北方清洁能源供暖技术研究进展与展望F.ppt

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1、北方清洁能源供暖技术研究进展与展望李先庭清华大学建筑科学技术系2022/11/23l1.1.背景背景l2.2.清洁供暖技术进展清洁供暖技术进展l3.3.问题与误区问题与误区l4.4.展望与建议展望与建议2 2目录目录3 3中国建筑能耗增长迅速中国建筑能耗增长迅速p建筑能耗增长速度快p建筑能耗中空调、供热和热水能耗所占比例最大 p城镇化建设促使了建筑面积的快速增长2020300亿 m2相对于相对于2004年面年面积翻一番积翻一番数据来源:清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告.北京：中国建筑工业出版社,2010.中国建筑能耗的增长4 42005200520052005年世界主要几

2、个国家的建筑能耗情况年世界主要几个国家的建筑能耗情况年世界主要几个国家的建筑能耗情况年世界主要几个国家的建筑能耗情况圆圈的面积代表总能耗大小发达程度中国发达国家人均能源消耗量如果中国城镇人均建筑能耗达到美国人如果中国城镇人均建筑能耗达到美国人均建筑能耗的均建筑能耗的50%50%水平，预计水平，预计20202020年年中国的建筑能耗将超过中国的建筑能耗将超过20052005年中国能源年中国能源供给总量供给总量中国如果走发达国家的能源发展模式，将出现灾难性的后果 中国建筑能耗预测中国建筑能耗预测数据来源:清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告.北京：中国建筑工业出版社,2010.p

3、p中国是目前世界上温中国是目前世界上温中国是目前世界上温中国是目前世界上温室气体排放量最大的室气体排放量最大的室气体排放量最大的室气体排放量最大的国家国家国家国家pp雾霾雾霾雾霾雾霾:燃煤供暖产生的燃煤供暖产生的燃煤供暖产生的燃煤供暖产生的颗粒物是雾霾的主要颗粒物是雾霾的主要颗粒物是雾霾的主要颗粒物是雾霾的主要来源之一来源之一来源之一来源之一 中国面临的能源与环境问题中国面临的能源与环境问题5 5 中国面临的能源与环境问题中国面临的能源与环境问题6 6p北方城镇采暖季雾霾天数明显增多p源解析显示PM10/2.5与燃煤的关系Fig.2 北京市冬季大气PM10源解析比例Fig.1 2014年北京市

4、大气PM10与PM2.5逐日分布情况良冬季燃煤供暖对PM2.5的贡献率大，燃煤锅炉粉尘与污染物排放严重pp能源消耗总量控制能源消耗总量控制能源消耗总量控制能源消耗总量控制(2020)(2020)(2020)(2020)l l全国能源消耗总量不超过全国能源消耗总量不超过全国能源消耗总量不超过全国能源消耗总量不超过40404040亿吨标煤亿吨标煤亿吨标煤亿吨标煤l l总建筑面积不超过总建筑面积不超过总建筑面积不超过总建筑面积不超过600600600600亿亿亿亿 m m m m2 2 2 2l l建筑能耗总量不超过建筑能耗总量不超过建筑能耗总量不超过建筑能耗总量不超过10101010亿吨标煤亿吨标

5、煤亿吨标煤亿吨标煤l l全国各地全国各地全国各地全国各地PM2.5PM2.5PM2.5PM2.5浓度下降浓度下降浓度下降浓度下降10%10%10%10%，重点区域降低幅度更大，重点区域降低幅度更大，重点区域降低幅度更大，重点区域降低幅度更大中国未来的能源与气候发展目标中国未来的能源与气候发展目标7 71 billion tce2020Building Energy consumption(billion tce)各类政策促进热泵技术发展各类政策促进热泵技术发展8 8“煤煤”改改“电电”热风型热风型热水型热水型李克强：促进节能减排低碳发展 改善环境保护生态为了解决以上问题，实现能源与气候发展目标

