. 作作为热泵泵的低温温热源77四、太阳阳能在建建筑采暖暖中的利利用91. 太太阳能采采暖系统统92. 太太阳能热热泵采暖暖系统99五、太阳阳能空气气源热泵泵采暖制制冷系统统101、太阳阳能空气气源热泵泵的技术术经济优优势1002.系统统整体方方案说明明113.系统统技术说说明1114、太阳阳能空气气源热泵泵的系统统形式111
2、5、系统统工作原原理1336.系统统设计关关键点:147、系统统特点115六、经济济性分析析15七、结论论16随着经济济的发展展和人民民生活水水平的不不断提高高,我国国正面临临着越来来越大的的能源压压力,特特别是用用于采暖暖、空调调建筑能能耗的增增加,已已成为我我国不少少城市缺缺电的诱诱因。地地球上的的化石燃燃料煤、石石油、天天然气等等将逐渐渐开采枯枯竭,开开发包括括太阳能能、风能能在内的的可再生生能源利利用的任任务已十十分迫切切。所以以,在提提高太阳阳能热利利用应用用技术水水平的同同时,应应积极创创造条件件,将现现有成熟熟技术在在实际工工程中推推广应用用,以积积累经验验,通过过实践进进行技术
3、术的改善善、提高高,起到到样板和和示范作作用。一、 热泵的低低位热源源被热泵吸吸收热量量的物体体一般称称为热泵泵的低位位热源。热泵的的低位热热源有很很多种,主要有有:空气气、地下下水、河河湖水、土壤热热、太阳阳能、工工业废热热。这些些热源可可以大量量的无偿偿获得。表1热泵泵的各种种热源热源项目空气地下水河湖水土壤热太阳能工业废热热作为热源源的适用用性良好/大大量使用用良好主要要热源良好主要要热源一般/已已有应用用良好/潜潜力巨大大应状态而而异存在问题供热时,热泵供供热量与与建筑物物热负荷荷矛盾;室外温温度低时时易结霜霜要注意水水垢及腐腐蚀;注注意回灌灌及运行行过程中中的水污污染问题题注意水垢垢
4、和腐蚀蚀;冬季季水温下下降投资大;腐蚀问问题;故故障检修修困难与其他设设备结合合应用;注意蓄蓄热问题题注意水质质,水垢垢及腐蚀蚀问题;是否供供应稳定定选择低位位热源时时,一般般要综合合考虑以以下几个个原则:1、 低位热源源要有较较高的品品位和足足够的容容量。热热泵的热热源温度度的高低低是影响响热泵运运行性能能的与经经济性能能的主要要因素之之一。在在一定的的供热温温度下,热泵热热源温度度与供热热温度之之间的温温差越小小,热泵泵的理论论能效比比就越大大。2、 应该没有有任何的的附加费费用或附附加费用用极少。3、 输送热量量的载体体的动力力消耗要要尽可能能的少,以减少少系统的的输送费费用,提提高系统
5、统的综合合性能。4、 热泵热源源的载体体要价廉廉易得,对环境境友善,对换热热器及管管路的腐腐蚀性要要小。5、 热源温度度的时间间特性与与供热的的时间性性能应尽尽量一致致。二、 空气作为为热泵的的低位热热源1、空气气源热泵泵的优缺缺点近年来,空气源源热泵作作为空调调的冷热热源得到到了广泛泛的应用用,使用用地域由由南向北北,从长长江流域域逐渐扩扩展的我我国的北北方地区区。空气气源热泵泵以空气气作为热热泵的低低位热源源具有无无可比拟拟的优点点。空气气取之不不尽用之之不竭;机组占占地面积积少,自自动化程程度高;机组可可冬夏共共用;设设备安装装和使用用都比较较方便。但这种种形式的的热泵有有着显著著的缺点
6、点。室外外空气状状态(温温度、湿湿度)随随着地域域、季节节、昼夜夜均有很很大的变变化,而而热泵的的制热量量和制热热性能系系数受室室外状态态影响较较大。当当室外空空气温度度降低时时,系统统的蒸发发压力降降低,压压缩机制制冷剂流流量减少少,压缩缩机的压压缩比增增大,热热泵的运运行工况况变差,热泵的的制热量量减少,与之相相反的是是时建筑筑热负荷荷随着室室外温度度降低变变大,热热泵的制制热量与与建筑物物的热负负荷相矛矛盾。如如图1,建筑热热负荷随随室外温温度降低低而升高高,热泵泵制热量量随室外外温度的的降低而而减少,两者的的交点称称为平衡衡点,即即在此室室外温度度下,热热泵制热热量等于于建筑物物热负荷
7、荷。在平平衡点之之右,表表示热泵泵制热量量有余;在平衡衡点之左左,表示示热泵制制热量不不足,必必须补充充加热量量。所以以在选择择空气源源热泵作作为建筑筑供热设设备时,为满足足较低室室外温度度下的供供热量要要求时,需要选选择大容容量的热热泵机组组或增设设辅助加加热装置置。图1 空空气源热热泵的供供热性能能空气源热热泵的另另一个缺缺点就是是结霜。空气是是有一定定湿度的的,空气气流过蒸蒸发器被被冷却时时,当蒸蒸发器表表面温度度低于室室外空气气的露点点温度时时,蒸发发器表面面凝露,当蒸发发器表面面温度继继续降低低且低于于0时,蒸蒸发器表表面开时时结霜。蒸发器器翅片间间的霜层层不仅使使空气流流动阻力力增
