《 低环境温度空气源热泵(冷水)机组技术、产品、标准、应用 》.ppt

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1、谢 峤 同方人工环境有限公司 2008年4月9日,低环境温度空气源热泵（冷水）机组 技术、产品、标准、应用,目 录,一、低温热泵技术与产品 二、标准涉及的主要问题 三、应用典型案例,1、相关背景 日本空气源热泵发展现状与水平 日本是当今世界上特别注重发展空气源热泵技术与产品的国家，应用之广泛，技术水平均属世界领先。 对于普通空气源热泵，其技术路线：变频、多联、高效，07年度日本热泵展上，三菱公司推出一款高能效机组，其EER达到4.3，热力完善度高达70%。,一、低温热泵技术与产品,一、低温热泵技术与产品,对于低温空气源热泵，其技术路线：双级压机与高效，07年度日本热泵展上，大金公司推出一款-2

2、0工况下，COP高达2.5的新产品。 空气源热泵产品工程华应用不乏其例： 空气+冷却塔+水源热泵主机的综合工程系统 大型螺杆式分体空气源热泵 家用CO2热泵热水器年销售量已超过420万台，系统综合能效比3.0。,一、低温热泵技术与产品,同方空气源热泵发展历程 产品研发 同方专注于空气源热泵产品研发生产与推广应用已有十五年历史，在业界已具有相当的影响，国内市场占有多年名列前茅。 93年开始研发第一代“V”型模块式热泵（普通型）【有与无】 95年完成第二代“V”型模块式热泵【可靠性与能效】 98年开始研发第一代“U”型模块式热泵（中低温型）【有与无】 99年推出了户式空气源热泵产品,一、低温热泵技

3、术与产品,2000年完成第二代“U”型模块式热泵【可靠性与能效】 2002年开始研发第一代“S”型低温空气源热泵【有与无】 2004年完成第二代“S”型低温空气源热泵【可靠性】 2006年完成第三代“S”型低温空气源热泵【能效】 2006年开始研发第一代“L”型低温空气源热泵与户式低温空气源热泵【有与无】 2008年计划完成第二代“L”型与户式低温空气源热泵【可靠性与能效】,一、低温热泵技术与产品,实验条件建设 94年建设一套简易的空气源热泵实验装置。 99年建设（600万）一套60kW以下，通过第三方认证的空气源热泵实验检测室。 2003年建设（1200万）一套500kW，通过第三方认证的专

4、用于低温空气源热泵产品实验研究与检测实验中心。,一、低温热泵技术与产品,标准建设 98年编制“U”型热泵机组企业标准。 2002年编制低温空气源热泵机组企业标准。 2006年申请主持编制低温空气源热泵（冷水）机组国家标准。,一、低温热泵技术与产品,技术积累 空气源热泵相关专利共计23项，其中发明专利6项，美国发明专利1项。 形成了具有中国特色自主知识产权的“四项关键技术” 补气增焓技术 四区四维霜控技术 过冷抑冰增效技术 热力系统优化匹配设计技术,一、低温热泵技术与产品,2、中国发展低温空气源热泵的基本要求 环保“代煤供暖”，以供暖为主要目的，制冷为辅。 节能在低温条件下，其制热COP应有起码

5、要求。 低成本中国属于发展中国家，消费水平有限，导致COP合理设计取值范围，暂时不能走日本路线。 可靠供暖为“国计民生”大事，供冷却不是。,一、低温热泵技术与产品,3、低温空气源热泵存在的技术难题 低温高效或者冷、热双高效问题 霜冰控制问题 可靠运行问题,一、低温热泵技术与产品,4、以同方为代表的中国特色技术路线 奢华的高技术在中国的民用市场是卖不出来钱的，只有低成本的高技术才能通行中国，这就是当前的中国特色。 同方从93年开始，经过15年专注的创新研发，在现有压机技术水平基础之上，积累了具有中国特色并拥有完全自主知识产权的空气源热泵，尤其是低温空气源热泵系统高效、可靠与低成本制造系列关键技术

6、。,一、低温热泵技术与产品,补气增焓技术（中国、美国发明专利） 提高低温制热量及COP，改变热泵性能随环温下降而快速下降的特性。 提高可靠性，拓展压机压比应用范围。 在高温制冷工况下，同样能提高制冷量及EER值，同时也能提高该工况下的可靠性。 热力系统成本增加不超过10%。,一、低温热泵技术与产品,四区四维霜控技术（自主独有技术） 全天候条件下准确判霜（冰）情况。 及时、准确进入与退出除霜运行，除霜耗时（耗能）比传统方式节省近50%，对IPLV（H）提升3%以上。 误判与误操作率为零。 这是世界目前能见到的较完善与先进的霜控技术，得到业内人士与用户的首肯。,一、低温热泵技术与产品,过冷抑冰增效