6、为了解决以上问题，实现能源与气候发展目标，清洁供热越来越受重视！，清洁供热越来越受重视！l1.1.背景背景l2.2.清洁供暖技术进展清洁供暖技术进展l3.3.问题与误区问题与误区l4.4.展望与建议展望与建议9 9目录目录典型清洁能源技术应用情况典型清洁能源技术应用情况-可再生能源可再生能源2014年太阳能供热+生活热水装机容量占比（中国占70%以上）地热能的利用总热量逐年变化20072008天津地热供暖面积（万m2）12001300全国地热能总供暖面积（万m2）2400年增长率10%地热直接供暖面积增长情况可再生能源-生物质能源1010典型清洁能源技术应用情况典型清洁能源技术应用情况-各类电

7、热泵各类电热泵1111p房间空调器几乎全是热泵型空调器房间空调器几乎全是热泵型空调器p空气源热泵热水机组强势进入热水市场空气源热泵热水机组强势进入热水市场地源热泵的工程应用面积地源热泵的工程应用面积中国制冷空调工业协会.中国空调热泵相关产品调研报告M,2013国家统计局，中国产业信息网徐伟.中国地源热泵发展研究报告2008.北京:中国建筑工业出版社,2008.房间空调器和热泵热水器房间空调器和热泵热水器空气源热泵和水空气源热泵和水/地源热泵地源热泵各类热泵的销量和市场份额逐年增加空气源、地源热泵的工程应用面积增长迅速1212典型清洁能源技术应用情况典型清洁能源技术应用情况-清洁燃料利用清洁燃料

8、利用我国燃气与燃煤的消耗增长我国燃气与燃煤的消耗增长世界一次能源消耗变化情况世界一次能源消耗变化情况燃气采暖热水炉总销量万台年增长率%2010201120122013201420152016050100150200250-65-45-25-5153555燃气燃气锅炉逐年销量情况锅炉逐年销量情况日本燃气机热泵的出口与本土销量变化情况日本燃气机热泵的出口与本土销量变化情况2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵u（1）低温性能改善p变频技术变频技术l机理：增加转速，提升制冷剂循环量，提高制热量l缺点：不能解决压缩效率低及排气温度高的问题室内温度室内温度时间时间p双级压缩技术双

9、级压缩技术l机理：通过二次吸气，提升有效制冷剂循环量及制热量，并显著提升热泵在极低环境温度下的效率l缺点：造价高、变工况及低压比制热效率低p双级耦合技术双级耦合技术13132.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵1414u（1）低温性能改善p三缸双级变容积比压缩机三缸双级变容积比压缩机p-15-15制热工况下制热工况下热泵制热热泵制热量达到额定制热量量达到额定制热量，COPCOP达达1.921.922.05W/W2.05W/W；p-30-30制热工况下，热泵制制热工况下，热泵制热出风口温度可达热出风口温度可达4545；p5454制冷工况下，制冷制冷工况下，制冷量量比比单级

10、变频空调提高单级变频空调提高122%122%136%136%，能效提高，能效提高44%44%47%47%。格力国家节能环保制冷设备工程技术研究格力国家节能环保制冷设备工程技术研究中心中心针对普通单机双级增焓容积比固定，无法兼顾制热全工况内的能效要求的问题，开发了三缸双级变容积比压缩机。2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵1515u（1）低温性能改善p涡旋压缩机补气技术涡旋压缩机补气技术冷凝器蒸发器压缩机主膨胀阀经济器补气膨胀阀单向阀M调节阀l机理：通过中间补气，提升有效制冷剂循环量，降低欠压缩损失，实现容量和效率双提升；l缺点：极低温工况性能提升不及双级压缩清华大学王

