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三维热泵蓄热和传统热泵蓄能比较及分析

2010-12-11 02:21:57锅炉招标网

三维热泵作为一种新型热泵,实现了热量在热泵系统中的多方灵活转移,比普通热泵的应用范围更广泛。在实际工程案例中,配合蓄能水箱蓄热解决对于昼夜温差大的地区如西北、华北等地区的采暖问题,具有较大的可行性,符合国家的环保政策,具有较大的经济效益和社会效益。

0.引言

目前,由于热泵是一种转移热量的装置,采用热泵来蓄能是比较节能的。作为热泵蓄能的介质,主要有水和各种相变材料。以下是这两类蓄热材料的对比:

蓄能方式

优点

缺点

相变材料蓄热

蓄能容量大,体积小,

蓄热材料性质不稳定;成本较高

水蓄热

稳定,成本低

蓄热容量小

基于上述原因,蓄热型热泵系统并未得到广泛的应用。其中水蓄热可以采用现成的消防水池来做蓄能水箱,具有投资低、冷暖兼用的特点。如果能解决蓄能容量偏低的缺点,则水蓄能具有广泛的应用前景。

1.三维热泵的原理

本文旨在讨论一种新型热泵,这种热泵在原有热泵的基础上,巧妙地利用双四通阀切换系统,使热泵系统能将热量自由地在三种环境或物体中相互转移,为了很好地和原有热泵系统区分,所以形象地称之为三维热泵。如下图所示:

普通热泵只能使热量在两个物体中转移,而热泵可以使热量自由地在三个物体中转移,在这三个物体中,可以两个是使用端,也可以两个物体作为热源端,使能源可以得到进一步的综合应用。

下图表示的是三维热泵的系统原理图:

由于热量的转移非常灵活,可以非常广泛地应用在很多商业和住宅场所。下面就PHNIX三维热泵在蓄热方面应用的可行性做一个简单的分析。

2.三维热泵蓄能应用简图

下面的图例描述三维热泵在冬季蓄热的应用原理。

a.冬天的蓄热

b.冬天的放热

下表是同样1吨水,采用三维热泵蓄热和传统热泵蓄能的比较如下:

3.实际工程案例分析

3.1工程基本情况

甘肃武威回民大酒店,其建筑面积为6000m2,设计采暖负荷为420kW,楼顶有一个100T的消防水箱,可以用来做蓄能水箱。

甘肃武威是典型的温带大陆性干旱半干旱气候,特点是降水稀少,气温温差大,夏季炎热而短促,冬季寒冷而漫长,太阳辐射强,日照充足,蒸发强烈,空气干燥。如能解决空气源热泵衰减的问题,则非常合适采用空气源热泵来采暖。

以**冷的5个月计算,武威的平均气温为-4℃,其日间平均气温在2℃左右,夜间平均气温在-10℃左右。夜间(晚上7时~早上7时)的平均负荷为420kW,日间(早上8时~下午6时)的平均负荷为210kW.

3.2机组参数

采用PHNIX三维热泵机组25P机组,该机组的参数如下:

3.3机组选型

如果没有蓄能,只能按酒店的**大负荷来选择机组,酒店的**大负荷出现在夜间,其负荷为420kW,此时机组能力为35kW,能效比为1.7。

所以,应选机组数量=420/35=12台,其能耗分析如下表1;

采用蓄能方案机组容量可以选小一些,下表2选择了4台普通风冷模块和6台三维热泵.

3.4系统原理图:

如下图所示

系统说明:

(1)白天:

a.普通模块机组M2给房间采暖提供热量;

b.三维热泵机组M1给蓄能水箱V的水蓄能,直至水温达到50℃;

(2)夜晚:

a.夜晚,蓄能水箱首先给房间采暖提供热量;

b.当蓄能水温下降至40℃时,三维热泵开启给蓄能水箱补充热量;

c.当蓄能水箱水温降至37℃时,蓄能水箱停止向房间供热,这时,启动三维热泵,从蓄能水箱中吸收低位热源,经热泵提升后继续向房间供热;

d.当水箱水温低于7℃时,三维热泵停止从蓄能水箱吸热,这时,普通热泵和三维热泵同时启动,同时从空气中吸收热量,向房间供暖.

3.5能耗分析:

下表1是无蓄能方案的能耗计算:表1

下表2是蓄能方案的能耗计算:表2

4.总结:

采用三维热泵的方案,机组数量由12台减少为10台(其中6台为三维热泵),机组容量减少了16.7%,增加了一些水管和水泵,利用现成的消防水箱,系统成本相当或略为增加,但是综合能效提高了16.4%,更为关键的是,三维热泵相当于是双热源热泵,它利用昼夜温差大的自然现象,白天蓄能,晚上通过热泵提升后再放热,使相同容积的蓄能水箱蓄能容量增加了2倍。对于昼夜温差大的区域如西北、华北等区域,其节能的优势更明显。同时,以下几点有必要注意和进一步改进的:

(1)如何将热泵制取的水温提高,将进一步减少蓄能水箱的容积,提高一次放热的比例,有助于提高综合能效比,这里PHNIX(芬尼克兹)已开发出出水温度65℃的北极星系列产品,该产品和三维热泵技术融合,将进一步提高蓄能的效率;

(2)如果结合太阳能做蓄能热源,会进一步提高蓄热能效比;

1、如果有峰谷电政策,可灵活调节机组的工作时间,以获得更好的经济效益;

2、在放热的系统中,采用变频水泵和电动混水阀,进行恒温放热,可以提高系统的稳定性。

总而言之,三维热泵配合蓄能水箱蓄热解决北方高寒地区的采暖问题,具有较大的可行性,符合国家的环保政策,具有较大的经济效益和社会效益。

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