7、技术（中国发明专利） 完全解决风换底部结冰问题。 增加了热力循环过冷度，提升COP值2%以上。 热力系统成本增加不到2%。,一、低温热泵技术与产品,热力系统优化匹配设计技术（自主独有技术与专利技术） 制热制冷均衡双高效。 多元综合精准节流，降低无效过热度，提升COP值3%以上。 综合油控措施，确保压机富油运行，提升机组可靠性。 热力系统成本增加不到3%。,一、低温热泵技术与产品,同方“S”型低温机组系统原理图 环境温度：-12，COP2.45 应用范围：- 25以上地区,一、低温热泵技术与产品,同方“L”型低温机组系统原理图 环境温度：-12，COP2.40 应用范围：- 25以上地区,一、低

8、温热泵技术与产品,5、同方低温空气源热泵推广应用情况 从94年起，截止到07年底，同方各类空气源热泵的市场保有量已超过8万台，服务的建筑面积4000万m2应用时间最长已超过14年。 其中低温空气源热泵的市场保有量已超过2000台，服务面积400万m2，应用时间最长的超过5年。 在寒冷地区冬季平均运行费用不超过25元/m2，与当前燃气供暖费用相当，与燃煤锅炉比，其平均节能率达到30%。,一、低温热泵技术与产品,6、中国低温空气源热泵发展方向 在严寒地区发展COP2.0以上低成本超低温空气源热泵有巨大的环保价值。 配合中国江氏理论推广实践应用，高温冷水与低温热水空气源热泵即将迎来曙光。 低成本的高

9、效换热技术仍是业界热切期待的。 环保高效新工质已是热门课题。 针对性开发适应于大压比高效压机，已是市场多年的呼唤。,二、低温热泵国标有关问题,1、为什么要起草编制该国家标准？ “代煤供暖”是党和政府建设环境友好型国家的重大举措之一，低温空气源热泵将成为首选方案。 制冷行业内众多企业已开始研发推广应用该类产品。 众多用户证明其实际运行情况良好（节能、环保、效果、费用），市场需求剧增。 现行标准（GB/T 18430.1/2）完全不适应该类产品。（制冷为主，7 制热名义工况，-7 可靠性考核工况 ） 无论是从落实党和政府大政方针，规范行业行为，引领行业技术进步，还是确保用户供暖安全、可靠与实惠，均

10、需要一项该类产品的国家标准。,二、低温热泵国标有关问题,2、该标准编制的指导思想是什么？【六项原则】 充分考虑中国国情与中国气候环境。【低成本可实现性】 认真落实党和政府的节能政策。【确保能效水平】 以制热为主导，辅助考核制冷。【国计民生大计】 引领行业技术进步，同时兼顾行业发展水平。【综合平衡与和谐发展】 充分尊重暖通设计工程规范，方便暖通设计工程师设计选型。【客户是上帝】 产品可靠性确保。【用户供暖的安全性】,二、低温热泵国标有关问题,3、标准讨论稿中主要参数是如何确定的？ （1）名义制热工况室外环境条件： 考察寒冷地区典型城市的标准年气象参数分布，研究温度分布小时数分布，找出不保证率为5

11、%的最低干球温度及对应的湿球温度 。,二、低温热泵国标有关问题,我国热工分区：,二、低温热泵国标有关问题,根据E+：CSWD气象数据绘制,各城市气象数据的来源为DeST能耗分析典型年的气象数据,干球温度：,二、低温热泵国标有关问题,名义制热工况室外环境空气干球温度的确定： 根据以上对寒冷地区主要城市的干球温度数据统计结果，综合低温热泵在大部分寒冷地区城市使用安全性与经济性考虑，确定低温热泵的额定制热工况室外干球温度为-12。,二、低温热泵国标有关问题,以北京市气象数据为例，根据DeST气象数据绘制,湿球温度：,二、低温热泵国标有关问题,名义制热工况室外环境空气湿球温度的确定： 由以上统计可以看

12、出，多数北方主要城市在冬季供暖室外额定温度在取为-12的情况下，由统计数据、标准惯例以及安全性考虑上，将额定湿球温度可取为-13.5。这时空气的相对湿度为47.65%，露点温度为-19.95。 结论： 名义工况干/湿球温度取为-12 / -13.5,二、低温热泵国标有关问题,（2）名义制热工况用户侧供回水温度条件： 制热供回水温度主要根据压缩机工作范围、供暖方式确定。 供暖方式考虑地板采暖和风机盘管供暖两种型式。,二、低温热泵国标有关问题,采取地板采暖供热方式时，热泵供回水温度取值： 以地板采暖为应用末端确定热泵额定供回水温度 考虑因素：舒适性，经济性 影响因素：室内负荷，辐射地板具体形式 计