11、宝龙王宝龙团队、北京工业大学马国远马国远教授等团队在此技术领域开展了一系列研究。该项技术在北方地区煤改电中 得到了广泛使用。p制热工况下制热工况下热泵制热量提热泵制热量提升升15%35%15%35%；p制热制热COPCOP提升提升5%15%5%15%2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵1616u（1）低温性能改善p转子压缩机补气技术转子压缩机补气技术p揭示了补气回流是限制转子压缩揭示了补气回流是限制转子压缩机补气系统性能提升的关键！机补气系统性能提升的关键！l近30%的补气制冷剂将回流至吸气管清华大学王宝龙王宝龙团队针对传统滚动转子压缩机制冷剂回流的问题，开展了无回流

12、技术相关研究。蒸发温度回流比-20-15-10-50500.10.20.30.42.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵1717u（1）低温性能改善p提出了新型无回流端面喷射结构提出了新型无回流端面喷射结构蒸蒸发发温度温度制制热热量量kW-15-10-505234567845端面补气45端面不补气实验结果表明，新型端面喷射：实验结果表明，新型端面喷射：制热量：比常规单级提升了制热量：比常规单级提升了17.1%31.0%，比双级只小，比双级只小1.2%5.6%COP：相比端面喷射不补气时，：相比端面喷射不补气时，提升了提升了7%10%2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展

13、-空气源热泵空气源热泵1818u（2）除霜抑霜技术p蓄热除霜l哈尔滨工业大学姜益强姜益强教授团队对多联机空气源热泵的相变蓄能除霜系统进行试验研究。采用相变材料在供热过程中蓄存热量用于除霜，解决除霜时热源不足的问题，缩短除霜时间，恢复时间短1。p试验结果显示，相对于常规除霜系统，新系统除霜时间缩短了3.7%，COP达到了3.1，接近正常供热水平。多联机空气源热泵相变蓄能除霜系统原理图 试验类型试验类型常规常规螺旋管螺旋管室内机负荷率/%100100除霜时间/s505335化霜水质量/kg6.16.1常规除霜与蓄能除霜效果1姜益强,田浩,董建锴.多联机空气源热泵相变蓄能除霜特性试验研J.制冷与空调

14、,2012,14(8):102-105.2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵1919u（2）除霜抑霜技术p换热器表面改性抑霜l北京工业大学刘中良刘中良教授使用亲水表面翅片，减少结霜量l西安交通大学徐光华徐光华教授利用超声波降低结霜程度；l东南大学梁彩华梁彩华教授团队通过超疏水表面涂层减少结霜量，缩短除霜时间超声波作用下冷凝器结霜过程微观图1Liu L,Wang H Y,Zhang X H,et al.An experimental study on minimizing frost deposition on a cold surface under natural

15、convection conditionsby use of a novel anti-frosting paintJ.International Journal of Refrigeration,2006,29(2):229-236.2Wang D,Tao T,Xu G,et al.Experimental study on frosting suppression f or a finned-tube evaporator using ultrasonic vibration J.Experimental Thermal and Fluid Science,2012,36(1):1-11.

16、2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵2020u（3）无霜技术1高强.无霜空气源热泵系统的实验研究D.哈尔滨工业大学,2011.2张晨,杨洪海,刘秋克,吴建兵.闭式热源塔用作空调冷热源的分析J.建筑热能通风空调,2009,06:71-73.3 Wen,X.,et al.(2012).Experimental study on heat transfer coefficient between air and liquid in the cross-flow heat-source tower.Building and Environment 57:205-213.1Li

17、 Zhang,Michiyuki Saikawa,Takeshi Fujinawa.Study on Frost-free Air Source Heat Pump Water Heater System J.International Journal of Refrigeration,2013,88(1023):37-42.2梁彩华,潘晓鹏,汪峰,等.基于调湿与蒸发冷却的无霜空气源热泵系统:中国.201610857703.5,2016-09-27.2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵2121u（3）无霜技术-蓄热再生1 WANG F,WANG Z,ZHENG Y,e

