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水地源熱泵冰蓄冷中央空調(diào)分析

來源: 時(shí)間:2024-08-09 11:06:52 瀏覽次數(shù):

 目前生產(chǎn)和使用的空氣源熱泵戶型中央空調(diào)存在有一些急待解決的問題,研究開發(fā)地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào),對節(jié)能、降低用戶運(yùn)行費(fèi)用和電網(wǎng)調(diào)峰有著十分重要的意義和發(fā)展前景。為了加快地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的發(fā)展和應(yīng)用,建議電力部門盡快建立完善鼓勵(lì)低谷用電的優(yōu)惠政策,如盡可能拉大峰谷電價(jià)比,給予蓄冰空調(diào)設(shè)備的開發(fā)和使用補(bǔ)貼等。同時(shí)也建議有關(guān)廠家加強(qiáng)地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的開發(fā)研究,降低造價(jià),提高綜合效益,為戶型蓄冰中央空調(diào)開辟更廣闊的市場。

1、戶型中央空調(diào)的發(fā)展    戶型中央空調(diào)即住宅集中空調(diào),自20世紀(jì)90年代進(jìn)入中國市場以來,正得到很快的發(fā)展。就其原因,首先是我國一直把城鄉(xiāng)居民住房當(dāng)作頭等大事來抓。    

近年來人均住房面積有了很大提高,并且住房也有向大戶型、多居室的別墅、多層和小高層發(fā)展的趨勢;第二,人民生活水平提高,富裕起來的城鄉(xiāng)居民住房室內(nèi)裝飾都達(dá)“小康”水平,房間空調(diào)已滿足不了他們的要求,更多的人把消費(fèi)投向了戶型中央空調(diào);第三,生產(chǎn)工藝的成熟和激烈的市場競爭,使得戶型中央空調(diào)的造價(jià)逐漸為工薪階層接受;第四,城市建筑景觀和環(huán)境的限制,也使城市的一些小型商業(yè)用戶轉(zhuǎn)而使用小型集中空調(diào)。以上幾點(diǎn)可以看出,關(guān)注和議論戶型中央空調(diào)并非超前,戶型中央空調(diào)將是21世紀(jì)的新消費(fèi)熱點(diǎn)。2、戶型中央空調(diào)目前存在的問題及解決辦法2.1戶型中央空調(diào)目前存在的問題    經(jīng)對目前戶型中央空調(diào)的調(diào)查和了解,我們發(fā)現(xiàn)存在著如下問題:國內(nèi)生產(chǎn)的戶型中央空調(diào)大多是以空氣為熱源的熱泵機(jī)組,雖然在使用和安裝上有其方便之處,但在夏季炎熱的地區(qū),機(jī)組冷凝溫度較高,COP值較低,機(jī)組耗電量大;在冬季溫度較低,濕度較大的地區(qū),機(jī)組又需融霜,造成室溫波動(dòng)較大,機(jī)組耗電量同樣增大.

以空氣為熱源的熱泵機(jī)組,受室外空氣的影響很大。隨室外空氣溫度的變化,熱泵機(jī)組的制冷(制熱)量與建筑物的需冷(需熱)量變化方向正好相反,很難匹配。    3)目前國內(nèi)生產(chǎn)的戶型中央空調(diào)均無真正的能量調(diào)節(jié)。由于室外空氣溫度變化較大,在整個(gè)供冷或供熱季節(jié)中,熱泵機(jī)組大多數(shù)時(shí)間處于部分負(fù)荷下COP值低的狀況。因此,目前有一種“戶型中央空調(diào)買得起,用不起”的說法。據(jù)了解,在重慶市,建筑面積250m2左右的戶型中央空調(diào),每月電費(fèi)在1000元以上。

制冷量6kW以上的戶型中央空調(diào)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(dāng)用戶需冷量較大時(shí),往往采用2臺(tái)單相機(jī)組并聯(lián),這不僅增加了投資,也給安裝帶來不便。    5)家用空調(diào),特別是用電量較大的戶型中央空調(diào)的發(fā)展,導(dǎo)致城市高峰負(fù)荷快速增長,加劇了城市電網(wǎng)的供需矛盾。例如經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的上海市,供電量為9600MW,居民空調(diào)用電約占30%。1998年8月的持續(xù)高溫,居民空調(diào)全部開啟,使上??照{(diào)負(fù)荷猛增到3000MW左右,當(dāng)月13日上海最高用電負(fù)荷達(dá)9018MW,比1997年同期凈增1000MW,出現(xiàn)電力缺口約700MW,電力高峰、低谷負(fù)荷相差3700MW。2.2地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)    針對空氣源熱泵戶型中央空調(diào)的問題,筆者提出地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào),其優(yōu)點(diǎn)在于:    1)以土壤為熱源,由于全年土壤溫度波動(dòng)小,隨著土壤深度的增加,土壤溫度變化相對穩(wěn)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(jù)重慶大學(xué)劉憲英教授科研組的測定,與空氣源熱泵相比,地源熱泵COP值平均提高30%左右[4],因而可以大大減少戶型中央空調(diào)的耗電量,也為用戶節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。 