8、大,而且随随着霜层层的增厚厚,换热热器的热热阻增大大,传热热恶化。结霜到到一定程程度要除除霜,现现有的方方法一般般是使用用四通换换向阀换换向,进进入制冷冷工况,压缩机机排气直直接进入入翅片盘盘管换热热器一除除去换热热器表面面的霜层层,因此此除霜运运行时热热泵只耗耗能不供供热。2、空气气源热泵泵供热分分析室外温度度的降低低和潜在在的结霜霜都会使使热泵的的供热量量减少,而同时时建筑热热负荷却却增大。由于存存在这一一矛盾,热泵及及辅助加加热器容容量的选选择与匹匹配涉及及到平衡衡点温度度的问题题。平衡衡点温度度取的低低,要求求配置的的热泵容容量就大大,但是是可以减减少甚至至不设辅辅助加热热器。平平衡点
9、取取得高,要求配配置的热热泵容量量就小,但是辅辅助加热热器的容容量就要要增大。这是一一个技术术经济比比较问题题。一般般可以用用制热季季节性能能系数HHSPFF来评价价热泵和和辅助供供热系统统用于某某以地区区在采暖暖季运行行的热力力经济性性。HSSPF主主要与供供热负荷荷和当地地的温度度频度有有关。HSPFF=若建筑物物的维护护结构一一定,择择建筑维维护结构构热负荷荷仅取决决于室内内外温差差。若室室内温度度维持在在设定值值,择维维护结构构热负荷荷只与室室外温度度有关。空气源源热泵的的制热量量随着室室外环境境温度的的变化而而变化。以北京为为例。北北京冬季季空调室室外设计计温度-12,该住宅宅的热负
10、负荷344.8kkw。用用空气源源热泵供供热并且且辅助加加热为单单级,则则在不同同平衡点点温度下下热泵与与辅助加加热的容容量如下下表容量平衡点温温度额定容量量(kww)热泵-112时制热热量 (kkw)辅助加热热量(kw)-538.8820.0014.88026.2213.5521.33516.998.726.11以上是采采用辅助助加热的的情况。低温下下热泵的的运行工工况会很很快恶化化并且运运行不稳稳定,考考虑除霜霜影响,蒸发器器有时根根本不从从环境中中吸热,相当于于压缩机机耗电功功进行供供热,这这种情况况下,有有时会考考虑关闭闭热泵机机组,完完全辅助助加热设设备供热热,这样样辅助供供热容量量
11、要增大大。对此此种住宅宅供暖,考虑以以下方案案:1、 室外温度度大于-2,热泵泵机组运运行;2、 室外温度度在-66-2之间,热泵机机组与一一档电加加热同时时开启;3、 室外温度度小于-6,热泵泵机组关关闭,二二档电加加热开启启。 图2平平衡点与与辅助加加热由上图可可看出,不同的的平衡点点温度及及不同的的运行模模式需要要配置的的热泵和和辅助加加热的容容量不同同,热泵泵和辅助助加热运运行的时时间分配配不同。有于低低温下性性能问题题,空气气源热泵泵用于建建筑供热热时要么么选用大大容量的的热泵机机组,要要么增设设辅助供供热设备备,这将将导致一一系列的的问题:供热设设备的初初投资增增大,设设备占地地面
12、积增增大,设设备负载载增大;另一方方面,在在热泵应应用的大大部分地地区冬季季大部分分时间室室内室外外气温较较高,此此时既不不需要热热泵在全全负荷下下运行,也不需需要启用用辅助加加热设备备,为满满足较短短时间的的室外低低温而配配置的大大容量热热泵或热热泵辅助助加热器器的利用用率低,设备长长时间处处于部分分负荷运运行。三、 太阳能作作为热泵泵的低位位热源1. 太阳能的的优点 太阳能是是一种巨巨大的能能源,太太阳每年年辐射到到地球上上的辐射射能大1181.3Gtt标准煤煤,相当当于全世世界需要要能量的的50000倍,每天达达到地球球表面的的太阳辐辐射能大大约相当当于2.5亿桶桶石油。 太阳能是是一种
13、可可持续能能源,根根据目前前太阳辐辐射总功功率及太太阳上的的氢总量量来计算算,太阳阳上可以以维持110000亿年。 在工业越越来越发发达而环环境越来来越污染染的今天天,太阳阳能是一一种情节节能源。2. 太阳能的的缺点分散性性 虽然到到达地球球表面的的太阳辐辐射总量量很大,但太阳阳能的能能流密度度很低,一般可可以接收收到太阳阳辐射强强度不超超过10000ww/。平均来来说,北北回归线线附近夏夏季晴天天中午的的太阳辐辐射最强强,约为为1100012000w/,冬冬季只有有一半左左右,阴阴天只有有1/55。要得得到一定定量的太太阳辐射射,需要要的集热热器面积积较大,设备成成本较高高。间歇性性与不稳稳