18、t al.2015.Performance investigation of a novel frost-free air-source heat pump water heater combined with energy storage and dehumidification.Applied Energy J,139:212-219.表面涂覆固体吸附剂西安交通大学王沣浩王沣浩教授对基于吸附除湿的无霜空气源热泵进行了改进，在两级蒸发器的基础上增加了蓄热模块，并开展了相关的实验研究。与常规的逆循环除霜空气源热泵的性能比较与常规的逆循环除霜空气源热泵的性能比较(a)制热量(b)COP2.1 2

19、.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵2222u（3）无霜技术溶液再生方法p清华大学李先庭李先庭教授团队采用冷凝热冷凝热回收回收对内热型溶液再生装置进行了改进，再生器出口的湿空气在再生器和冷凝器之间不断循环，能够充分回收冷凝热，再生效率较高；p东南大学张小松张小松团队采用热泵系统对绝热型再生器进行了改进，利用热泵冷凝热加热溶液，蒸发器回收湿空气的潜热，并进行了模拟研究，结果表明，热泵COP能够达到4.34.3，再生潜热COP能够达到3.53.5，潜热百分比高达82%82%。冷凝热回收溶液再生再生装置冷凝热回收溶液再生再生装置热泵驱动型溶液再生装置热泵驱动型溶液再生装置1李先庭,石

20、文星,王宝龙,等.一种溶液再生处理装置:中国.201210234947.X,2012-07-06.2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):3242-3247.2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵2323u（4）空气源热泵与冷却塔相结合的复合热泵空气源热泵与冷却塔的结合p清华大学李先庭李先庭教授团队提出了风冷换热器与冷却塔结合的热泵系统。风冷换热器弥补了冷却塔在冬季无法使用的缺点，而冷却塔则弥补了风冷换热器夏季散热效率低的缺点，二者搭配使用，优势互补，保障了热泵系统的高效和稳定运行；p根据相关文献

21、，空气源热泵与冷却塔结合的热泵系统，夏季能效能够提高13%30%13%30%。1李筱.蒸发冷换热器的实验、仿真与应用研究D.清华大学,2013:103 2.1 2.1 热点技术进展热点技术进展-空气源热泵空气源热泵2424u（5）空气源热泵用于电网调峰p清华大学江亿江亿团队提出可以采用空气源热泵作为虚拟调峰电厂运行，并对其可行性进行了论证，可有效解决电网负荷的峰谷变化问题，同时提高电厂发电效率，减少农村燃煤采暖带来的能耗及污染问题，并提高了室内的舒适性。p以京津唐电网为例2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵2525土壤251马宏权，龙惟定.地埋管地源热泵系统的热平衡.暖通

22、空调,2009,39(1):102-106.2范蕊,高岩,陈旭,等.基于热平衡的土壤源热泵系统特性分析.同济大学学报:自然科学版,2011,39(2):282-286.3You T,et al.Dynamic Soil Temperature of Ground-Coupled Heat Pump System in Cold Region.Proceedings of the 8th ISHVAC.Springer Berlin Heidelberg,2014:439-448.p供热为主的建筑供热为主的建筑l取热量排热量l土壤温度下降l系统性能衰减甚至无法运行u（1）北方地源热泵的长期土壤热

23、不平衡2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵2626u（2）地源热泵系统热平衡技术p辅助设备补热或减少取热辅助设备补热或减少取热l锅炉（哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学等）可靠性高能效比低，高能低用l太阳能集热器（大连理工等）（大连理工等）绿色环保初投资高，运行维护困难l空气源热泵节能性有待进一步提高土壤 辅助设备地源热泵机组地源热泵生活热水机组地埋管生活热水水箱分、集水器热源系统用户房间末端供热系统生活热水泵采暖热水泵补热机组换热器补热水泵取热水泵取热水泵生活热水循环水泵运行模式：地源热泵机组供暖地源热泵机组供空调地源热泵机组供生活热水补热机组补热：热管、热泵补热机组供生活热