在室外氣溫處于極度狀態(tài)時(shí),用戶對冷(熱)量的需求量處于高峰期,由于土壤溫度有延遲,這時(shí)它的溫度并不處于極端狀態(tài),它可以提供較小的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度,提高機(jī)組的制冷(制熱)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(jié)霜和除霜的損失及復(fù)雜的除霜控制,從而降低了戶型中央空調(diào)機(jī)組的造價(jià)。    4)土壤源熱泵不需要風(fēng)機(jī),可以減少噪聲和熱風(fēng)污染,而且運(yùn)行情況好于空氣源熱泵,有較高的可靠性。為用戶的使用帶來很大的方便。

土壤源熱泵的主機(jī),可安裝在貯藏室或車庫內(nèi),完全不影響建筑外觀。

也正是由于土壤溫度的延遲作用,因而可以提高戶型中央空調(diào)單機(jī)的制冷量。再加上夜間蓄冰,可減少白天機(jī)組制冷量,使機(jī)組壓縮機(jī)容量減小,降低機(jī)組造價(jià),同時(shí)還可以適應(yīng)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于空氣源熱泵,因而可以減小制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的壓縮比,這為戶型中央空調(diào)利用低谷電蓄冰創(chuàng)造了極為有利的條件。3、地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)應(yīng)用前景    地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)需要埋地盤管,給其應(yīng)用帶來一定的限制,但筆者還是認(rèn)為它有較大的市場前景: 

小型別墅逐年增多,地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)是富裕起來的城鄉(xiāng)居民家庭空調(diào)的首選機(jī)型。這部分居民占我國人口的比例不大,但絕對數(shù)不小。    2)城市綠化面積擴(kuò)大,也為一些低層住戶和小型商業(yè)、辦公用戶提供了使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的條件。

工礦企業(yè)的辦公、計(jì)量、化驗(yàn)、檢測等附屬用房也具有使用地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的條件。

據(jù)國外資料介紹,在定負(fù)荷運(yùn)行情況下,蓄冷空調(diào)比非蓄冷空氣調(diào)年節(jié)能率為13%。因此,蓄冷空調(diào)將得到國家重視和推廣,并有可能獲得國家補(bǔ)助,以降低用戶的投資。

