水汽能熱泵技術(shù)原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（一）技術(shù)原理和內(nèi)容

水汽能熱泵技術(shù)是一種充分利用空氣中水蒸汽熱量的可再生能源技術(shù)，在冬季充分利用水汽能收集器收集空氣中含有的水蒸汽所蘊(yùn)含的熱量，通過(guò)水汽能熱泵將這部分低品位熱量提升，作為中央空調(diào)的熱源提供以及生活熱水的供應(yīng)；在夏季，水汽能熱泵將吸收的建筑熱量回收為生活熱水，利用作為高效冷卻器將多余部分的熱量散發(fā)到空氣中，從而作為中央空調(diào)的冷源提供。

水汽能熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由水汽能收集器、水汽能熱泵、水汽能運(yùn)輸系統(tǒng)、水汽能利用系統(tǒng)構(gòu)成，水汽能收集器放置于建筑的室外（屋頂或者裙房樓頂），水汽能熱泵放置在建筑地下機(jī)房?jī)?nèi)，利用水汽能運(yùn)輸系統(tǒng)中的外循環(huán)水泵將外循環(huán)液在水汽能收集器與水汽能熱泵之間來(lái)回循環(huán)（外循環(huán)液在冬季為防凍液，在低溫下不結(jié)冰，不板結(jié)，具有較好的流動(dòng)性與熱交換率，在夏季為普通的自來(lái)水）。同時(shí)，利用水汽能運(yùn)輸系統(tǒng)中的內(nèi)循環(huán)水泵將內(nèi)循環(huán)液在水汽能熱泵與水汽能利用系統(tǒng)中的室內(nèi)設(shè)備之間來(lái)回循環(huán)。在冬季，低溫防凍液在水汽能收集器中吸收空氣中水汽的熱量，溫度升高；溫度升高后的防凍液在外循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入水汽能熱泵，水汽能熱泵工作后將熱量品質(zhì)提升、溫度提高，將熱量傳遞給內(nèi)循環(huán)液，內(nèi)循環(huán)液在內(nèi)循環(huán)水泵的作用下流入水汽能利用系統(tǒng)設(shè)備，從而將熱量傳遞到最終室內(nèi)用戶(hù)。在夏季，內(nèi)循環(huán)液在水汽能利用系統(tǒng)設(shè)備中將最終室內(nèi)用戶(hù)的熱量提取出來(lái)，通過(guò)內(nèi)循環(huán)水泵傳遞給水汽能熱泵，水汽能熱泵將這部分熱量傳遞給外循環(huán)液，外循環(huán)液在外循環(huán)水泵的作用下進(jìn)入水汽能收集器內(nèi)，通過(guò)水汽能收集器將熱量傳遞給空氣，具體形式如下圖。

圖1 水汽能熱泵工作原理圖

圖2  水汽能利用流程圖

現(xiàn)階段，水汽能熱泵主要應(yīng)用于建筑節(jié)能與能源應(yīng)用領(lǐng)域，在占建筑能耗60%以上的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，水汽能熱泵能夠完成冬季低溫制熱、夏季高溫制冷、全年供應(yīng)生活熱水工作。通過(guò)水汽能收集器與水汽能熱泵的高效聯(lián)合運(yùn)行，絕大部分地區(qū)（包括嚴(yán)寒地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)）大部分時(shí)間段內(nèi)（高溫低濕時(shí)期以及低溫高濕時(shí)期）都能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高效率地提供建筑用冷熱源及生活熱水源。通過(guò)采用水汽能熱泵的暖通空調(diào)系統(tǒng)，能夠?qū)⒔ㄖ芎拇蟠蠼档?；同時(shí)由于其冬季制熱效果突出，完全可以取代燃油及燃?xì)忮仩t進(jìn)行冬季供熱，故能夠減少化石能源的消耗、減少燃燒化石能源過(guò)程中所排放的污染物，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。根據(jù)現(xiàn)有利用水汽能熱泵進(jìn)行暖通空調(diào)供應(yīng)的具體示范工程統(tǒng)計(jì)，水汽能熱泵中央空調(diào)系統(tǒng)比常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能50%以上，年減少碳排放70%以上，全球推廣使用水汽能熱泵率達(dá)到20%，則可以減少碳排放3.2億噸。因此當(dāng)水汽能熱泵在城市可持續(xù)發(fā)展中具有不可替代的作用。