24、水2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵u（2）地源热泵系统热平衡技术清华大学李先庭李先庭教授团队提出结合热泵和热管功能的补热机组，用该机组实现了非供暖期制取生活热水和向土壤补热，供暖初末期直接供热，可实现土壤全年热平衡l l补热机组原理：补热机组原理：补热机组原理：补热机组原理：充分利用热管技术和 热泵技术各自优势充分利用空气蕴含的 低品位能量实现夏热冬用可靠、节能、经济夏季制热能效比可达13以上2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵u（2）地源热泵系统热平衡技术2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵2929u（3）风冷换热器与地源

25、热泵相结合的复合热泵p针对地埋管地源热泵存在的热不平衡问题，清华大学李先庭李先庭教授团队提出了风冷换热器与地埋管结合的热泵系统。风冷换热器与地源热泵的结合p风冷换热器与地埋管结合，可有效解决地源热泵热不平衡问题；p三大功能：供暖、供冷、补热；p根据相关文献，风冷换热器+地源热泵系统，与传统的锅炉+分体空调系统相比，节能率可达24%34%24%34%。1游田,王宝龙,石文星.空气土壤双源热泵系统在我国北方地区的应用J.暖通空调,2016,(12):40-45.2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵3030u（4）新型埋管技术桩基埋管地下连续墙地铁隧道p新型埋管技术新型埋管技术

26、l桩基埋管（山东建筑大学方肇洪方肇洪教授团队等）l地下连续墙（同济大学夏才初夏才初教授团队等）l地铁隧道青岛理工大学胡松涛胡松涛教授团队等）2.2 2.2 热点技术进展热点技术进展-地源热泵地源热泵3131u（5）降低埋管数量技术辅助设备p辅助设备直接或耦合供热哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学等提出：l锅炉地源热泵承担60%热负荷，锅炉承担40%热负荷时最经济l空气源热泵清华大学李先庭李先庭教授团队等提出l复合补热机组与地源热泵耦合供热l空气源换热器+已有热泵机组提高热泵机组供暖性能制热量最大提高35%系统COP提高17%减少埋管数量减少至60%32322.3 2.3 热点技术进展热点技术进展-太

27、阳能等可再生能源太阳能等可再生能源1.天津大学由由世世俊俊团队针对太阳能作为驱动源驱动吸收式热泵为教学楼供热，节能效果显著2.上海交通大学王王如如竹竹团队针对太阳能发电驱动的电热泵进行了样机的开发和生产u（1）太阳能驱动热泵33332.3 2.3 热点技术进展热点技术进展-太阳能等可再生能源太阳能等可再生能源阳光充足，仅需太阳能热水单元运行加热蓄热水箱中的水。当阳光不足，需开启空气能热泵热水单元，共同加热蓄热水箱中的水，为用户提供热水需求。当阴雨天或夜晚，需运行空气能热泵热水单元，太阳能热水单元运行停止夏季热泵供冷+太阳能供生活热水；夜间蓄冷；用户侧取冷及太阳能供生活热水；冬季太阳能热泵供热模

28、式；太阳能蓄热模式；蓄能热泵供热模式；空气源热泵供热模式；空气源和蓄热联合供热模式；空气源和太阳能热泵供热模式。u（2）太阳能空气源热泵2.3 2.3 热点技术进展热点技术进展-复合源热泵复合源热泵3434太阳能与空气源热泵结合p清华大学李先庭李先庭教授团队提出了太阳能与空气源结合的热泵系统。风冷换热器弥补了太阳能集热器的不稳定及夜间或阴雨天气无法使用的缺点，二者搭配使用，优势互补，保障了热泵系统的高效和稳定运行；p三大功能：太阳能直接制热模式、太阳能空气源热泵模式、空气源热泵模式、除霜模式；p根据相关文献，太阳能与空气源结合的热泵系统，一次能源效率可达1.131.13，与太阳能集热器+电加热

29、系统相比，节能率达58%58%。集热型蒸发器1冉思源,李先庭,徐伟.新型间联式太阳能空气源热泵用于供热的效果分析J.暖通空调,2016,(12):8-14.u（2）太阳能空气源热泵35352.3 2.3 热点技术进展热点技术进展-太阳能等可再生能源太阳能等可再生能源100m1km2km1020405070通过更深层的地热热源，可以提取高于70的高温水用于直接供热也可通过封闭埋管采集深层地热，通过热泵提升后用于供热u（3）地热能利用打井直接利用地热封闭埋管采集深层地热36362.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖直接式显热回收1.王智民,天然气锅炉烟气余热回收与效率.

