香港码报开奖|码报资料2019第55期

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技術新舊大比拼:電磁熱泵VS傳統型熱泵

 

隨著經濟的發展及人民生活水平的提高,人們對生活熱水需求量迅猛增長。但是,由于大氣環保加大了執法力度,燃煤鍋爐房紛紛面臨改造,又由于燃油、燃氣甚至直接用電產生熱水的成本過高,且非“可持續發展”的長久之計,因此,近年來以太陽能為供熱源的熱水器產業發展速度遞增。然而,由于我國太陽能資源分布有著地區上的較大差異,南方大部分地區全年的晴天率不足50%,這就意味著在滿負荷利用太陽熱水器的情況下,相當一部分熱是來自電或燃氣,所以,利用太陽能來生產熱水仍然具有一定的局限性。與之相比,熱泵作為一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱,經過電力做功,輸出能用的高品位熱能的設備,其技術已成為全世界備受關注的新能源技術。如今我國主要利用三種熱泵技術,分別是空氣源熱泵,水源熱泵,以及地源熱泵。此外,新出現的電磁熱泵采暖技術也大有與傳統熱泵技術一較高低之勢。對于各種熱泵技術的優劣評價以及改進方法,請看以下具體分析。

  空氣源熱泵技術

    空氣源(風冷)熱泵目前的產品主要是家用熱泵空調器、商用單元式熱泵空調機組和熱泵冷熱水機組。熱泵空調器已占到家用空調器銷量的40-50%,年產量為400余萬臺。熱泵冷熱水機組自90年代初開始,在夏熱冬冷地區得到了廣泛應用,據不完全統計,該地區部分城市中央空調冷熱源采用熱泵冷熱水機組的已占到20-30%,而且應用范圍繼續擴大并有向此移動的趨勢。

    目前設計選用的風冷熱泵冷熱水機組,常根據計算得到的冷熱負荷,考慮同時使用系數及冷(熱)量損耗系數后,按機組銘牌標定值選擇機組臺數。由于空氣源熱泵機組的產冷(熱)量隨室外參數的改變而變化,這種選擇方法可能造成機組選得過大,造成浪費;或者選得過小,使供冷(熱)量不足,達不到使用要求。為此建議采用空調的逐時冷熱負荷和熱泵機組的供熱供冷能力的逐時變化曲線對照選擇,會得到比較滿意的結果。

    此外,空氣源熱泵冬季供熱運行時,最大的一個問題就是當室外氣溫較低時,室外側換熱器翅片表面會結霜,這便需要采取一定的除霜措施。然而目前常用的一些方法,或多或少都存在一些問題,如發生多余的除霜動作,或需要除霜時而不發出信號等弊病存在。專家認為:采用自調整模糊除霜控制的思路及系統的基本結構。確定室內外大氣溫度、相對濕度之差及翅片溫度的變化率等作為輸入論域,經對輸入量的模糊化和模糊推理方法,在高位機上實現模糊除霜控制的仿真,采用這種方法除霜經與實驗數據對比,判別結果與實際情況較吻合。這種方法與常規除霜方法相比,不僅延長了制熱工作時間,減少了除霜次數和除霜損失,而且使機組工作性能和可靠性得到了提高。

  水源熱泵技術

    雖然目前空氣源熱泵機組在我國有著相當廣泛的應用,但它存在著熱泵供熱量隨著室外氣溫的降低而減少和結霜問題,而水源熱泵克服了以上不足,而且運行可靠性又高,近年來國內應用有逐漸擴大的趨勢。

    一般情況下,水源熱泵從16℃的井水中提取熱,經電力壓縮機對循環的工質做工,可以達到輸出熱水溫度52℃,而其輸出熱量與輸入電功率之比為3.51,比直接用電采暖節省電力72%。這種熱水可以利用風機盤管向房間供暖。夏季,又可利用同一裝置制冷,做到一機多用,即節省初投資,又節省運行費。在有條件提供地下水源的情況下,是一種理想的節能系統裝置。

