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热泵技术在建筑领域的运用

   2014-08-11 中国节能网2630
核心提示:建筑节能是一项综合的大型的系统工程,涉及国家的能源政策,也涉及到建筑、结构、建筑热工、建筑设备、建筑电气、技术经济、计算机软件等专业
建筑节能是一项综合的大型的系统工程,涉及国家的能源政策,也涉及到建筑、结构、建筑热工、建筑设备、建筑电气、技术经济、计算机软件等专业的 技术、资料、经验。但是就目前已建成的节能建筑物来看,窗户过于小,又不能开启,恐怕还不符合一般人的生活习惯,而且在建筑本身的节能上考虑较多,而其中 的空调系统,采用高效节能的主机和合理的系统设计,建筑内部的热回收的考虑,尚嫌不足。下面仅就空调、采暖、热水供应两个节能的重大课题,作一介绍。
热泵技术是一种热能回收技术。使用热泵技术,利用空气、水或土壤中所蕴藏的趋于无限的能量,一年四季都可以取出其中的热量来制造热水;或者将热 量排放到空气、水、土壤中。利用热泵原理制造的空调冷热水机组或者热泵热水机组都是一种制冷供热效率都大于1的设备。无论是水源热泵或者空气源热泵,都是 可以吸取低温水源或空气源的热量,再将这一些热量连同本身所消耗的一部分电能所转化的热量,转送到常温环境条件下去应用。利用热泵技术,可以充分利用空调 的余热,制造出空调和生活热水同时产生的“两用机组”,或者称之为“热回收机组”—在夏季利用空调用的冷水机组的冷凝热回收,可以很方便地得到生活热水; 而在冬季,对于仍需要部分空调降温的场合,也比较容易利用空调余热来制取生活热水。例如,南方某酒店的大型中央空调系统,利用部分空调冷回水为热源,加装 一台水源热泵热水机组,达到了为酒店全年供应生活热水的目的。冬季水源热泵的蒸发侧产生的冷水(7℃),仍可以供应部分需要空调降温的房间(例如,KTV 包间、餐厅、歌舞迪斯科舞厅等等),而大型空调冷水机组可以关闭不用利用空调冷回水为热源的水源热泵空调供热水两用系统的简单流程可见图1。
 
目前,许多住宅或商业建筑中,要求一方面解决冬季采暖和夏季空调降温的问题,另一方面又要求全年有生活热水供应。前者,一般用一套家用或商用中 央空调系统;后者,单独用一套生活热水供应系统,也就是说用了两套独立的系统。目前家用/商用中央空调都是利用空气源热泵为主机的,可以达到夏季供冷、冬 季供暖的作用。当气温极低时,还必须用辅助加热的办法来增加主机的制热功率,保证冬季的供暖效果。但目前三种形式的家用/商用中央空调系统,均没有同时解 决全年的生活热水供应问题。
能否做到一套家用/商用的热泵空调、采暖、全年生活热水供应的三用机组,而且不用矿物燃料来补充加热呢?下面就真正意义上的夏季空调、冬季采暖、全年生活热水供应一体化的“三用机组”的研发作一些介绍和探讨。
下面列举有关三用机组的几种做法。
1双级压缩和变频压缩,增大单机低温工况下的制热功率
为了提高低气温下机组的制热功率,采用“一次节流中间补气不完全冷却的双级压缩”的机组,同时对低压级压缩机进行变频控制,其机组内部流程图可见图2。
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图2  一次节流中间补气不完全冷却双级压缩低压变频三用机组
该机组在夏季制冷时,仅利用低压压缩,四通阀断电,处于制冷位置(图上的虚线箭头表示氟利昂的流向);一般低气温下制热时,也仅开启单级低压压 缩,四通阀通电,处于制热位置;当出现低温制热工况时,打开节流装置B,关闭电磁阀C,实施对高压级补气冷却的双级压缩工作。双级压缩时,可以调节低压级 压缩机的供电频率,改变低压级的压气量,使得系统的中间压力处于最佳压力状态,保证高效率和一定的制热量。机组利用双级压缩和增加低压级压缩机频率的方法 来提高制热量和制热性能系数,以及降低压缩机排气温度,来解决空气源热泵冬季制热量不足,制热性能系数低下,以及压缩机排气温度过高无法正常运行的问 题。。
2利用工质(氟利昂)的冷凝热,以及液氟过冷热的空调、采暖、生活热水三用机组
利用气相工质的冷凝热,以及液相工质的过冷却热的制取空调冷热水、全年生活热水供应的三用机组的原理图可见图3。
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图3  利用冷凝热及过冷却热的变频压缩制冷、采暖、热水三用机组
其特点是:
为利用液氟过冷热,在冷凝终了的液氟管路上串接一个生活热水的预热器(对于液氟来说是过冷器)8,然后再将过冷的液氟通入贮液器9。这不仅利用 了过冷却热预热了热水,而且提高了工质循环的性能(增加了工质单位重量的制冷量)。为利用高温高压气相氟利昂的冷凝热,在压缩机排气口1与热泵四通阀5之 间设置再热器(热水器)3,用来全年制取生活热水。四通阀2及单向阀4、21是为了切断或打开通向再热器3的气相氟利昂管路之用,当不需要生活热水或热水 温度过高时,改变四通阀2的流向,使得高温制冷工质直接流入热泵四通阀5中,或被风冷凝(制冷时),或加热空调用的热水(制热时)。
 
 
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