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热源塔热泵技术讲座2012B


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小温差传热向空气要能源 无锅炉无电辅终端无污染

热源塔热泵关键技术与成套装置

湖南秋克热源塔热泵科技工程有限公司 湖南大学土木工程学院热源塔热泵研究中心
技术支持 刘秋克 手机 18974893695

节能减碳 世界环境日你的地球需要你


推广气候友好技术发展低碳循环经济

热源塔热泵关键技术与成套装置

第一节、空调背景技术 第二节、低碳技术原理 第三节、项目历史沿革 第四节、项目目标标准 第五节、持续改进过程

第六节、成套设备装置 第七节、应用经济分析 第八节、替代化石能源 第九节、项目专利成果 第十节、社会支持关注

热源塔热泵关键技术与成套装置

第一节

空调背景技术

一、空调背景技术 —— 环境污染严重

一、空调背景技术 —— 化石能源空调

一、空调背景技术 —— 空气源热泵空调
格力品牌

风冷热泵+煤锅炉

煤锅炉酸雾腐蚀

三年损坏率达80%

低温高湿区
年均低于 6℃为 65—70 天 年均低于 1℃为 10—15 天

科龙品牌

一、空调背景技术 —— 风冷却制冷空调
风冷式制冷机的冷凝温度取决于室外干球温度,而水冷式制冷机的冷凝温度则取决于 室外湿球温度。在一天之内室外空气干球温度的变化要比湿球温度大得多。夏季南方空气 温度多在35℃以上,所以依靠干空气进行冷却制冷能耗要高于水蒸发冷却制冷。

上海市1.5 万平米五星级酒店高能耗风冷却空调

效应 热岛 冷却 冷风 制
蒸发温度2℃ 空气温度35℃ 冷凝温度50℃ 能效比 EER=2.2

一、空调背景技术 —— 地源热泵空调
地源热泵地下埋管出现的渗漏问题无法解决, 昂贵的地源埋管造价和夏季付出120天的 高能耗为代价,只换来冬季一个月的高供热性能,投入的经济代价无法得到回报。
温度 2002 年 ℃

2003 年

月份 停运 供热期间 停运 制冷期间 粉色线凯峰电子 44W/M 蓝色线阿克苏闭式冷却塔 停运

红色线圣龙汽配 55W/M

一、空调背景技术 —— 地源热泵空调

水源热泵

土壤源热泵

地表水源热泵

地源热泵 城市不能应用
海水源热泵 污水源热泵

热源塔热泵关键技术与成套装置

第二节

低碳技术原理

二、低碳技术原理 —— 洋流与大气环流

二、低碳技术原理 —— 洋流与大气环流

二、低碳技术原理 —— 次生源热源塔热泵原理
末端负荷 冷热源塔
A1 P1 P2

负温度三种防霜形式 C1、C2、 C3
冷凝水分离机
C1 Z1 Z2 A3 B3 A2 C2 B2 B1

C3

地源融霜

蓄热能内置融霜

低热源热泵

二、低碳技术原理 —— 夏季太阳能存储

二、低碳技术原理 —— 原生源热源塔热泵原理
A1 P1

太阳能原生源 热源塔热泵
P2

符号说明: 次生源冷热源塔A1; 热源循环泵A2; 热泵机组蒸发器A3; 换向导阀Z1; 换向导阀Z2; 末端换热器B1; 负荷泵B2; 热泵机组冷凝器B3; 热源膨胀罐P1; 末端膨胀罐P2; 高能集热器H1; 高能迁移泵H2; 高能存储库H3。