為解決電力負(fù)荷不均的問題,我國將進(jìn)一步拉大峰谷電價(jià)比,與國際通行峰谷電價(jià)比例靠攏,以鼓勵(lì)利用低谷電。與此同時(shí),“峰谷電價(jià)”也即將進(jìn)入家庭。    上海市已率先對居民家庭實(shí)行“峰谷電價(jià)”,目前已在一些居民家庭中試行。    為鼓勵(lì)城鄉(xiāng)居民合理用電,四川省電力公司出臺(tái)了一系列峰谷電價(jià)優(yōu)惠政策。安裝了一戶一表分時(shí)計(jì)度的居民用戶,在6至11月豐水期深夜低谷時(shí)段,每千瓦時(shí)電費(fèi)只交0.1元。其余季節(jié)深夜低谷用電每千瓦時(shí)為0.1875元,而常規(guī)用電每千瓦時(shí)電費(fèi)為0.3878元。隨著“峰谷電價(jià)”政策的全面實(shí)行,地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)將會(huì)有更為廣闊的市場前景。    6)近年來,國外小型蓄冰空調(diào)器發(fā)展很快,日本BAC等5家公司聯(lián)合開發(fā)了幾種10馬力以下經(jīng)濟(jì)型的小型冰蓄冷空調(diào)器,為內(nèi)融冰型,變頻和定頻幾種機(jī)型,可以蓄冷5h。日本三菱公司已研制開發(fā)出功率為0.75kW的蓄冷空調(diào)機(jī)組。國外產(chǎn)品進(jìn)入中國市場后,必然引起消費(fèi)者的關(guān)注和選用,同時(shí)也將推動(dòng)國內(nèi)戶型蓄冰中央空調(diào)的發(fā)展。 4、地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)機(jī)組結(jié)構(gòu)形式探討    對于地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào),由于近年來國內(nèi)研究地源熱泵的成果較多,技術(shù)也趨于成熟,因此開發(fā)此類產(chǎn)品主要應(yīng)集中在小型蓄冰上。作者認(rèn)為地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)應(yīng)考慮如下問題:1)雙熱力膨脹閥    熱力膨脹閥是最常用的節(jié)流元件,它是依靠蒸發(fā)器出口制冷劑的過熱度大小來調(diào)整閥的開度,達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的制冷量以滿足外界熱負(fù)荷變化的需要。    熱力膨脹閥的容量與制冷劑的質(zhì)量流量、閥前后壓差等制冷工況有關(guān)。由于空調(diào)工況與蓄冰工況的制冷劑流量、閥前后壓差及運(yùn)行特性等差別很大,2種工況采用同一膨脹閥顯然是不合理的。特別是由于熱力膨脹閥本身構(gòu)造所限,其適用的溫度及調(diào)節(jié)范圍均小;另外,充液式熱力膨脹閥在蓄冰工況下運(yùn)行,其蒸發(fā)器出口過熱度常比空調(diào)工況下大的多。膨脹閥容量過小,會(huì)造成蒸發(fā)器傳熱面積得不到充分利用,制冷量下降;若膨脹閥容量過大,則又會(huì)影響其調(diào)節(jié)性能,加大蒸發(fā)器出口溫度的波動(dòng)及過熱度,制冷系統(tǒng)效率下降,嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)液擊現(xiàn)象。    由于制冷主機(jī)在空調(diào)工況或在蓄冰工況下運(yùn)轉(zhuǎn),一般均在額定負(fù)荷下工作,因此其運(yùn)行條件都相對比較穩(wěn)定,更適合采用雙膨脹閥,即按空調(diào)工況和蓄冰工況分別選擇熱力膨脹閥,機(jī)組在空調(diào)工況下運(yùn)行,使用空調(diào)用膨脹閥;在蓄冰工況下運(yùn)行,使用蓄冰用膨脹閥。    為適應(yīng)現(xiàn)代控制水平要求,采用電子膨脹閥更好,其制冷劑流量調(diào)節(jié)范圍大,允許系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)大。據(jù)介紹和工程實(shí)踐證明,在低負(fù)荷下,采用電子膨脹閥的冷水機(jī)組較用熱力膨脹閥的機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率高28%,且冷水溫度可控制在±0.1℃范圍。2)雙蒸發(fā)器    空調(diào)工況和蓄冰工況的蒸發(fā)溫度差別較大,對同一臺(tái)制冷壓縮機(jī),制冷量也有較大差別。為了提高蒸發(fā)器的傳熱效率和保證制冷壓縮機(jī)的良好回油,機(jī)組應(yīng)配置兩臺(tái)蒸發(fā)器,一臺(tái)用于電力低谷段蓄冰,一臺(tái)用于電力高峰段釋冷量不足時(shí),制取冷凍水供空調(diào)使用。    采用雙蒸發(fā)器,如匹配合理,稍加改進(jìn)還可以同時(shí)蓄冰和制取冷凍水,滿足電力低谷段空調(diào)所需冷量。3)盤管外融冰    作為戶用蓄冰中央節(jié)能裝備,流程應(yīng)盡量簡單,機(jī)組尺寸也不能太大。采用盤管外融冰方式蓄冷,盤管成為直接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器,蓄冷箱內(nèi)的水在盤管外表面結(jié)成一定厚度的冰,這不僅可以減小蓄冷箱體積,減少乙二醇水溶液的復(fù)雜流程和冷損失,還可以提高制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度,增大機(jī)組的制冷量,降低機(jī)組成本。    外融冰方式可讓空調(diào)回水與蓄冷箱內(nèi)的冰直接換熱,融冰速度快,釋冷溫度可大于等于1~2℃,與空調(diào)回水混合后,可直接提供7℃的冷凍水。5、結(jié)論及建議    綜上所述,目前生產(chǎn)和使用的空氣源熱泵戶型中央空調(diào)存在有一些急待解決的問題,研究開發(fā)地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào),對節(jié)能、降低用戶運(yùn)行費(fèi)用和電網(wǎng)調(diào)峰有著十分重要的意義和發(fā)展前景。為了加快地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的發(fā)展和應(yīng)用,建議電力部門盡快建立完善鼓勵(lì)低谷用電的優(yōu)惠政策,如盡可能拉大峰谷電價(jià)比,給予蓄冰空調(diào)設(shè)備的開發(fā)和使用補(bǔ)貼等。同時(shí)也建議有關(guān)廠家加強(qiáng)地源熱泵戶型蓄冰中央空調(diào)的開發(fā)研究,降低造價(jià),提高綜合效益,為戶型蓄冰中央空調(diào)開辟更廣闊的市場。 

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