hello大家好，我是城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)小晟來為大家解答以上問題，節(jié)能地源熱泵項目案例，能源塔熱泵系統(tǒng)及應(yīng)用案例分析很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！
能源塔熱泵系統(tǒng)工作原理：
【資料圖】
在夏季，主機(jī)通過能源塔系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，提供穩(wěn)定冷源；在冬季，低溫?zé)岜弥鳈C(jī)通過能源塔系統(tǒng)采用某種凝點(diǎn)低于0℃的特殊載體介質(zhì)、以及低溫寬帶小溫差傳熱技術(shù)，能高效地提取0℃以下濕空氣的顯熱和潛熱，在-15℃工況下仍可提供穩(wěn)定熱源。
能源塔工作原理：
夏季運(yùn)行情況：將高于空氣濕球溫度的循環(huán)水，均勻噴淋在高于冷卻塔N倍的具有親水性質(zhì)凹凸形波板上
循環(huán)水在親水填料面形成水膜；
空氣側(cè)經(jīng)多層凹凸形波板填料空間的表面空隙逆向流通，形成水氣之間的接觸面；水膜與空氣直接進(jìn)行顯熱與潛熱（蒸發(fā)）的逆流換熱；水份蒸發(fā)時吸收了制冷機(jī)冷卻循環(huán)水余熱，降低了循環(huán)冷卻水溫，使冷卻水接近于空氣濕球溫度上限值1~2℃。
冬季運(yùn)行情況：將低于濕球溫度的防凍溶液，均勻地噴淋在凹凸形波板具有親液性質(zhì)填料填料層上，使防凍溶液在親液填料面形成液膜，空氣側(cè)經(jīng)由多層凹凸形波板填料空間的表面空隙逆向流通，形成液氣之間的接觸面。溶液在能源塔中熱交換吸熱，主要是依靠表面液膜，在發(fā)生顯熱交換的同時，潛熱交換也存在。
能源塔熱泵技術(shù)適用范圍：
1）項目地質(zhì)條件缺水、少水，不具備埋管、打井及其他水源換熱的地區(qū)。
2）冬季最低溫度不低于-12℃，室外相對濕度不低于55%的長江周邊及以南地區(qū)。
3）建筑面積大于1萬平米，空調(diào)負(fù)荷容量不小于1000kw規(guī)模中大型公共項目。
4）傳統(tǒng)單冷水機(jī)制冷 鍋爐制熱形式的改造項目。
能源塔種類：開式塔與閉式塔；方形塔與圓形塔；橫流塔與逆流塔；玻璃鋼塔與金屬塔。
能源塔熱泵系統(tǒng)組成：
能源塔熱泵系統(tǒng)由能源塔熱交換系統(tǒng)、能源塔熱泵機(jī)組、管路切換裝置和建筑物內(nèi)系統(tǒng)四大部分組成。
能源塔熱交換系統(tǒng)包括能源塔、溶液泵、溶液濃度控制裝置、溶液儲存裝置及附屬管路系統(tǒng)等組成。
能源塔熱泵機(jī)組構(gòu)成與原理：
能源塔發(fā)熱泵機(jī)組采用雙冷凝器全熱回收技術(shù)。采用閥門切換來實現(xiàn)四種不同工況的運(yùn)行。
本質(zhì)上能源塔熱泵屬于空氣源熱泵的一種形式，但比空氣源熱泵多了載冷劑與空氣側(cè)的二次換熱。從另一個角度上來說，它屬于水地源熱泵的衍生品。它比常規(guī)水地源熱泵多了一套油冷卻器。
能源塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計與使用要點(diǎn)：
1、能源塔的設(shè)計采用特殊的結(jié)構(gòu)和填料系統(tǒng)，保證能源塔的換熱效果。專門的防漂系統(tǒng)設(shè)計，有效地降低了溶劑和水的漂移損失。塔料體材和不銹鋼緊固件保證塔的使用壽命，沒有化霜問題。
2、能源塔的布置應(yīng)于建筑協(xié)調(diào)，病選擇合適場合保證通風(fēng)順暢。一般布置在裙房或者主樓屋頂。另外，能源塔應(yīng)設(shè)置在專用基礎(chǔ)上。
3、能源塔與傳熱介質(zhì)接觸的客體、換熱填料、型材、螺栓等，應(yīng)根據(jù)防凍液的腐蝕特性，進(jìn)行有效防腐處理。
4、溶液濃度控制裝置：
溶液濃度控制裝置系統(tǒng)主要包括濃縮裝置、儲液池、加藥系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。
1）溶液池與濃度控制系統(tǒng)
圖中A：溶液集水箱或池（?。〣：溶液集水箱或池（大） C：溶液濃縮裝置（標(biāo)配）其中B ≥3A；
整套裝置安裝于能源塔冷卻水環(huán)路，設(shè)置在主機(jī)旁并連接熱水水箱旁路，也可連接主機(jī)熱回收或其他加熱設(shè)備；C設(shè)備加熱時溫控啟動A設(shè)備啟動時壓力控制啟動。