B1 H3

Z1

Z2 A3 B3

A2

B2

H2

二、低碳技术原理 —— 气象要素的可行性
2004.01月份逐日最低气象要素 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 气温 1.0 5.6 0.3 6.1 6.4 8.0 7.4 5.8 5.8 5.1 3.8 4.3 -0.9 -0.5 5.7 5.8 1.8℃ 67℅ 11d 日期 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 气温 5.1 0.4 0.6 -0.4 -2.3 -5.4 -3.4 -3.6 -6.5 -0.7 -1.1 -4.3 1.6 5.4 1.8 2005.01月份逐日最低气象要素 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 气温 -6.7 -5.3 -2.2 1.6 1.8 -0.3 2.7 3.0 1.8 -3.4 0.9 0.3 0.0 0.8 -2.0 -3.9 0.5℃ 74℅ 9d 日期 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 气温 -4.0 1.2 4.1 2.1 1.1 1.2 3.2 2.8 4.8 2.3 2.2 2.1 4.5 1.0 -1.3 2006.01月份逐日最低气象要素 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 气温 8.5 6.7 5.7 3.3 0.9 -3.2 -5.4 -5.3 -3.7 -2.4 -0.4 8.4 8.7 5.8 6.2 6.5 3.4℃ 77℅ 5d 日期 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 气温 7.8 7.2 6.3 6.0 3.2 2.5 3.1 1.4 4.0 4.9 2.1 0.5 3.0 4.7 7.2 2007.01月份逐日最低气象要素 日期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 气温 5.9 6.2 3.6 3.3 4.5 2.4 -2.2 -1.7 -1.7 -2.3 -0.6 5.2 2.0 2.1 3.1 4.6 1.8℃ 75℅ 10 d 日期 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 气温 2.9 3.2 2.4 3.4 5.6 3.5 4.1 0.7 -0.4 0.6 -1.0 -0.7 -2.9 0.1 -0.1

最低平均气温 月平均湿度 负温度天数

最低平均气温 月平均湿度 负温度天数

最低平均气温 月平均湿度 负温度天数

最低平均气温 月平均湿度 负温度天数

二、低碳技术原理 —— 小温差传热要点
T1

图1
T2

大温差传热,传热面积 较少, 传热效果下降, 导致 物体之间温度相差较大,热 泵COP性能下降。
T1

图2
T2

小温差传热,传热面积较多, 传热效果提升, 导致物体之间 温度相差较小,热泵COP性能提高。

二、低碳技术原理 —— 关键技术理论与目标
1、小温差传热向空气要能源 改变了传统大温差传热水源热泵和大温差冷 却塔低配置构造所导致的热泵蒸发温度偏低、供热性能下降,循环溶液浓度高不 可浓缩稀释后直接排放造成环境污染问题; 2、太阳能高能储存辅助热源 夏季,太阳能集热器吸收了太阳能高辐射热 量,高能迁移泵驱动循环介质将太阳能原生源存储于高能存储库中作为冬季-5℃ 以下的热泵热源,可减少常规太阳能供热敷设面积达80℅左右; 3、热源塔热泵成套装置设备 配低效率现象; 4、无锅炉无电辅终端无污染 化石能源燃烧二氧化碳的排放成为温室气体 的主要来源。 太阳能原 / 次生源热源塔热泵成套装置技术可实现建筑物终端无污 染空调,按GB/T 2589-2008 …… 计算通则降低化石能源总排碳量60℅以上。 成套装置设备的高效率低能耗是建立在设备 之间小温差传热组合配套的综合,克服了传统热泵空调设备之间大温差传热不匹

热源塔热泵关键技术与成套装置

第三节

项目历史沿革

三、项目历史沿革 —— 发明课题来源
课题 来 源于专利 技术发明人 2002 年与 美国 WFI 公司的合作 与研究, 开始在具有 代表性气候的中国 进 行热源塔热泵的 理论 与实践研究, 并进行 了热工研究与理论定 位 应是以吸收低位能 量多少为主的设计, 并定义为“ 热源塔”。 2005年正式由宁 波鄞州科技局作为技 术攻关难题在全国科 技网进行网上招标。