14、定性 为使使太阳能能成为一一种连续续稳定的的自然能能源,不不受昼夜夜、季节节、纬度度、海拔拔等自然然条件的的限制和和阴雨天天气等等等随机因因素的影影响,必必须解决决太阳能能的储存存和辅助助热源的的问题,要把晴晴天太阳阳辐射能能收集并并储存起起来,供供夜间和和阴雨天天使用。3. 作作为热泵泵的低温温热源太阳能作作为热泵泵的低温温热源是是利用太太阳能的的一种大大胆而有有益的尝尝试,为为此太阳阳能热泵泵这一理理论被提提出。太太阳能热热泵是以以新型的的空调供供热技术术,他把把太阳能能和热泵泵技术结结合起来来,可以以解决空空气源热热泵低温温下的性性能问题题并由于于减少结结霜或不不结霜提提高了空空气源热热
15、泵的可可靠性稳稳定性,在能源源和环境境污染日日益严重重的今天天,它以以其节能能、高效效、利用用太阳能能等诸多多优点引引起了人人们的注注意。早早在200世纪中中叶,太太阳能热热泵利用用的先驱驱就指出出太阳能能热泵的的优越性性,即可可同时提提高热泵泵和太阳阳能集热热器的性性能系数数。太阳能供供暖与供供冷使太阳能能不仅可可以满足足用户的的热水需需求,还还可以给给建筑物物供冷供供暖。尤尤其是将将这三者者结合考考虑,可可调整和和弥补不不同季节节的需求求与供给给差异,实现最最大限度度利用太太阳能的的设计思思想,建建造真正正环保、经济的的新型节节能建筑筑。单独独的太阳阳能供暖暖是不经经济的。主要原原因是能能
16、源需求求与能源源供应的的不匹配配,即供供暖需求求最大的的冬季恰恰恰是太太阳能资资源最少少的时候候,这样样单独用用太阳能能供暖就就需要安安装大量量的集热热器,成成本很高高。更可可行的方方法是将将太阳能能集热器器与热泵泵结合,利用热热泵将太太阳能提提供的低低品位热热源提升升,满足足建筑物物采暖需需求。太太阳能供供冷在需需求与供供应的匹匹配上是是最合适适的,也也必将成成为将来来发展的的趋势。毋庸置疑疑,能源源和环境境问题已已经成为为当今社社会最受受关注的的焦点问问题之一一,能源源是现代代社会存存在和发发展的基基础,可可以说现现代文明明是建立立在对能能源和物物质的大大量消耗耗的前提提下。随随着世界界人
17、口和和经济的的迅速增增长,人人的生存存质量不不断提高高,能源源消耗急急剧增加加,伴随随的能源源的巨大大消耗,大量未未经处理理的废物物排放到到环境中中,导致致环境污污染日益益严重。有限的的资源经经不住巨巨大的消消耗,引引发世界界范围内内的能源源危机。本世界界以来,特别是是二次世世界大战战以来能能源消耗耗总量直直线上升升。19950年年全世界界能源总总耗量为为26.64亿亿吨标准准燃料,平均每每人1.08tt标准燃燃煤;119755年世界界能源总总耗量为为85.7亿tt标准燃燃料,平平均每人人2.114t。近255年来,世界能能源消耗耗增长率率平均每每年为114%,大约十十多年增增长一倍倍。在能源
18、消消耗总量量中,建建筑耗能能占很大大比重。在发达达国家,建筑耗耗能占总总能耗的的25%-440%。而在建建筑耗能能中,供供暖、空空调、制制冷、供供热水的的能耗占占建筑能能耗很大大一部分分。以美美国为例例,建筑筑物(包包括住宅宅和商业业楼)消消耗的能能量占总总消耗能能量的333.66%,其其中用于于采暖553.33%(占占总能耗耗的177.9%),热热水供应应12%(占总总能耗的的4%),空调调7.44%(占占总能耗耗的2.5%),制冷冷6.55%(占占总能耗耗的2.2%),其他他20.8%(占总能能耗的77%)。也就是是说,建建筑物耗耗能中约约有800(占总总耗能的的26.6%)用于于采暖、空
19、调与与热水供供应。我我国的建建筑物能能耗占总总能耗的的比重也也达15520%。因此此,在建建筑物种种采用高高效节能能的空调调供热方方式对于于缓解目目前能源源紧张和和环境污污染问题题具有重重要意义义。我国国是一个个发展中中国家,随着经经济的发发展,城城市化进进程的推推进,我我国的新新建筑将将大大的的增加。据统计计,在11995520000期间间,我国国新住宅宅55亿亿,到到2.110年,新建住住宅将达达到1550亿。如此此巨大的的建筑面面积将带带来巨大大的建筑筑耗能。近年来来,我国国房间空空调器产产量持续续以年440%的的增长率率上升,长江中中下游地地区的空空调器和和热泵的的大量使使用已导导致该
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