2）抗凍劑選擇與使用
抗凍劑又稱阻凍劑，是一類加入到其他液體(一般為水)中以降低其冰點(diǎn)、提高抗凍能力的物質(zhì)。
能源塔系統(tǒng)可選用的抗凍劑有甲醇、乙醇、乙二醇、水溶性酰胺和氯化鈣、鹽水及某新型冰河冷媒等。
不同的用戶可以根據(jù)自己的需要加以選擇。
抗凍劑的加入量如下圖所示：
在冬季抗凍劑加入量隨著不同的環(huán)境溫度而不同；
抗凍劑的加入量能影響系統(tǒng)的能效比；
抗凍劑的初次添加量按照1：3添加（抗凍劑：水）。
5、管路切換裝置
能源塔熱泵系統(tǒng)采用管路切換裝置（聯(lián)箱）來實現(xiàn)冬夏工況的轉(zhuǎn)換，以減少管路中的混水現(xiàn)象。
其中制冷管路采用雙閥門控制。
工程控制技術(shù)：溶液輸配；低溫報警；防腐銹蝕；雙季管路切換；能源塔防漂和溶液濃度控制。
能源塔熱泵系統(tǒng)與常用空調(diào)系統(tǒng)對比：
1.形式對比：
2.環(huán)評對比：
3.投資對比：
以能源塔為冷熱源的水源熱泵、帶水蓄能的空調(diào)、采暖、生活熱水三用系統(tǒng)的可行性及其節(jié)能效果：
本段作者：林康立。
本文針對某酒店空調(diào)、采暖、生活熱水熱源三用系統(tǒng)的工程實例，可能實施5個方案的仔細(xì)分析研究和全年的能源消耗及特定的電、燃?xì)饣蛉加蛢r格下的費(fèi)用的比較，以及通過對能源塔熱泵冷熱水機(jī)組和水源熱泵熱水機(jī)組的特性推算；水蓄冷（熱）的設(shè)計計算；機(jī)組過冷熱回收的計算以及能源冬季結(jié)霜量和融霜熱的計算，證明由能源塔和水蓄冷所組成的水源熱泵、帶水蓄能的空調(diào)、采暖、生活熱水三用聯(lián)合系統(tǒng)的方案是可行的。該方案應(yīng)用了各種可能的節(jié)能辦法后比采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組供冷、燃油或燃?xì)忮仩t系統(tǒng)供熱的方案（方案2）是大大的節(jié)能的，但比當(dāng)前通常推行的水源熱泵冷熱水機(jī)組為冷熱源（可以是土壤源熱泵，也可以是地下水熱泵、江河湖海的水源冷熱水系統(tǒng)（方案3）；一般帶熱回收空氣源熱泵冷熱水機(jī)組（方案4）和空氣源熱泵冷熱水機(jī)組與熱水機(jī)組的聯(lián)合系統(tǒng)（方案5），在節(jié)能方面的優(yōu)勢并不十分明顯。
本方案1中利用了能源塔的專利技術(shù)，能源塔夏季作為冷卻塔起到蒸發(fā)冷卻排除空調(diào)系統(tǒng)的余熱作用；冬季則成為吸取周圍低溫空氣中熱量作熱泵制熱的熱源，取消了一般水源熱泵必須的復(fù)雜取熱設(shè)施。方案中采用了水蓄熱和水蓄冷技術(shù)，可充分利用晚間低價谷電，“削峰填谷”，實現(xiàn)電力平均化和降低運(yùn)行成本；方案又采用了水源熱泵熱水機(jī)組的全年供應(yīng)50℃熱水的生活熱水系統(tǒng)，而制取生活熱水的熱源則是來自能源塔的空氣和來自熱泵機(jī)組液相制冷劑的過冷熱（制冷機(jī)節(jié)能器）的回收。機(jī)組過冷熱的回收可大大提高熱泵機(jī)組制冷、制熱效果。
本方案1完全沒有采用電能、燃油、燃?xì)獾雀呶荒茉礊槿寐?lián)合系統(tǒng)的輔助熱源。
本方案1也適用于原先采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組加鍋爐的空調(diào)及生活熱水的冷熱源的改造，在原有的水冷冷水機(jī)組上加裝某單位研制的能量轉(zhuǎn)換裝置和制冷機(jī)節(jié)能器，就可以改造稱為“水源熱泵”的冷熱水機(jī)組，再配置相應(yīng)的能源塔，就構(gòu)成了空調(diào)用能源塔熱泵冷熱水機(jī)組?！案鶕?jù)際高的資料認(rèn)為：能源塔熱泵系統(tǒng)可實施供暖，制冷和供熱水，適合于-9℃以上長江流域潮濕地區(qū)，冬季COP大于風(fēng)冷熱泵達(dá)3.67。在地源熱泵難以打井的地區(qū)可取代地源熱泵”。