13、算参考文献 北京市地方标准地面辐射供暖技术规程（JGJ142-2004 ） 李元哲等. 在寒冷地区稳步推广中的空气源热泵地板空调采暖. 供热制冷, 2003(2):3034. 综合以上文献中的方法，作适当改进,计算方法 确定室温和单位面积地板散热量，以此计算地板表面温度； 根据地板结构和材料，计算地板的总热阻； 根据管道铺设方式（埋管管径、壁厚、导热系数、管间距），计算管道与地板之间的传热热阻； 计算供回水平均温度； 根据供回水温差，确定供回水温度；,二、低温热泵国标有关问题,地板采暖型式所需供回水温度条件： 根据工程实际情况，冬夏季热泵的供水泵不变，因此认为其流量恒定。 根据典型房间计算结果

14、： 按照夏季712供回水温度设计 冬季的供回水温差减小为3 计算结果： 确定地板采暖供回水平均温度为39.5。 地板采暖供 / 回水温度为 41 / 38。,二、低温热泵国标有关问题,风机盘管末端供回水温度研究： 研究目的 验证地板采暖的41供水温度能否满足风机盘管末端冬季的供暖需要 研究方法 选取典型房间，计算冬夏负荷和相关空调参数 按夏季设计工况进行风机盘管选型 验证冬季风机盘管的供暖能力（K值）是否满足冬季供暖需要,二、低温热泵国标有关问题,典型房间选择： 北京某写字楼中间层一北向房间 北向不利冬季采暖 房间参数 南北长5m，东西宽4m，层高3.3m 除北外墙，其余五面与外界无传热 北墙

15、传热系数0.8W/m2K，窗体传热系数2.5W/m2K，窗墙比50% 室内2人办公，2台计算机，1部饮水机， 照明功率密度11W/m2，新风量20m3/人h 不设专门的新风管，新风由门窗渗透入室内,二、低温热泵国标有关问题,计算结果： 根据上述计算方法，以本文所选取的典型房间为例，冬季环境温度-12 ，相对湿度45%的情况下，供水温度40.8时，可实现送风温度33.9 ，即可满足室内21.5 的要求。 结论： 无论采用地板辐射供暖方式，实施采用风机盘管送风方式，供回水温度38/41 ，均可以满足空调设计要求。,二、低温热泵国标有关问题,二、低温热泵国标有关问题,（3）名义制热工况COP的合理取

16、值 影响因素： 机组的热力循环方式/目前行业技术水平/制冷部件发展水平/中国经济发展水平 合理取值的重要性： 取值过高，机组成本大大增加 取值过低，不利于节能，不能引领行业技术进步 COP的取值原则： 理论循环取值 技术经济性分析 同类产品调研,理论计算 名义工况 冷凝器进/出口水温，38/41 室外干球温度，-12，湿球温度-13.5 理论计算参数 冷凝温度 tk41546 蒸发温度 t0-12-（514）-17-26 无过冷过热 压缩机效率 0.60.8,二、低温热泵国标有关问题,二、低温热泵国标有关问题,制热COP随蒸发温度和压缩机效率变化幅度较大 理论值仅供参考框定之用,理论计算结果,

17、二、低温热泵国标有关问题,技术经济性分析 热泵采暖与常用采暖方式比对 燃煤/燃气锅炉集中供热 燃气锅炉户式供热 电采暖 对比指标 一次能源利用率 发电效率及输电损失 燃煤火力发电效率 33 燃气火力发电效率 55 输电损失5,二、低温热泵国标有关问题,电采暖最不可取 COP2.07，热泵采暖优于燃煤采暖 COP1.72，热泵采暖优于燃气采暖 这里的COP对应于-12的室外温度，若着眼于整个采暖季，热泵采暖综合能效比更高；,一次能源利用率对比分析,二、低温热泵国标有关问题,结论： 根据目前行业平均水平，确定低环温空气源热泵机组名义制热工况的COP合理取值应为2.32.5。,二、低温热泵国标有关问

