空调热源,热能1205班 严俅,目录,空调用热源设备 热源设备的性能指标 热源选择的一般规定,二、 空调用热源设备,1. 燃油锅炉锅炉是一 种常见的热源设备，按照燃料的不同可以分为燃油锅炉、燃气锅炉、燃煤锅炉和电锅炉;按照生产介质可以分为热水锅炉和蒸汽锅炉;按照生产热源介质可以分为常压锅炉和承压锅炉。主要优点为:1)结构紧凑，体积较小;2)燃烧效率高，污染较轻。主要缺点为:1)燃油价格昂贵，运行费用高；2)需设置储油设备，增加投资成本。,2. 燃气锅炉主要特点为:1)结构紧凑，体积较小；2)燃烧效率高，污染较轻。3. 燃煤锅炉主要优点为:1)燃料价格便宜，运行费用较低；2)结构简单，容易生产。主要缺点为:1)体积庞大，需较大的机房面积;2)燃烧效率低，污染严重;3)需大面积的燃煤堆场;4)钢材消耗量大，随着国家对城市环境的重视，燃煤锅炉在很多场合已逐步被禁止使用。,4. 电热锅炉电热锅炉的特点为:1)控制精度高，使用寿命和可靠性高;2)无噪声，结构简单，无运动部件，运行安全可靠；3)体积小，质量轻，安装方便，操作简单;4)电能是高品位优质能源，从能源利用的角度来看，是一种优质低用的方式，综合能源利用效率差。,5. 溴化锂冷热水机组6. 空气源热泵7. 水源热泵8. 地源热泵,5. 空气源热泵,空气源热泵是一种利用环境空气夏季冷却冷凝器、冬季作为蒸发器供热的空调供热、供冷两用设备，它的基本流程就是由常规风冷制冷机加上四通阀作为制冷剂流程转换和控制实现冷凝器和蒸发器的互换。,空气源热泵的性能特点如下:1)空气是热泵机组取之不尽，随时可利用的冷源(供冷时)与热源(供暖时)。由于其比热容小以及室外侧蒸发器的传热温差小(蒸发温度与空气进风温度差为10左右)，故所需风量较大，机组体积较大。2)热泵机组供热时，空气流经蒸发器表面被冷却，随着室外空气温度的降低，在蒸发器表面会产生凝露甚至结霜。微量凝露虽可增强传热，但空气的阻力损失增大。随着霜层增厚，热阻和对空气的阻力均增大，因而需要除霜;3)随着室外空气温度的降低，热泵的效率降低。热泵虽然在室外空气温度低到-10 (乃至-15 )以下仍可运行，但此时制热系数将有很大降低。,空气源热泵的主要优点为:1)安装在室外，不占用机房面积，省去冷却塔、冷却水泵和冷却水系统，也不需另建锅炉房，节省了土建及建筑空间;2)冬季供暖，获得的热能是消耗的电能当量的2-3倍，较为节能(相对于电热);3)结构紧凑，整体性好，安装方便，施工周期短；4)自控设备完善，管理简单。,空气源热泵的主要缺点为:1)对冬季室外相对湿度较高且室外气温较低的地区，结霜较为频繁，影响供暖效果;2)机组多安装在屋顶，噪声较大，需合理控制，避免影响周围居民;3)室外空气的状态参数随地区和季节的不同而变化，对热泵的容量和制热COP影响很大。,6. 水源热泵机组,水源热泵机组也是一种冷热同源的空调主机。水源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源，并采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。,地下水水热泵系统原理示意图,在制冷模式时，高压高温的制冷剂气体从压缩机出来后进入水/制冷剂的冷凝器，向水中排放热量而冷却成高压液体，并使水温升高。经热膨胀阀节流成低压液体后进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，同时吸收空气(水)的热量。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不己。此时，制冷环境需要的冷冻水在蒸发器中获得。在供热模式时，高压高温制冷剂气体从压缩机压出后进入冷凝器同时排放热量而冷却成高压液体，经热膨胀阀节流成低压液体进入蒸发器蒸发成低压蒸汽，蒸发过程中吸收水中的热量将水冷却。低压制冷剂蒸汽又进入压缩机压缩成高压气体，如此循环不己。此时，供热环境需要的热水在冷凝器中获得。,水源热泵的主要优点为:1)高效节能 水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18-35 ，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率比空气源热泵有显著提高。2)环保效益和经济效益显著 水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。供热时省去了燃煤、燃气、燃油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟污染;供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美，是一种理想的绿色技术。,3)运行稳定可靠 水体温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在风冷热泵冬季除霜的难题。4)一机多用，应用范围广 水源热泵系统可供暖、供冷，一机多用，一套系统可以替代原来的锅炉加冷水机组的两套装置或系统。,5)自动运行 水源热泵由于工况稳定，所以系统简单，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低，自动控制程度高。6)设计简单，安装容易 只要布置好机组、计算和布置水循环系统、简单的风管设计和自控设计即可，故设计简单，设计周期较短;安装工作比其他集中式空调系统少，安装周期短。7)可灵活调节、应用 每一台热泵在任何时间可以选择供冷或供热，能灵活地满足建筑物各个区的需要，并随时可以更改用途，且计量收费方便。,水源热泵在某些方面应用会受到限制:1)可利用的水源条件限制水源热泵理论上可以利用一切水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。