本文指出，對于三用系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，必須在可靠的水，電，燃料價格的前提下，進(jìn)行全年的能耗比較，也只有在空調(diào)、采暖、生活熱水3個部分加起來的投入/產(chǎn)出比（總能效比）最高為最優(yōu)方案，自然也應(yīng)考慮主機(jī)設(shè)備的來源是否方便和一次投資及其回收年限的影響。本文僅在特定條件下進(jìn)行分析比較的結(jié)論，有一定局限性，而其真正目的是提供方法和思路，并要求對于空調(diào)，采暖，生活熱水熱源三用系統(tǒng)的方案，進(jìn)行認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以推進(jìn)應(yīng)用熱泵技術(shù)節(jié)能的發(fā)展。
1.概況
設(shè)某酒店的建筑總面積為5000㎡，共有150個標(biāo)準(zhǔn)客房，滿員客人為300人，原設(shè)計采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組作為夏季空調(diào)冷源，燃油鍋爐產(chǎn)生蒸汽為熱源?，F(xiàn)為了節(jié)能減排的要求，決定采用能源塔熱泵冷熱水機(jī)組為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源；采用水源熱泵熱水機(jī)組制生活熱水，并采用水蓄冷和水蓄熱的辦法，避開白天的用電高峰，達(dá)到“削峰填谷”的目的，盡量利用低價的谷電，進(jìn)一步降低運(yùn)行的成本。為此，對此方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行論證，比較。
2.設(shè)計數(shù)據(jù)
2.1 建設(shè)地點(diǎn)：南京市，北緯32°00′，東經(jīng)118°48′。
2.2 年平均溫度：15.4℃。
2.3 冬季空調(diào)室外計算干球溫度-6℃；夏季空調(diào)室外計算干球溫度35℃，濕球溫度 28.3℃。
3.空調(diào)負(fù)荷和熱水
3.1年度按季空調(diào)負(fù)荷和熱水負(fù)荷（見表3.1）
表3.1 空調(diào)與熱水負(fù)荷
空調(diào)和熱水負(fù)荷的計算如下：
全年分三個季節(jié)，夏季138天，春秋季122天，冬季105天，求出平均氣溫，自來水溫，不凍液溫。得到空調(diào)額定冷負(fù)荷1163千瓦；空調(diào)額定熱負(fù)荷930千瓦?？照{(diào)日用總冷量20000千瓦小時；空調(diào)日用總熱負(fù)荷18600千瓦小時。生活熱水日供應(yīng)量 36噸，水溫50℃，熱水日用熱量，夏季1088千瓦小時；春秋季 1444千瓦小時；冬季1800千瓦小時。
運(yùn)行策略：
1）夏季：制空調(diào)用冷水及生活熱水；水源熱泵制空調(diào)冷水；水蓄冷；水源熱泵熱水機(jī)組聯(lián)合制生活熱水；水源熱泵熱水機(jī)組熱源可應(yīng)用蓄能水池內(nèi)冷水制熱水，同時將部分水池內(nèi)的冷水進(jìn)一步降溫，減少制空調(diào)冷水的負(fù)荷。
2）春秋季：空調(diào)停用，僅制生活熱水；水源熱泵熱水機(jī)組制生活熱水；水源熱泵熱水機(jī)組熱源可應(yīng)用蓄能水池水或能源塔的不凍液。
3）冬季：制空調(diào)用熱水及生活熱水；水源熱泵制空調(diào)熱水；水蓄熱；水源熱泵熱水機(jī)組制生活熱水；
水源熱泵熱水機(jī)組熱源可應(yīng)用蓄能水池?zé)崴蚰茉此牟粌鲆骸?/p>
3.2 夏季空調(diào)日小時冷負(fù)荷變化情況
表3.2夏季日空調(diào)冷負(fù)荷變化表
3.3 冬季空調(diào)日小時熱負(fù)荷變化情況
4.設(shè)計說明
4.1概述
本設(shè)計方案決定采用能源塔熱泵冷熱水機(jī)組為空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源；采用水源熱泵熱水機(jī)組制生活熱水，并且運(yùn)用水蓄冷和水蓄熱的辦法，避開白天的用電高峰，達(dá)到“削峰填谷”的目的，盡量利用低價的谷電，進(jìn)一步降低運(yùn)行的成本。首先對原先設(shè)計的空調(diào)水冷冷水機(jī)組加裝某單位研制的“能量轉(zhuǎn)換裝置”及“制冷機(jī)節(jié)能器”使之成為一臺可進(jìn)行蒸發(fā)器和冷凝器切換不凍液源的類似于水源熱泵的“不凍液熱泵冷熱水機(jī)組”；該機(jī)組可在夜間利用谷電制冷（熱）水，并可蓄存在蓄能水池中。