30、区域供热,2003(04):第18-19页.2 徐俊芳,王随林,潘树源,等.天然气锅炉烟气冷凝热回收利用技术工程应用方案探讨J.暖通空调,2009(11):128-132.3 Sui-lin W,Chunlei Z,Shuyuan P,et al.Study on Application of Heat Recovery Technology of Flue Gas Condensation in the Reform of Gas Boiler:The First International Conference on Building Energy and Environment,2008

31、C.冷凝式锅炉u（1）燃气锅炉与高效热回收-直接热回收法吸收式热泵热回收进风空气加湿热回收2.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖3737u（2）燃料驱动吸收式热泵燃料锅炉直接供热的一次能源效率 1.0 外界取热李先庭李先庭等：燃料锅炉驱动吸收式热泵供热p1份燃料转换化为热量时，还可从外界提取热量，一次能源效率 1.0吸收式热泵吸收式热泵外界取热增压吸收式热泵GAX吸收式热泵双效吸收式热泵p能效比更高p可运行范围更广38382.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖增压型吸收式热泵u（2）燃料驱动吸收式热泵GAX循环1.341.961.37-1

32、.513939 提高网输送能力提高网输送能力提高网输送能力提高网输送能力5080%5080%5080%5080%提高电厂供热能力提高电厂供热能力提高电厂供热能力提高电厂供热能力3050%3050%3050%3050%降低供热能耗降低供热能耗降低供热能耗降低供热能耗4060%4060%4060%4060%2.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖u（3）吸收式换热器实现大温差换热清华大学江亿院士江亿院士团队提出吸收式换热器，实现了供热管网100度以上的大温差及电站冷凝热的回收立式结构、六级自流，较强的自稳定与自平衡性能；各传热传质过程分级，形成冷凝与蒸发压力梯度，大幅度减

33、少不匹配耗散；实现了非常好的运行效果，比用常规卧式机组性能提高了30%以上；小型化设计，占地13m2.40402.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖u（3）吸收式换热器实现大温差换热清华大学江亿院士江亿院士团队开发出立式吸收式换热器，实现了楼宇规模的应用41412.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖u（4）工业余热供热清华大学江亿院士江亿院士团队提出工业余热采集、整合、输配及利用的系统方法，实现了工业余热供暖的规模化应用热源热源热用户热用户（单个工业余热）（单个工业余热）采集采集整合整合运行调节运行调节输配输配（多个工业余热间）（多个工业

34、余热间）（工业余热与其它热源间）（工业余热与其它热源间）42422.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖u（5）燃气机热泵发动机压缩机燃气机热泵结构原理图燃气机热泵机组构造环境温度发动机转速不同系统的性能比较环境温度越高，系统的制热量和一次能源效率越高与电热泵规律基本一致具有很好的部分负荷特性调节特性更加符合适应于不同温度下的调节存在热回收，故一次能源效率大于电热泵与吸收式热泵各自有适应的供热区域2.4 2.4 热点技术进展热点技术进展-清洁燃料供暖清洁燃料供暖4343u（6）生物质燃料冷热电联供系统基于内燃机发电的生物质热电联供系统基于燃气轮机发电的生物质热电联供系