    但在大部分城市地區,由于受到水源開采的限制,實際推廣工程中難度很大。針對水源熱泵的設計及應用過程中須注意的問題,清華大學建筑技術科學系某知名學者指出:首先必須探明是否有適合的水源供給,同時應考慮水源的溫度、水量是否滿足要求。另外,甲方能夠承擔的開采利用成本也必須進行技術經濟比較。對于開式水源熱泵系統,水質要求則更高。 除此之外,還需要考慮當地水文、地質、氣象條件以及工程措施的影響,如:1)全國不同氣候帶、不同區域的水源熱泵技術適用性問題研究。包括在不同氣候帶、不同地區和不同建筑類型的條件下,水源熱泵的投資經濟性比較。2)對現有水源的探測開采技術的提高和成本的降低問題。3)地表蓄水體的傳熱過程分析,地下水的傳熱流動過程分析。4)取水構筑物對于鄰近建筑的影響,包括地面沉降問題,單井對建筑基礎的影響。5)深井回灌式水源熱泵的回灌問題。在水源熱泵的設備方面,也要充分考慮溫差(取水和回灌水之間溫差)與流量的合理利用,以及對于住宅水源熱泵系統的外網運行費用分擔問題。

  地源熱泵技術

    地下土壤中蘊藏著豐富的溫度資源,夏季地下土壤的溫度低于地上空間的溫度,冬季地下土壤的溫度高于地上空間的溫度。地溫熱泵技術就是利用這種季節性溫度差,通過專門裝置在夏季將地下土壤的低溫資源轉換到地上空間制冷,在冬季將地下土壤的高溫資源轉換到地上空間供熱。其實從本質上來說,地源熱泵也是空調,同樣會衰減:冬天,它從地下吸取熱量來供熱。但用上十年,這種裝置會比其他大多數的系統都更有效地供熱。如果把一定的能源放進一個熔爐,制熱時,所收回的或許會遠遠小于所放入的能源。但如果把該部分能源放進一個熱泵,將收回三倍的效力。這是因為熱泵不需要使用能源來造熱;取而代之的是,它是轉移已經存在的熱量。

    究其特點分析,地源熱泵系統可實現對建筑物的供熱和制冷,還可供生活熱水,一機多用。一套系統可以代替原來的鍋爐加制冷機的兩套裝置或系統。系統緊湊,省去了鍋爐房和冷卻塔,節省建筑空間,也有利于建筑的美觀。地源熱泵系統的另一個顯著的特點是大大提高了一次能源的利用率,因此具有高效節能的優點。地源熱泵比傳統空調系統運行效率要高約40-60%。另外,地源溫度較恒定的特性,使得熱泵機組運行更可靠、穩定,整個系統的維護費用也較鍋爐-制冷機系統大大減少,保證了系統的高效性和經濟性。

    迄今為止,制約地源熱泵系統在我國應用的障礙主要是在地下埋管的初投資較高,以及政府、建筑設計人員和公眾對這一技術缺乏了解。地源熱泵空調系統的經濟性取決于多種因素。不同地區,不同地質條件,不同能源結構及價格等都將直接影響到其經濟性。根據國外的經驗,由于地源熱泵運行費用低,增加的初投資可在3-7年內收回,地源熱泵系統在整個服務周期內的平均費用將低于傳統的空調系統。
 
    新技術探悉:電磁熱泵技術

    電磁供暖設備是在電磁熱泵的基礎,經過進一步的研究精制而成。電磁熱泵是在電磁泵基礎上發展制造出來的。該泵機改變了傳統電機的套筒式結構及傳統泵的設計原理,電機轉子為平面圓環狀,并與泵的葉輪結合成一體,實現了泵機無軸傳動,安全靜密封,永不泄露,徹底解決了百年來機械傳動、泵軸泄露的世界難題。電磁泵采用片式平面定子線圈繞組,通電后形成平面旋轉磁場,該旋轉磁場通過平面氣隙,在轉子中形成感生電磁場,此電磁場與定子旋轉磁場相互作用,迫使轉子旋轉。使用這樣的電機加工生產出來的電磁供暖設備,不但徹底根除了煤、油、氣各式鍋爐燃燒所帶來的環境污染,替代了各式鍋爐房,有利環保,省去了中間繁雜的運輸煤、油、氣等原材料,并且熱轉換率高,創造熱效率100%,機泵綜合效率大于130%。據了解,電磁熱泵除了適用于分戶獨立采暖外,還可為燃煤、油氣各式鍋爐配套用水泵,為各種空調機組、風機配套水泵,特別是為工業尤其可以廣泛用于石油化工領域。

    綜觀以上四種技術分析,不同類型的熱泵雖然都有各自的優劣,但憑借我國的能源政策和環境保護政策、巨大的建筑市場、工業余熱的資源很豐富等有利因素,相信熱泵技術總體上會在建筑業與工業中的應用將會越來越普及,尤其是不受地理位置限制的電磁熱泵發展前景將十分樂觀。

 

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