水蓄冷（熱）設(shè)計采用分量蓄能的方案，即按照夜間8小時利用谷電全額運(yùn)行熱泵機(jī)組，制備冷熱水蓄存于水池中；在負(fù)荷高峰時段靠機(jī)組和蓄能水池同時供應(yīng)來滿足空調(diào)用冷熱量。水源熱泵冷熱水機(jī)組全日運(yùn)行。由于采用分量蓄能，可減低空調(diào)用冷熱水機(jī)組的用量（出力）。
本設(shè)計中，水源熱泵熱水機(jī)組，可在原設(shè)計選用的冷水機(jī)組上加裝“制冷機(jī)節(jié)能器”使之成為一臺蒸發(fā)器通入不凍液或蓄熱水池的溫水被吸熱和冷凝器出生活熱水的水源熱泵熱水機(jī)組。水源熱泵熱水機(jī)組的熱源應(yīng)用能源塔的不凍液（在夏季和春秋季）和蓄能水池來的溫水（冬季極冷季節(jié)，短期使用。）。視情況需要，水源熱泵熱水機(jī)組在夏季和春秋季也可應(yīng)用蓄能水池的水為熱源。
本設(shè)計中，對空調(diào)用水源熱泵冷熱水機(jī)組和熱水用水源熱泵熱水機(jī)組均進(jìn)行機(jī)組內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)--液態(tài)氟利昂過冷熱的回收（通過外置的“制冷機(jī)節(jié)能器”），這一方面可增加機(jī)組的制冷量和制熱量，也相應(yīng)減少了耗電量；另一方面利用回收的液氟過冷熱量預(yù)熱生活熱水系統(tǒng)的補(bǔ)水，減小熱泵熱水系統(tǒng)的電耗，并可利用回收熱量所加熱的熱水作為能源塔冬季除霜的噴淋水（噴淋后的水直接排放不再回收）。
進(jìn)行方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時，所選機(jī)組的特性很重要，在廠家無法提供數(shù)據(jù)時，只有進(jìn)行推算。下面是推算的結(jié)果。
4.2 能源塔熱泵冷熱水機(jī)組和水源熱泵熱水機(jī)組的初選及推算特性。
4.2.1 選用仿清華同方活塞式水源熱泵機(jī)組GHP600 型機(jī)組的能源塔熱泵冷熱水機(jī)組2臺，對其特性進(jìn)行推算，其結(jié)果如表4.1 A、B。
表4.1 A 能源塔熱泵冷熱水機(jī)組GHP600 型的推算特性(制冷時)
注：1）制冷時，冷凝器的冷卻水（即不凍液）溫升取5℃；空調(diào)冷水溫度取7℃。2）本機(jī)組的特性為推算值。
表4.1 B 能源塔熱泵冷熱水機(jī)組GHP600 型的推算特性(制熱時)
注：1）制熱時，蒸發(fā)器的水源（即不凍液）溫降取5℃；冷凝器出口熱水溫度取50℃。2）本機(jī)組的特性為推算值。
4.2.2選用仿清華同方水源熱泵機(jī)組TFS-SSR1280型機(jī)組的水源熱泵熱水機(jī)組2臺，對其特性進(jìn)行推算，結(jié)果見表4.2：
表4.2 水源熱泵熱水機(jī)組的推算特性（熱水出口溫度為50℃時）
4.3水蓄冷（熱）的設(shè)計計算
4.3.1本設(shè)計采用分量蓄冷（熱）的方案，空調(diào)冷負(fù)荷日逐時變化值和空調(diào)熱負(fù)荷日逐時變化值可見表3.2和表3.3。本例中，充分利用夜間8小時的低谷電，開啟冷熱水機(jī)組，除供應(yīng)該時段內(nèi)的空調(diào)冷熱負(fù)荷外，機(jī)組富余的制冷（熱）量，通過水蓄能手段蓄存起來供負(fù)荷高峰時段用。從表3.2及表3.3可知：
夏季日總冷負(fù)荷 20079千瓦小時，
冬季日總熱負(fù)荷 18601千瓦小時；
機(jī)組平均小時負(fù)荷為夏季冷負(fù)荷 20079/24=827千瓦冬季熱負(fù)荷 18601/24=775千瓦；
已初選清華同方活塞式水源熱泵機(jī)組GHP600型機(jī)組二臺；
其額定制冷量 612千瓦；額定制熱量 700千瓦；
輸入功率 122/171千瓦；
該機(jī)組在夏季不凍液平均溫度為23℃時，機(jī)組的出力是額定值的100%，因而夏季可選用2臺機(jī)組運(yùn)行。在冬季不凍液平均溫度為2℃時，機(jī)組的制熱量僅為額定值的62%，2臺全開，小時的制熱量為434×2=868千瓦，但采用水蓄熱的運(yùn)行模式，仍可用2臺運(yùn)行。
4.3.2蓄冷量的計算，見表4.3及表4.4。
表4.3夏季日蓄冷量計算表
從表格可知，夜間23時至早晨8時2臺機(jī)組9小時全開，可蓄冷量 5538kW；早晨8點(diǎn)至夜晚23點(diǎn)15小時只開一臺機(jī)組，但需要補(bǔ)充冷量 5511kW，蓄冷與補(bǔ)冷量基本相等，因此可采用分量蓄冷來降低夏季空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用。蓄冷量中“負(fù)號值”為補(bǔ)冷量。