2)水层的地理结构的限制对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现;3)投资的经济性 由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同，一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低，但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。,7.地源热泵机组,地源热泵机组也是一种冷热同源的空调主机.地源热泵是以土壤为冷热源，水为载体，在封闭环路(地下埋管换热器系统)进行热交换的热泵。地源热泵(grounds source heat pump，简称GSHP)是一种通过输入少量高品位能源，实现低品位的地能(土壤)向高品位热能转移的热泵空调系统。它与其他热泵的不同之处在于其冷凝器是通过防冻剂与地能进行换热的。利用“泵”的功能，冬天将地热“取”进建筑物，夏天将建筑物产生的废热“送”回地下。这种系统不但提高了效率，更提供了一种新的能源形式的利用(地能)，既开了源，又节了流。,地源热泵与其他热泵的不同在于地下部分，有关地上部分的理论和设计已经非常成熟了，针对地源热泵的研究大多都集中在地下换热器部分。虽然己具有一定的理论基础，对地下系统全面的设计还很少出现，这主要是土壤参数的复杂性和土壤等资料数据的缺乏所致。目前地源热泵不能推广除了人们观念和初投资等问题约束外，设计技术的不成熟及相关挖掘、施工安装、配件材料等的约束也占很大原因。无论从理论分析和国外的应用情况看，地源热泵推广对于节能和环保都是有重大意义的。节能技术和利用低位能的热泵技术必然会在我国得到迅速的发展。随着热泵系统的试验研究工作的开展，热泵技术将在我国得到日益广泛的应用，在节能工作中发挥应有的作用。,与空气源热泵相比，土壤作为热泵机组的热源有着很多优点:1)土壤的温度波动小，一般认为，5m以下的土壤温度是不随大气变化而变化的，全年保持恒定温度。因此其温度在夏季低于大气温度，冬季高于大气温度，理论上可以大大提高机组的效率;2)土壤有一定的蓄热性。夏季释放的热量可以冬季取出用，并可反复进行。研究表明越是长期运行，此效果越是明显;3)空气源热泵有冬季结霜的问题，地源热泵不存在这个问题;4)地下换热管路采用高密度聚乙烯塑料管，寿命50年，且一机多用，应用范围大，无须室外管网，特别适合低密度的别墅区使用。,从应用的实际情况来看，土壤源也存在一些缺点:1)地下换热器换热量随土壤物性参数的不同有很大变化，不易准确把握。另外土壤的换热量也较小，约在20-80W/m(垂直埋管)和15-30W/m(水平埋管)，因而所需换热管的面积比较大；2)长时间运行时，机组运行工况会随土壤温度变化而波动;3)土壤对金属(埋地盘管)会有一定的腐蚀；4)地埋管系统维修困难，施工难度大。尽管土壤源热泵还存在上述不足，但总的来说是一项节能的技术.随着其工程开发应用的不断完善，针对我国的具体情况，在合适的地区应用地源热泵，还是有很大的前景和市场的。,三、冷热源设备的性能指标,1.COPCOP( coefficient of performance )是评价制冷机组节能性能优劣的主要指标。在ARI标准中，关于冬夏季循环效率提出了以下定义： 在冬季供热时，制热量（W）与输入功率（W）的比率定义为热泵的循环性能系数COP（coefficient of performance，W/W）; 在夏季制冷时，制冷量（W或Btu/h）与输入功率（W）的比率定义为热泵的能效比EER（energy efficiency ration, W/W 或Btu/W.h） 为不引起歧义，我们将冬季热泵循环性能系数和夏季热泵的能效比表达形式均采用COP（能效比）表示。,2.IPLV,IPLV的含义为了评价制冷机在部分负荷下的综合性能，美国空调制冷学会(ARI)对大量冷机的运行进行了调查统计，在AR1550/590标准里提出了综合部分负荷值IPLV ( Integrated Part-Load Value)的概念。,在ARI550/590-98标准里，部分负荷综合值IPLV的表达式如下:IPLV = 0.01A + 0.42B+0.45C + 0.12D式中A100%负荷率时单位冷量机组的能耗;B75%负荷率时单位冷量机组的能耗;C50%负荷率时单位冷量机组的能耗;D25%负荷率时单位冷量机组的能耗。,A,B,C,D前的权系数(0.01,0.42,0.45,0.12)分别表示在(75%-100% ),( 50%-75% ),( 25%-50%)，(0%-25%)四个负荷率段的运行时间频数。它是以美国29个城市的计权平均气象资料为依据的。,我国建筑节能规范GB50189一2005公共建筑节能设计标准中也参ARI550/590，提出了基于我国气候条件的水冷式电动蒸汽压缩循环冷水(热泵)机组的综合部分负荷系数IPLV的计算公式。IPLV = 2.3%A+41.5%B+46.1%C+10.1%D式中A,B,C,D的含义与ARI标准中一致。,A,B,C,D前的权重系数，是取我国典型公共建筑模型，计算出我国19个城市气候条件下，典型建筑的空调系统供冷负荷以及各负荷段的机组运行小时数，参照ARI 550/590-1998采用蒸汽压缩循环的冷水机组标准中IPLV系数的计算方法，对我国4个气候区分别统计平均，得到全国统一的IPLV系数值。,说明：,（1） IPLV的 定义是针对单台主机运行工况定义的。也就是说IPLV提供了一个计算单台冷水机组全年在全部负荷范围内按特定负荷特性运行的平均能耗水平的方法，藉此可以用一个统一的标准来评估不同冷水机组不仅仅是在满负荷下，而是在其全年全部负荷范围内的能效水平。IPLV值越大，说明机组的能耗越小。,（2）IPLV是针对单台主机，并不适用于多台机组的情形。当一个系统采用多台机组时，则应对冷水机组进行优化群控。即尽量让每台冷水机组处于高效率负荷区运行，尽量减少冷冻水泵、冷却水泵与冷却塔的运行电耗。由于此时，机组仍有处于部分负荷时的运行状态，因而，对多台机组中的每一台机组仍需考察其部分负荷时性能，也即仍要考察其IPLV值。,