三、项目历史沿革 —— 不同时期的合作
WFI空调、辛普森空调、秋克科技公司
舟山地区试验基地 湘西地区试验基地

热源塔热泵技术研究
2002-2005初试、2005-2010中试

扬州地区试验基地 杭州地区试验基地 华北地区试验基地

宁波市工程设计研究院 湖南大学土木工程学院

热源塔热泵关键技术与成套装置

第四节

项目目标标准

四、项目目标标准 —— 系统性能与指标
热源塔热泵成套设备正常运行工作的冷(热)源侧和负荷侧温度范围及性能
项目 参气 数象 项目性能名称 环境空气温度(℃) 空气相对湿度(%) 不同温度制冷/供热天数(d) 冷(热)源塔出口(℃) 源冷 塔热 冷(热)源塔进口(℃) 冷热源塔风动循环功率(KW) 冷凝器进水口温度(℃) 冷凝器出水口温度(℃) 泵小 制温 冷差 机热 蒸发器介质出口温度(℃) 蒸发器介质进口温度(℃) 冷凝器工质冷凝温度(℃) 蒸发器工质蒸发温度(℃) 制冷/供热性能(EER/COP) 国标水源热泵能效与性能要求 性系 能统 内置循环溶液浓度冰点 制冷供/热性能(EER/COP) 4.2~5.0 4.0~4.7 4.0~4.7 60~1000KW夏季开式蒸发制冷 32 75 40~60 30℃ 35℃ 常1~10 30℃ 35℃ 7℃ 12℃ 38℃ 5℃ 4.4~5.2 3.4~3.5 -13℃ 2.7~3.0 -8℃ 3.0~3.6 32 85 30~40 29℃ 34℃ 负2~20 29℃ 34℃ 7℃ 12℃ 37℃ 5℃ 4.4~5.4 32 95 10~15 30℃ 35℃ 负2~20 30℃ 35℃ 7℃ 12℃ 38℃ 5℃ 4.4~5.2 60~800KW冬季闭式循环热泵供热 -2 60 5~7 -5℃ -8℃ 2~20 40℃ 45℃ -8℃ -5℃ 48℃ -11℃ 3.0~3.6 0 100 15~20 -3℃ -6℃ 2~20 40℃ 45℃ -6℃ -3℃ 48℃ -8℃ 3.4~4.0 2 90 40~50 0℃ -3℃ 2~20 40℃ 45℃ -3℃ 0℃ 48℃ -5℃ 3.5~4.1 2.9~3.2 0℃ 3.1~3.7

四、项目目标标准 —— 小温差传热供热
权威杂志报道空调产品能效比良莠不齐,高低相差达40%能源效率低,直接导致能 源的浪费。按制冷工况测试要求:冷冻水 进12℃/出7℃;冷却水 进30℃/出35℃比较。

市场水源热泵制冷

热源塔热泵制冷

四、项目目标标准 —— 小温差传热制冷
市场的恶性竞争,水源热泵和空气源热泵以减小传热面积来降低出厂成本,成为低 性能产品已引关注!按水源热泵地下环路工况 热源侧进0℃/负荷侧出45℃比较。

市场水源热泵供热

热源塔热泵供热

热源塔热泵关键技术与成套装置

第五节

持续改进过程

五、持续改进过程 —— 传统溶液腐蚀严重

氯类溶液 严重腐蚀

一代 技术

附属设备系统腐蚀

五、持续改进过程 —— 改进后的溶液结晶

氮类溶液 飘逸结垢

二代 技术

五、持续改进过程 —— 闭式与开式结构比较
改进 传统冷却塔结构为热源塔结构
散射流热、交换半径小、冷热源释放吸收效果差 风量不够 漂溶液空间污染 塔内风速2.5m/s 干式蒸发器 换热面积不足 溶液浓缩装置 稀释溶液排放 污染环境水体 冷凝水 干式循环无污染 离心消噪分离器 塔内风速5m/s 风压高射流远 热交换半径大