表4.4冬季日補(bǔ)熱量計算表
從上表可知，如果2臺機(jī)組24小時運(yùn)行，欠缺的熱量為 636千瓦小時，可蓄的熱量為2808千瓦小時，多余的熱量為2172千瓦小時，可解決制取生活熱水用的部分熱量。
4.3.3 蓄冷水池的計算
可蓄冷量為5538千瓦小時，可蓄熱量2808千瓦小時。采用冷熱水槽，以最大蓄熱量計算。蓄熱水溫差取10℃。蓄冷水池體積量為：
V=(3600×QSt)÷(Δt×ρ×Cp×ROM×αV)=(3600×5538)÷(10×1000×4.1868×0.90×0.95)=527.63立方米
式中：QSt-蓄能量，千瓦小時；
Δt-溫度差，一般取10℃；
ρ-水的密度，取1000kg/m3；Cp-水的比熱容，取4.1868kJ/kg.℃；
ROM-蓄能水槽完善度,取0.95；
αV-蓄能水槽體積利用率,取0.95。
設(shè)計取500立方米的消防水池，周圍全部要保溫處理。
4.4 機(jī)組過冷熱回收的計算
4.4.1 能源塔熱泵冷熱水機(jī)組的過冷熱的回收
GHP600型機(jī)組的額定制冷量，612千瓦；額定制熱量 700千瓦；輸入功率：122/171千瓦；制冷工況：冷水 12/7℃，冷卻水（不凍液），23/28℃；制熱工況：熱水 40/45℃，熱源水（不凍液），2/-3℃。
夏季工況：經(jīng)計算，液氟的過冷度為8℃時，增加的單位制冷量為2.47Kcal/kg；增加的制冷量百分?jǐn)?shù)106.685%；回收的過冷熱為40.91kW。
冬季工況：液氟的過冷度為18℃時，增加的單位吸熱量為5.83 Kcal/kg；回收的過冷熱為59.58kW；液氟的過冷度為18℃時，增加的吸熱量百分?jǐn)?shù)117.83%；增加的制熱量百分?jǐn)?shù)為113.73%。
4.2 水源熱泵熱水機(jī)組的過冷熱的回收
SS1280型水源熱泵熱水機(jī)組其額定制冷量44.2千瓦；額定制熱量：51.2千瓦；輸入功率：10.93千瓦；制熱工況：熱水側(cè)（用戶側(cè)）溫升5℃；水源水 20/15℃；熱水出口溫度≥50℃，熱源水（不凍液）2/-3℃。
夏季工況：采用蓄冷水池的冷水為水源水，工況為12/7℃,機(jī)組內(nèi)部氟利昂22循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為蒸發(fā)溫度3℃、冷凝溫度55℃，液氟的過冷度為15℃。經(jīng)計算：
液氟的過冷度為15℃時,增加的單位吸熱量（制冷量）為5.50 Kcal/kg；回收的過冷熱為5.39kW；
液氟的過冷度為15℃時,增加的吸熱量百分?jǐn)?shù)37.22/31.72=1.1734=117.34%；
液氟的過冷度為15℃時，增加的制熱量百分?jǐn)?shù)46.50/41.00=1.1341=113.41%。
過渡季工況：采用能源塔的不凍液為水源，過渡季不凍液的工況為12.5/7.5℃，機(jī)組內(nèi)部氟利昂22循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為蒸發(fā)溫度3℃、冷凝溫度55℃，液氟的過冷度為15℃時，增加的單位吸熱量（制冷量）為5.50 Kcal/kg；回收的過冷熱為5.39kW；
液氟的過冷度為15℃時，增加的吸熱量百分?jǐn)?shù)117.34%；
液氟的過冷度為15℃時，增加的制熱量百分?jǐn)?shù)113.41%。
冬季工況：采用能源塔系統(tǒng)的不凍液為熱源時，其工況為2/-3℃―機(jī)組內(nèi)部氟利昂22循環(huán)的各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為蒸發(fā)溫度-5℃、冷凝溫度55℃、液氟的過冷度為15℃。
經(jīng)計算，該工況下理論制熱量為315 kW；總吸熱量 為278 kW。
液氟的過冷度為15℃時,增加的單位吸熱量（制冷量）為5.50 Kcal/kg；回收的過冷熱為3.58KW；
液氟的過冷度為15℃時，增加的吸熱量百分?jǐn)?shù)117.78%；
液氟的過冷度為15℃時，增加的制熱量百分?jǐn)?shù)113.41%。
4.5 能源塔冬季結(jié)霜量和融霜熱的計算
本計算的目的是用機(jī)組回收的過冷熱所產(chǎn)生的溫水是否足以去除能源塔冬季的結(jié)霜量。
