三维热泵的蓄热应用前景分析
低碳达人刘远辉
2014年03月24日 13:58:56
来自于采暖供热
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目前,由于热泵是一种转移热量的一种装置,采用热泵来蓄能时比较节能的。作为热泵蓄能的介质,主要有水和各种各样的相变材料。以下是这两种蓄热材料的对比: 蓄能方式 优点 缺点

目前,由于热泵是一种转移热量的一种装置,采用热泵来蓄能时比较节能的。作为热泵蓄能的介质,主要有水和各种各样的相变材料。以下是这两种蓄热材料的对比:




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
基于上述的原因,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。如果能解决其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:
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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:
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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民用场所。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
冬天白天气温高,室内热负荷低,三维热泵在给房间供暖的同时,有部分负荷多余,多余的负荷给蓄能水箱的水加热,直至水箱水温到达 47 度为止,由于气温较高,其能效较高。 33.png
b) 冬天的放热
冬天晚上气温低,室内热负荷大,系统首先通过蓄能水箱和机组同时给房间放热,当水箱温度低于 37 ℃时,三维热泵通过吸收蓄能水箱的热量,经过热泵提升后继续给房间放热,直至水温低至 7 ℃为止。 44.png
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:
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3 实际案例分析
3.1 案例基本情况:
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。
以最冷的 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 - 早上 7 时)的平均负荷为 420KW ,日间(早上 8 时到下午 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:





工况
空气源
水源
7
2
-10
15
制热量 (kw)
70
55
35
75
能效比
3.4
3.0
1.7
5
3.3 机组选型
如果没有蓄能,只能按酒店的最大负荷来选择机组,酒店的最大负荷出现在夜间,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 ℃;
1 )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。
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3.5 能耗分析

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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;
3) 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;
4) 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,具有较大的可行性和经济性,符合国家的环保政策,具有较大的的经济效益和社会效益。


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免费打赏
lei0xiao0bin
2014年04月07日 17:31:15
22楼
各取所长,受教了
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枫叶无痕chen
2014年04月13日 10:20:21
23楼
很好的帖子,很好的资料
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老六六六
2014年04月14日 15:48:32
24楼
资料不错!
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jjlinlibing
2014年04月18日 16:44:34
25楼
好东西,谢谢楼主
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风去留涟
2014年04月21日 12:19:31
26楼
这样的资料很有用
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qq_1395997534622
2014年04月21日 15:21:44
27楼
非常不错 谢谢楼主分享
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