三维热泵的蓄热应用前景分析

发布于：2014-03-24 13:58:24 来自：暖通空调/采暖供热 [复制转发]

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：

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：

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。

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。

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：

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 时 - 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。

3.5 能耗分析

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。

应用前景分析热泵

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只看楼主我来说两句

qq_1395997534622 沙发

非常不错谢谢楼主分享

2014-04-21 15:21:21
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风去留涟板凳

这样的资料很有用

2014-04-21 12:19:21
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