據(jù)一般資料介紹，當(dāng)空氣相對濕度大于50%、空氣干球溫度在-1～7℃左右時，空氣最容易結(jié)霜；研究發(fā)現(xiàn)，空氣干球溫度在-5～5℃范圍、相對濕度在85%時，結(jié)霜最為嚴(yán)重。本計算設(shè)定通過能源塔的濕空氣為-1℃/-6℃，相對濕度為73%，計算其結(jié)霜量和融霜熱，并考察冬季開2臺熱泵機(jī)組時，其回收的過冷熱所產(chǎn)生的熱水是否足以拿來融霜。
4.5.1結(jié)霜工況下機(jī)組過冷熱的回收量計算
所選的GHP600 型機(jī)組的制冷工況：冷水，12/7℃ 冷卻水（不凍液），25/30℃；
制熱工況：熱水 40/45℃，熱源水（不凍液）2/-3℃
冬季，設(shè)機(jī)組的氟利昂22的蒸發(fā)溫度為-15℃；(蒸發(fā)，相變)；
機(jī)組氟利昂22循環(huán)的冷凝溫度取為50℃；
過冷水的初溫/終溫5/20℃；
噴淋水的初溫/終溫 20/5℃。
此時，各狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為蒸發(fā)溫度-15℃、冷凝溫度50℃、液氟的過冷度為18℃。
液氟的過冷度為18℃時,增加的單位吸熱量（制冷量）為5.83 Kcal/kg；
回收的過冷熱為Qgl=Δqo×Gxh=5.83×6379=37187 Kcal/h=43.24kW。
4.5.2 能源塔結(jié)霜量和融霜熱的計算
1.求通過能源塔的濕空氣質(zhì)量流量和體積流量
設(shè)能源塔進(jìn)出空氣的狀態(tài)為 -1℃、φ73%→ -6℃、φ73%（降溫、減濕、結(jié)霜）；
此時能源塔管內(nèi)不凍液的溫升為-10℃→-5℃（逆流，升溫）；
此時濕空氣的飽和水蒸氣分壓：5.61hPa→3.67hPa；
(濕空氣的含濕量d=622Pq/(P-Pq)=622×Pqb×φ/(1013－Pqb×φ)
式中 Pq-某溫度下濕空氣中的水蒸氣的分壓力，hPa；
P—當(dāng)?shù)氐拇髿鈮海话銥?013hPa。
相對濕度φ= Pq/ Pqb；Pq= Pqb×φ）
其空氣的絕對濕度為d1=2.525g/kg→ d2=1.6494g/kg
（注：濕空氣的含濕量按下式計算：d=622Pq/(P-Pq)=622×Pqb×φ/(1013－Pqb×φ)式中：Pq-某溫度下濕空氣中的水蒸氣的分壓力，hPa；P-當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，一般?013hPa。相對濕度φ= Pq/Pqb；Pq=Pqb×φ）
求進(jìn)出風(fēng)狀態(tài)的濕空氣焓
h1=1.01t1＋0.001d1(2500＋1.84t1)=1.01(-1)＋0.001(2.525)[2500＋1.84(-1)]=5.30kJ/kg=1.2654Kcal/kg
h2=1.01t2＋0.001d2(2500＋1.84t2)
=1.01(-6)＋0.001(1.6494)[2500＋1.84(-6)]
= -1.9547kJ/kg= -0.46687Kcal/kg
為從空氣中吸取278kW的熱量，求能源塔通過的濕空氣量Gair=Qo/(h1－h(huán)2)=1.05×278×860/(1.2654＋0.46687)=278×860/1.73227=138015kg/h
濕空氣在-1～-6℃時的ρ值為1.308
能源塔通過的濕空氣體積量：
Vair= Gair/ρ=138015/1.308=105516m3/h
2.結(jié)霜量計算
Mfr = Gair×Δτ×（d1－d2）/(1＋d1) = 138015×3×（0.002525－0.0016494）/(1＋0.002525) =117.87×3=353.61kg
式中：Δτ-步進(jìn)量，即化霜間隔的時段，取3小時。
3.化霜熱量的計算
QB = Mfr [(ts－0)＋80＋0.5(0－tB)]= 353.61 [(5－0)＋80＋0.5(0－“-7”)]
=353.61×88.5=31294 Kcal=36.39 kW
式中：Mfr-結(jié)霜量，kg；
Ts-化霜終了水的溫度，取5℃；
tB—結(jié)霜層的初溫，約比管內(nèi)不凍液進(jìn)口溫度高3℃。取-7℃；
80-每公斤霜的融解熱，Kcal/kg；
0.5-0℃的冰（霜）的平均比熱，Kcal/kg.℃。
考慮到熱損失5%后，實際所需的融霜熱為1.05×36.39 kW=38.21kW