35、统生物质生物质利用可再生的生物质能源可以减少化石燃料的利用进一步节能系统与吸收式热泵、内燃机发电机组或者燃气机热泵机组均可有机结合l1.1.背景背景l2.2.清洁供暖技术进展清洁供暖技术进展l3.3.问题与误区问题与误区l4.4.展望与建议展望与建议4444目录目录4545（1 1）空气源热泵容量设计平衡点）空气源热泵容量设计平衡点p常规的设计选型方法存在的问题：l设计选型容量偏大；l初投资大；l部分负荷运行时间较长；l设备率高，效率低；p计算模型：l地点：北京；l建筑用途：住宅；l总面积：1050m2；l负荷计算软件：DeST_h；l采暖季：11.15-次年3.15p假设:l拟合建筑负荷与外

36、温的曲线l空气源热泵采用样本l负荷率=建筑负荷/制热能力建筑负荷与不同的设计温度下机组制热能力建筑负荷与不同的设计温度下机组制热能力4646（1 1）空气源热泵容量设计平衡点）空气源热泵容量设计平衡点不同外温的小时数与对应的机组负荷率不同外温的小时数与对应的机组负荷率最大负最大负荷设计荷设计-5设计设计1设计设计负荷率80%211h1149h2392h额定供热量下的初投资*12.6W8.4W5.6W*注：热泵初投资按照额定供热量1.2元/W计算，供热量不足的部分用燃气锅炉补足，初投资单价为0.2元/W机组的不同负荷率的运行时间与初投资对比机组的不同负荷率的运行时间与初投资对比1.满负荷设计系统

37、的高负荷率（80%）运行时间小于1设计时的1/10；2.满负荷设计系统的低负荷率（30%）运行时间是1设计时的4倍以上；3.较大的选型势必会带来水泵风机等附属设备的能耗增加；4.低负荷率运行时间越长，其季节COP会越低按照满负荷设计时，机组的初投资是按照1设计时的两倍以上；4747（1 1）空气源热泵容量设计平衡点）空气源热泵容量设计平衡点通过相对较高的设计参考温度可以提高机组的部分负荷性能，同时还可以在一定程度上减小初投资。低温工况如何保障？室内末端室内末端辅助电加热辅助电加热蓄热装置蓄热装置 热水锅炉热水锅炉空气源热水机组空气源热水机组可选择的辅助热源可选择的辅助热源4848（2 2）可再

38、生能源是否一定节能？）可再生能源是否一定节能？-以太阳能为例以太阳能为例建筑模型假设与计算方法：建筑模型假设与计算方法：将太阳能+电加热系统和空气源热泵分别用于供热，比较一次能源效率。建筑面积100m2，取北京、成都、沈阳、拉萨作为典型城市。空气源热泵性能取自产品样本，性能拟合公式为COP=(2.3026+0.0038*T0)/(1-0.01556*T0)，式中T0为环境温度，。北京成都拉萨沈阳供热季总负荷(kWh)4136221034476410全年总太阳辐射量(kWh/m2)1510108621941541供热季平均室外温度()-1.686.90.55-5.34太阳能集热器面积(m2)10

39、101016水箱体积(m3)1.51.51.51.5电加热最大加热功率(kW)3334.8典型城市气象条件和太阳能+电加热系统设计参数u太阳能+电加热供暖案例分析4949（2 2）可再生能源是否一定节能？）可再生能源是否一定节能？-以太阳能为例以太阳能为例太阳能+电加热系统的一次能源效率为0.38-0.61，低于空气源热泵的0.71-0.92。太阳能+电加热系统中，来自太阳能的能量占比（太阳能保证率）较低，只有20%50%，因此辅助热源对整个系统的能效有较大影响，以电加热作为辅助热源造成系统能效较低。一次能源效率和太阳能一次能源效率和太阳能+电加热系统中太阳能占比电加热系统中太阳能占比u太阳能

40、+电加热供暖案例分析5050（3 3）供暖温度问题）供暖温度问题l地板辐射采暖的供水温度一般低于 60，l有的采用 3040的供水温度也能达到良好的供热效果。l严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ26-2010：换热站不宜直接提供温度低于60的热媒l城镇供热管网设计规范CJJ 34-2010：以热电厂或大型区域锅炉房为热源时，设计供水温度可取 110150现国内暖气片供水温度过高现国内暖气片供水温度过高问题：问题：供水70时，散热器表面会散发烤糊的灰尘或是有害气体1；存在较大的垂直方向上的温度差，温度分布不均；供回水温度高，造成高品位能源浪费。l城市热力管网设计规范（GJJ 34-90）：