五、持续改进过程 —— 闭式与开式性能比较
项目 参数名称 空气干球温度(℃) 参气 数象 空气湿球温度(℃) 空气相对湿度(%) 持续天数(天) 吸收热源(KW) 热源 处理 参数 热泵压缩功 (KW) 500型热泵性能(COP) 换热循环风量(m?/h) 空气冷凝水(kg) 蓄热融霜热量(KW) 闭式 蓄热 融霜 费用 蓄热价格(元/小时) 日运行16小时(元/天) 全年运行费用(元/年) 溶液 开式 防霜 费用 氮溶液数量(kg/小时) 氮溶液价格(元/小时) 日运行16小时(元/天) 全年运行费用(元/年) -5.0 -8.0 29.0 1 750 294 3.30 499260 32 4 1.26 20.17 20 13 25.76 412.2 412 -4.0 -7.0 33.1 1 750 287 3.37 487541 50 6 1.94 31.08 31 19 38.24 611.8 612 -3.0 -5.0 57.3 2 750 301 3.45 464636 102 12 3.88 62.06 124 31 61.14 978.2 1956 1000KW供热计算输入参数 -2.0 -4.0 59.5 3 750 294 3.54 452489 128 14 4.82 77.09 231 39 77.05 1232.8 3698 -1.0 -2.0 80.5 5 750 290 3.60 327075 388 43 14.35 229.65 1148 97 194.09 3105.4 15527 138 275.90 4414.4 17657 141 281.37 4501.9 18007 108 216.79 3468.6 13874 75 149.25 2388.1 11940 83685.00 1555 .00 0.0 0.0 100.0 4 750 283 3.69 247253 552 1.0 1.0 100.0 4 750 277 3.76 242348 563 2.0 2.0 100.0 4 750 264 3.95 237363 542 3.0 2.0 84.7 5 750 258 4.04 237092 373 29 合计

五、持续改进过程 —— 系统工艺技术的完善
2005 — 2009年太阳能次生源小温差传热向空气要能源工艺持续改进过程

普通冷却塔+盐类溶液大温差热泵

加大容量的冷却塔+盐类溶液大温差热泵

开式热源塔(醇类浓缩溶液)小温差热泵

闭式热源塔(浓缩溶液间歇防霜)小温差热泵

五、持续改进过程 —— 小温差传热与流速

后侧蒸发压力低 回汽口结霜 低温热源条件下出现严重水力失调一侧不能运行 前侧蒸发压力高 回汽口不结霜

全部报废

五、持续改进过程 —— 大温差传热与寿命
大温差传热 机组在低热源工 况条件下,蒸发 压力低,导致溶 液浓度升高,甚 至超过溶解浓度 产生共晶点,供 热性能下降,机 组严重回霜,导 致运行油温过低 润滑不良,降低 设备使用寿命。 溶液浓度的 升高给开式循环 浓缩系统带来很 高的成本。

五、持续改进过程 —— 闭式热源塔无霜试验
空气温度高于0℃小温差闭式热源塔处于无霜运行状态,占整个南方冬季供热天数 90℅以上,对比大温差空气源热泵减少了85℅以上的结霜几率。

五十年一遇冰冻期 热源塔热泵供热纪实

室外温度

热源塔蒸发器无霜运行

五、持续改进过程 —— 耐气候性能试验
在无锅炉等辅助热源条件下,热源塔热泵经受住我国南方五十年一遇的冰冻期恶 劣气候条件下的运行试验,宾馆客房供暖温度达到30℃,冷暖空调热水三联供。

热源温度

热水温度

年平均 1.0℃以下 天数为 15—20 天

五十年一遇冰冻期 热源塔热泵供热纪实

年平均 8.0℃以下 天数为 75—80 天

室外温度

室内温度

热源塔热泵关键技术与成套装置

第六节

成套设备装置

六、成套设备装置 —— 整体性能的提高
夏季为负压蒸发水 冷却高能效制冷机

成套 装置 产品
冬季为太阳能可再 生能源高性能热泵

热源塔热泵关键技术与成套装置

第七节

应用经济分析

七、应用经济分析 —— 南方应用经济比较
浙江桐庐大酒店在决定酒店三联供空调方案,采用五种空调冷(热)源方案进行图表分析对比, 热源塔热泵对比单冷机+燃气锅炉初投资基本持平,年节能40℅以上,年减碳1000吨以上。