計算證明：開1臺主機(jī)1小時可回收的過冷熱為43.24 kW，已足以融化1臺能源塔在-1～-6℃進(jìn)出濕空氣3小時的結(jié)霜量，其實際所需的融霜熱為1.05×36.39 kW=38.21 kW。
4.5.3化霜水溫度和噴淋量的計算
化霜水來自機(jī)組過冷熱回收的貯熱水箱，設(shè)初溫為20℃，用于化霜噴淋后水溫下降15℃，終溫為5℃時，化霜噴淋水量為：Gpl=1.05×QB×860/15×1000= 1.05×36.39×860/15000=2.19t
化霜時間間隔取為3小時，設(shè)每次化霜噴淋時間取為10分鐘，噴淋化霜的效率取為95^%，則實際化霜噴淋水量為2.19/0.95=2.31t。要求10分鐘噴淋2.31噸化霜水。則化霜泵的小時流量為2.31×60/10=13.86t/h。
冬季2臺機(jī)組全開過冷熱的回收量：43.24×2=86.48 kW，能源塔進(jìn)出空氣的狀態(tài)為 -1℃、φ73%→ -6℃、φ73%的3小時結(jié)霜量353.61kg×2=707.22kg，融霜熱為38.21kW×2=76.42kW。融霜水量為2.31t×2=4.62t，融霜水泵的流量為27.72噸/小時。
4.6 工程設(shè)備選擇計算見表4.5。
表4.5 方案1的設(shè)備表
圖4.1 利用能源塔和太陽能為熱源的制冷、供熱和生活熱水聯(lián)合系統(tǒng)
能源塔及熱泵機(jī)組流程局部放大
水源熱泵熱水部分流程局部放大
能源轉(zhuǎn)換裝置及節(jié)能器局部放大
表4.6 水蓄能空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的運(yùn)行工況
4.7工程能耗計算見表4.7。
表4.7 方案1能耗計算表
5.設(shè)計（方案二）說明
采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組加燃油鍋爐為三用系統(tǒng)的冷熱源。
夏季4.5個月，采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組制取空調(diào)冷熱水；春秋季4個月，空調(diào)機(jī)組停止；
冬季3.5個月，采用傳統(tǒng)的鍋爐加汽水換熱器為空調(diào)和生活熱水的熱源。
該系統(tǒng)的流程圖見圖5.1。其設(shè)備選擇的型號和數(shù)量見表5.1。
圖5.1 傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組加鍋爐的三用系統(tǒng)
表5.1 方案2的設(shè)備表
表5.2 方案2能耗計算表
6.設(shè)計（方案三）說明
采用具有熱回收功能的水源熱泵冷熱水機(jī)組加水箱輔助電加熱器為冷熱源。冷熱源可來自土壤源、地下水，或江河湖海的水源。
夏季4.5個月，用具有熱回收功能的水源熱泵機(jī)組全部制冷（從蒸發(fā)器出冷水）＋從冷凝器1部分熱回收出熱水，冷凝器2仍用水源水排熱。
春秋季4個月，空調(diào)系統(tǒng)停用。水源機(jī)組減負(fù)荷專制生活熱水（機(jī)組改為制熱工況，蓄熱水箱來的溫水通過冷凝器1、2吸熱出熱水，蒸發(fā)器吸收水源水的熱量），空調(diào)水部分停用；
冬季3.5個月（包括低氣溫的15天），具有熱回收功能的水源熱泵機(jī)組冷凝器1、2主要制空調(diào)用45℃熱水（從熱回收器出熱水），空調(diào)制熱量不足時，采用空調(diào)輔助電加熱器；生活熱水，則通過水箱內(nèi)電加熱器加熱。具有熱回收功能的水源熱泵機(jī)組選用R22為工質(zhì)。該系統(tǒng)的流程圖見圖6.1。
圖6.1 水源熱泵加電輔助加熱的制冷、供熱和生活熱水聯(lián)合系統(tǒng)
表6.1 方案3的設(shè)備表
表6.2 方案3能耗計算表
以上計算中未考慮水源部分的設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，認(rèn)為水源(冷卻)水是免費(fèi)供給的。
7.設(shè)計（方案四）說明
采用具有熱回收功能的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組加電鍋爐（或水箱電加熱器）為冷熱源。
夏季4.5個月，具有熱回收功能的機(jī)組制冷＋部分熱回收制取生活熱水；
春秋季4個月，空調(diào)機(jī)組停止，用電鍋爐制熱水；