41、规定设计供水温度为9570；l国内许多工程的设计供回水温度：85/60、80/60、70/50l丹麦、芬兰：供回水温度70/40 2l波兰：供回水温度80/60的，l欧洲标准 EN442：供回水温度未来的趋势为 5545是否可以采用低温采暖，满足供暖的舒适要求？是否可以采用低温采暖，满足供暖的舒适要求？1Arnold Springer.Development of Steel Panel Radiators and Development of European Standards for Heating Radiators Nov.2003.2 IEA district heating an

42、d cooling handbook.5151（3 3）供暖温度问题供暖温度问题p工程地点：哈尔滨p被测类型：单元房两室一厅一厨一卫（72m2）p测试时间：10月20日次年4月20日p结果：散热器供回水温度基本处于50/35oC之间，室内温度基本保证在20oC左右1李庆娜.散热器采暖系统低温运行应用研究D.哈尔滨工业大学,2009.5252（3 3）供暖温度问题供暖温度问题u低温水供散热片供暖效果模拟房间信息：面积12m2，北京冬季，房间内设计温度20oC散热片：设计供水温度90oC，室外设计温度：-10oC散热器片数：铸铁柱翼650（10片），铝合金柱式（7片）u设计工况设计工况u计算模型计

43、算模型p散热器散热量根据实际实验，拟合成与对数平均温差相关的经验公式进行计算l铸铁柱翼650W（10片）：Q=5.397*T1.291l铝合金柱式W（10片）：Q=12.08*T1.219p房间负荷根据dest的计算结果进行线性回归拟合，写成室内温度和室外环境温度的温差的函数l Q=0.026*(Troom-Tamb)u计算方法计算方法p通过散热器散热量与房间负荷相等，求解室内温度和散热器回水温度5353（3 3）供暖温度问题供暖温度问题u低温水供散热片供暖效果模拟p铸铁散热器（10片）供水温度70-80oC，铝合金散热器（7片）供水温度65-75oC，室内温度可以保持较好状态；p供水温度为5

44、5oC，铸铁散热片增加到17片以上，铝合金散热器增加到10片，即可保证室内供暖效果；p供水温度继续下降至5050o oC C、45oC，铸铁散热器片数需分别增加22.7%22.7%、76.5%76.5%；铝合金散热器需分别增加20%20%、60%60%；p供暖水路与生活热水不同，降低供暖温度不会滋生细菌，而导致SBS。供水温度oC房间温度oC40506070809010005101520253035散热器片数(供水温度55oC)房间温度oC57911131517192123250369121518212427供水温度oC(室内温度保证18oC）散热器片数45505505101520253035

45、161210302217铝合金散热器片数铸铁散热器片数铝合金散热器(7片)铸铁散热器(10片)铸铁散热器铝合金散热器l1.1.背景背景l2.2.清洁供暖技术进展清洁供暖技术进展l3.3.问题与误区问题与误区l4.4.展望与建议展望与建议5454目录目录5555展望与建议展望与建议u建议建议1.跟踪调研各类清洁能源供暖系统实际运行性能2.政策补贴不限于某一类技术，而是基于实际节能效果3.燃料驱动热泵替代燃气锅炉等燃料直接燃烧u关注下列技术关注下列技术1.复合源热泵，包括太阳能与空气源地源复合热泵系统、土壤源与空气源地源复合热泵系统等2.低蒸发温度吸收式热泵，生物质驱动的吸收式热泵3.深井地热的直接热利用：开采地下水和间接换热技术4.风力发电与热泵相结合的供热方式，以解决弃风问题谢谢！Xianting Xianting Li,Tsinghua UniversityLi,Tsinghua U