18、题,（4）制热综合部分负荷性能系数IPLV(H)的计算与对应工况 综合参照ARI550/590与GB50189-2005的IPLV(C)推导方法进行计算。,二、低温热泵国标有关问题,IPLV(H)确定方法： 在冬季采暖期，室内外温差大，热流基本都是从建筑向室外的单向流动。因此，冬季采用稳态计算的BIN方法。 按照我国的计算习惯，采用2 的温频间隔；建筑负荷率认为与外温呈线性规律变化。 规定外温为-12时为热泵的满负荷点； 根据已有研究成果注，认为在外温为13时为采暖的0负荷点。 注：石文星，颜承初，赵伟单元式空气调节机APF性能评价相关问题研究冷冻空调标准与检测 2006年6月 总第38期：4

19、-33,二、低温热泵国标有关问题,室外温度和建筑负荷率的对应关系：,二、低温热泵国标有关问题,以北京为例： 运行模式：热泵在整个供暖季均运行的情况。 按照BIN方法，以2间隔划分出北京市整个供暖季的室外温度频率分布图。（-12频段包含所有低于-11的小时数；12频段不包含高于13的小时数）,北京市供暖季室外温度频率图（小时数）,二、低温热泵国标有关问题,二、低温热泵国标有关问题,北京市供暖季室外温频-负荷图（小时数）,二、低温热泵国标有关问题,频段划分方式：（兼顾考核工况）,则： A=8.3% B=40.3% C=38.5% D=12.9% 25%工况：7 50%工况：0 75%工况：-6 ,

20、其他寒冷地区IPLV系数：,二、低温热泵国标有关问题,结论： IPLV(H)=8.3%A+40.3%B+38.6%C+12.9%D 其中：A、B、C、D分别为100%、75%、50%、25%部分负荷工况点的性能系数COP。,部分负荷工况： 根据IPLV(H)确定过程中划分的部分负荷对应的干球温度点，按照气象参数分布，统计其对应的平均湿球温度，作为部分负荷点的湿球温度值；用户侧供回水温度条件的确定根据工程实际情况，保证回水温度为38，流量不变即可。,二、低温热泵国标有关问题,部分负荷工况：,二、低温热泵国标有关问题,三、典型应用案例,1、项目背景及特点 项目名称：密云某部培训中心中央空调改造工程

21、 项目概况：总图 各建筑面积与功能表,三、典型应用案例,总 图,三、典型应用案例,项目特点： 根据本项目所处地理位置环境及规划特点，造成了本项目具有如下几个特点： 无城市热网，无天然气，无城市热水，本项目唯一能源供给方式就是电。 单个建筑物体量较小，布置分散，散落不齐。 生活用水由地下打井抽水供给，井深230米日供水量160t，只能满足日常生活用水需求。 项目所在地为山丘，地形山峡，地下为岩石，建筑依山布置，高差不齐，建筑周边无大平地能供利用。,三、典型应用案例,业主需求： 作为一个培训中心，且希望建设成一个环境优异，功能齐全三星级档次的绿色生态项目。 对冷暖卫生热水系统，要求取消燃煤锅炉和水

22、暖系统。采用基于电能的新型供给方式。 采用分散式能源供给方式。 建议方案： 对于空调系统，建议采用“L”型低温空气源热泵机组方案。 对于卫生热水，建议采用太阳能与低温热泵热水器结合方式。,三、典型应用案例,2、当地气象条件与设计计算参数 密云县累计30年平均月度室外干球温度表(),说明： 根据理论分析与实践经验。月平均温度在1222，建筑物内即无冷负荷，也无热负荷。此期间内无需供冷供热，属于过渡季节。当月平均温度22时，进入制冷期。因此，我们可知密云县夏季供冷时间约为三个月，即92天。冬季供暖为5个月，即151天。 设计计算干球温度中带号者，为设计规范规定的负荷计算参数。,三、典型应用案例,3

23、、负荷估算与主机系统设计选配方案 “L”型低温空气源热泵参数表,三、典型应用案例,负荷估算表,三、典型应用案例,主机系统设计选配方案,三、典型应用案例,4、末端建议方案 最佳方案：底板埋管供暖+风机盘管供冷 项目选择方案：供暖与供冷共用风机盘管系统,三、典型应用案例,4、能耗分析与对比情况 能耗分析,三、典型应用案例,低温空气源与燃煤(天燃气)锅炉的煤耗(天然气)比较 根据中国目前的发电技术水平情况，每发一度电耗标准煤为.29kg,考虑输送线损10%，则到用户侧每度电耗标准煤为0.32kg. 根据中国目前的发电技术水平情况，每发一度电耗标天然气为.186m3,考虑输送线损10%，则到用户侧每度电耗标气为0.21m3. 这样我们与煤锅炉和燃气锅炉做对比：,三、典型应用案例,6、运行与设计对比,谢谢大家！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,