冬季3.5個月，空調(diào)機(jī)組主要制空調(diào)用45℃熱水，有時可利用空調(diào)制熱多余的熱來熱回收制生活熱水，生活熱水熱量大部分依靠電加熱?？照{(diào)熱回收機(jī)組選用R134a為工質(zhì)。該系統(tǒng)的流程圖見圖7.1。其設(shè)備選擇的型號和數(shù)量見表7.1。
圖7.1 利用部分熱回收空氣源熱泵加電加熱的制冷、供熱和生活熱水聯(lián)合系統(tǒng)
表7.1 方案4的設(shè)備表
8.設(shè)計（方案五）說明
采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組加上空氣源熱泵熱水機(jī)組為空調(diào)冷熱水和生活熱水的冷熱源，該方案的流程圖可見圖8.1。其設(shè)備選擇的型號和數(shù)量見表8.1。
圖4.5 空氣源熱泵冷熱水機(jī)組加空氣源熱泵熱水機(jī)組組合的制冷、供熱和生活熱水系統(tǒng)
表8.1 方案5的設(shè)備表
9.各方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價
表9.1 各方案能耗比較表
10.簡單的結(jié)束語：
通過上述的比較看到，方案一，采用能源塔為冷熱源，加上機(jī)組熱回收措施，又加上水蓄冷等節(jié)能措施，企圖在節(jié)能上有所突破，但從整個系統(tǒng)的能量投入/產(chǎn)出的能效比來看，僅達(dá)到3.25，與一般應(yīng)用帶熱回收的風(fēng)冷熱泵和水源熱泵的三用系統(tǒng)相當(dāng)。由于應(yīng)用太多的節(jié)能設(shè)備和系統(tǒng)，使整個三用系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量大大增加，輔助設(shè)備（風(fēng)機(jī)和水泵）用電量也大大增加，反而使整個系統(tǒng)的能量投入/產(chǎn)出的能效比下降，而且一次投資也會大大增加。能源塔本身還有一個冬季結(jié)露和除霜的問題以及不凍液的配制的問題。經(jīng)計算，能源塔本身的冬季結(jié)露和除霜的問題可以通過機(jī)組的過冷熱回收來解決。但總的來說，應(yīng)用能源塔來組成三用系統(tǒng)在工藝流程上還是可行的。
而方案五，采用傳統(tǒng)的熱泵設(shè)備和兩套獨(dú)立的風(fēng)冷熱泵冷熱水系統(tǒng)和熱泵熱水系統(tǒng)，機(jī)組設(shè)備技術(shù)成熟，管理方便，互不影響，一次投資較低，而且機(jī)組都可以采用R22為工質(zhì)，比較容易取得，但設(shè)備臺數(shù)多，占地大。從耗能少和運(yùn)行費(fèi)用低來看，卻處于第1位(總能效比為3.9)。其空調(diào)系統(tǒng)的制冷能效比在4.6左右，熱水系統(tǒng)的能效比在3.2左右，都在正常的范圍。因此，從空調(diào)加熱水供應(yīng)綜合節(jié)能角度來看，空調(diào)用風(fēng)冷熱泵為冷熱源，冬季適當(dāng)加部分電加熱；生活熱水決不直接采用電鍋爐或燃?xì)猓加湾仩t（方案2），而是用空氣源熱泵熱水機(jī)組，不失為一個合理的方案，比想象中夏季用帶熱回收的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組，而其他三季的生活熱水靠電加熱，空調(diào)熱水靠電輔助加熱（即本文中的方案4）的辦法來得好。方案四中，采用了熱回收的風(fēng)冷熱泵冷熱水機(jī)組，解決了夏季的熱水供應(yīng)，也提高了夏季空調(diào)整個系統(tǒng)的能效比，但對于整個熱水系統(tǒng)來看，全年的投入/產(chǎn)出的能效比僅略比1這個數(shù)大一些（1.093），從空調(diào)加熱水供應(yīng)綜合節(jié)能角度來看，應(yīng)該說是不好的。方案3，以利用帶熱回收的水源熱泵冷熱水機(jī)組為主機(jī)的四管制，通過閥們切換的空調(diào)，供熱，全年生活熱水供應(yīng)三用系統(tǒng)也是較好的方案。但增加了水源部分的許多設(shè)備，本計算中，并未計入由此增加的設(shè)備能耗和設(shè)備一次投資。
以上論述，僅為個人在特定的條件下的初步結(jié)論，如對您有所借鑒，不勝榮幸，如有不當(dāng)之處，望批評指正。
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