热泵技术是当前最节能的制冷制热技术,被许多国家广泛采用并大力推广,目前,该技术在欧美国家的使用率已达35%以上,其中瑞士水源热泵的普及率高达96%,我国已将该项技术定为重点推广的环保、节能新技术。
泵是一种吸收和排出流体的机械设备,如水泵、气泵、油泵等,如果把热量也看作为流体,则热泵的原理同水泵一样。水泵的作用是通过电机带动水泵将水从低水位抽吸到高水位,同样热泵也是通过电机带动热泵,把低温物质中的热量吸收排放传递给高温物质,如图所示,水泵的抽水量与扬程H有关,而热泵的制热量与高低温差(t2 –t1)有关,温差越小制热效果越好。
实际上热泵是一种热量的提升输运装置,而热泵装置所消耗的功A远小于所提升输运的热量Q1,这就是热泵节能的特点。热泵与水泵的不同之处是水泵从低水位吸入的水量与向高水位处排出的水量是相等的,而热泵向高温物质中传递的热量Q2远高于在低温物质中吸收的热量Q1,等于从低温物质中吸收的热量和消耗的电能之和,即:,且吸收的热量Q1>A。
吸收的热量Q1与消耗电能A的比值称为
制冷系数: (高温工况下在2.5~6之间);
向高温物质中传递的热量Q2与热泵消耗电能A的比值称为
制热系数: (高温工况下在3~7之间)。
热泵技术并不陌生,我们家用的冰箱空调实际上就是热泵技术的利用,只是仅利用了热泵的制冷作用,而将热量排放到环境中去,既造成了浪费又污染了环境,如果将热泵的制热作用也同时利用,则会带来很高的经济效益。例如将日耗电1kwh的冰箱的热量利用起来加热生活用水和洗浴用水,制冷系数按1计算,制热系数则为2,即可得到2kwh的热量,这样使用冰箱的同时可得到450C的热水50kg,可满足三口人家的洗浴用水。如果利用制冷系数更高的热泵来供热,则节能效果将更明显。
获取106大卡热量时各种能源供热的运行费用比较如下表:
供热方式
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燃煤锅炉
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柴油锅炉
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天然气锅炉
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电锅炉
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风源热泵机组
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污染情况
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严重(大中城市已禁用)
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有
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有
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无
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无
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危险性
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有
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比较危险
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非常危险
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无
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无
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燃烧值
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5000
大卡/kg
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9000
大卡/kg
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9000
大卡/M3
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860大卡/度
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860大卡/度
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热效率
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65%
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85%
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88%
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98%
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360%(平均)
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燃料量
/106大卡
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307.6kg
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130kg
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126.3M3
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1186度
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323度
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燃料单价
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0.55元/kg
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5元/kg
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2.4元/M3
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0.68元/度(全天)
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0.25元/度(谷时段)
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0.68元/度
(全天)
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0.48元/度
(平、谷时段)
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0.25元/度
(谷时段)
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燃料费用/106大卡
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169元
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650元
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303元
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806元
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296.5元
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219.6元
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155元
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80.7元
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人工
管理费
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有
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有
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有
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有
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无
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与太阳能热水器比较,太阳能热水器易受阴雨雪等恶劣天气的影响,且需
电辅助加热,若按90天/年不能正常使用,经计算常规太阳能辅助加热系统全年耗能比热泵热水器全年总耗能还要高出很多,并且太阳能一次性投资较高。
由此可见,利用热泵技术供热是最节能的,但热泵技术的节能效率COP与热泵的工况(即工作条件)有关。可根据用户的地域条件选择设计安装不同类型的热泵机组,介绍如下:
一 、 空气源热泵
该热泵是吸收环境空气中的热量来供热。其特点是:当环境温度高于150C时(即在春夏秋季),其制热效率较高(COP>5),此时节能效果非常明显且运行费用很低,但当环境温度低于40C时(冬季),其制热效率将下降到2.5左右,且需要化霜。则在冬季须有辅助加热设备工作,否则须加大热泵功率,投资费用也要相应增加。
二、 地源热泵
热泵通过吸收地下水源或地表水源的热量来供热。地下水源或地表水源(河水、湖水)的温度比较稳定且温度较高,则可使热泵机组工作稳定,在冬季的制热效率也较高,年均COP为5个左右。
三、 废热回收热泵
洗浴后的废水及锅炉烟道排出的废热气其温度都比环境温度高,如将废水或废气中的热量吸收利用,则热泵的效率将更高COP>5.5。
四、 双功效热泵
制冷作用与制热作用同时利用的热泵。宾馆或洗浴中心在夏季可利用热泵吸收客房、休息室、办公室等场所的热量(制冷),来加热洗浴用水(制热),从而获得双效益,节能效能则更高。
五、 分时段工作热泵
在宾馆、酒店用电电价分为谷、峰、平时段,峰值时电价,谷值时电价,可设计热泵只在谷时段或谷、平时段工作,则可节约更多的运行费用(见费用比较表),但此时须加大储热水箱的容积和热泵的功率。
上面是几种热泵原理的简单介绍,但要注意的是不同的热泵系统在不同的季节其制热效率是不同的,相对而言空气源热泵的制热效率在夏季较高,而地温热泵的制热效率在冬季较高,用户可根据地域条件综合利用,来提高COP,使节能效果更突出,效益化。
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迟经理