热源塔热泵关键技术与成套装置

第八节

替代化石能源

八、替代化石能源 —— 实现终端无锅炉 八、

全球气候变暖主要是人类长期使 用化石能能源燃料排放的二氧化碳是 最主要的温室气体来源,它给人类带 来的灾害性后果是很可怕的。

1.小温差传热向空气要能源 2.太阳能原生源高能存储库 3.无锅炉无电辅终端无排碳 4.热源塔热泵成套装置设备

太阳能集热器 小温差传热目的节能环保 建筑物环保空调

环保循环溶液 冷凝水分离机

小温差闭式热源塔

小温差低热源热泵

原生源存储仓

八、替代化石能源 —— 应用范围与效益 八、
在我国实现 50 % 的更新率替 代化石能源空调 市场需求量大于 250 亿元;年减 碳量大于二亿吨 到2020年达到中 国向哥本哈根世 界气候峰会承诺 年减碳15亿吨的 15 % 左右。
太阳能集热板 光电输出

供热 低热源热泵

热源塔

高能存储仓 供热 浓缩机 热源塔 低热源热泵

八、替代化石能源 —— 应用范围与效益 八、

热源塔热泵关键技术与成套装置

第九节

专利技术成果

九、专利技术成果 —— 自主知识产权 九、专利技术
2008 —— 2010年热源塔热泵发明专利授权进程列表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 申请号 200810031355.1 200810031368.9 200910307940.4 200910308216.3 201010227055.8 201010545486.9 201010556474.6 PCT/CN2010/076869 200920311612.7 200920311781.0 200920311810.3 200920312300.8 200920312301.2 200920313014.3 201020259499.5 201020608434.7 申请日 08.05.21 08.05.23 09.09.29 09.10.12 10.07.15 10.11.16 10.11.24 10.09.14 09.09.27 09.09.29 09.09.29 09.10.12 09.10.12 09.10.22 10.07.15 10.11.16 专利名称 一种热源塔热泵 闭式热源塔 一种防霜溶液与冷凝水分离装置 太阳能次生源热源塔热泵成套装置 一种太阳能次生源热源塔热泵集成装置 太阳能原生源热源塔热泵成套装置 一种闭式集成防霜热源塔 太阳能次生源热源塔热泵成套装置 一种湿热能负压冷却制冷机 一种太阳能次生源冷热源塔 防霜溶液与冷凝水分离装置 一种热源塔热泵低热源旋流冷热水机组 太阳能次生源热源塔热泵成套设备 热源塔热泵涡旋式冷热水机组 太阳能次生源热源塔热泵集成装置 太阳能原生源热源塔热泵成套设备 申请人 刘秋克 刘秋克 刘秋克 刘秋克 刘秋克 刘秋克 刘秋克 刘秋克 秋克公司 秋克公司 秋克公司 秋克公司 秋克公司 秋克公司 刘秋克 刘秋克 审查进程 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 授权发明专利 进入实审程序 进入实审程序 进入实审程序 国际发明已受理 授权实用新型 授权实用新型 授权实用新型 授权实用新型 授权实用新型 授权实用新型 发明已受理 实用已受理

九、专利技术成果 —— 科技成果新产品 九、专利技术
2010年热源塔热泵关键技术科技成果鉴定

国际先进水平

2010年热源塔热泵装置新产品检定验证

热源塔热泵关键技术与成套装置

第十节

社会支持关注

十、社会支持关注 —— 学术交流报道

十、社会支持关注 —— 央视网访谈
央视网CCTV.COM 向全球五十多个国家播出

央视网CCTV.COM 向全球展示华人风采与发明

热源塔热泵系统关键技术 持续改进共创民族品牌
湖南秋克热源塔热泵科技工程有限公司 湖南大学土木工程学院热源塔热泵研究中心
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