1、 技術(shù)原理：

一種能夠在夏季“高溫高濕”和冬季“低溫高濕”以及冬季寒冷的氣候條件下，利用水汽能提純平臺(tái)（熱源塔），以小溫差傳熱即時(shí)吸收存儲(chǔ)在空氣水蒸氣中的水汽能作為熱泵的冷(熱)源，對(duì)熱泵輸入少量的高品位能，來(lái)實(shí)現(xiàn)低品位能量向高溫位的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)建筑物冷暖空調(diào)終端無(wú)鍋爐、無(wú)排碳、無(wú)電輔和高能效的目的。

  2、技術(shù)內(nèi)容：

①水汽能型熱泵：采用閉式蒸發(fā)器、消噪汽霧分離器、無(wú)縫拼接防滲漏措施，使閉式水汽能在吸收空氣中低溫位能作為熱泵熱源時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定效率高，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，沒(méi)有傳統(tǒng)冷卻塔取熱飄霧污染環(huán)境現(xiàn)象，對(duì)比傳統(tǒng)空氣源熱泵制熱減少了90%以上的結(jié)霜幾率。 

②水汽能熱泵機(jī)組：采用小溫差蒸發(fā)器、小溫差冷凝器、程流回油裝置、寬工況膨脹裝置、低熱源經(jīng)濟(jì)器、熱虹吸回油裝置等應(yīng)用于低溫?zé)嵩礋岜?，使其在?biāo)準(zhǔn)工況檢測(cè)條件下和低溫實(shí)用工況測(cè)條件下，具有制冷工質(zhì)蒸發(fā)溫度高和冷凝溫度低，壓力差小、功耗低高效節(jié)能和良好的耐惡劣氣候性能優(yōu)勢(shì)。

③溶液濃縮機(jī)：采用熱泵加熱器、膜濃縮器應(yīng)用于稀釋溶液濃縮機(jī)，可使開(kāi)式水汽能稀釋循環(huán)溶液濃縮達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。 

④高能存儲(chǔ)倉(cāng)：采用高導(dǎo)吸收器、熱能儲(chǔ)庫(kù)用于高能存儲(chǔ)倉(cāng)，可將高導(dǎo)吸收器吸收的太陽(yáng)能存儲(chǔ)于熱能儲(chǔ)庫(kù)，作為冬季寒冷氣候的熱泵熱源。 
   采用基于濕蒸發(fā)的冷濃縮系統(tǒng)專(zhuān)利技術(shù)應(yīng)用于防凍溶液濃縮，使稀釋循環(huán)溶液濃縮成本降低80%、濃縮效果提高90%，降低溶液的腐蝕度以達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。
   比常規(guī)油汽鍋爐或油汽直燃機(jī)供空調(diào)和生活熱水方式節(jié)能60%以上。初期投資降低80%。                                

  3、主要技術(shù)參數(shù)及其與替代的技術(shù)對(duì)比，特別是能效指標(biāo)對(duì)比。

  創(chuàng)新點(diǎn)：

1）、零下 20 度低溫也能正常運(yùn)用；

2）、省去附屬設(shè)備問(wèn)題。

3）、代替了鍋爐，也無(wú)需打井，占地面積小。容易施工安裝，檢修；

4）、克服了地源熱泵埋管。檢修難，熱不平衡的問(wèn)題；

5）、取代燃?xì)饪照{(diào)，不排放廢棄和污染物。

（二）技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)和主要的創(chuàng)新點(diǎn):

  水汽能熱泵是以夏季高效存儲(chǔ)太陽(yáng)能原生源和冬季即時(shí)吸收太陽(yáng)能次生源作為熱泵低溫位熱源為主的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新點(diǎn)：

  1、和太陽(yáng)能對(duì)比：

  1）冬季太陽(yáng)能低輻射量低，太陽(yáng)能熱泵需要大量的集熱板面積才能保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，但水汽能熱泵配套20%太陽(yáng)能集熱板就可以滿(mǎn)足系統(tǒng)供熱要求。大幅減少了占地面積，施工條件要求不高；

  2）太陽(yáng)能集熱器面積的創(chuàng)新。
5萬(wàn)平方米的賓館，冬天中央空調(diào)制熱需要5000KW的熱量。如果用常規(guī)的太陽(yáng)能光熱源平板式集熱器，在陽(yáng)光充足的條件下，大約需要8000平方米的集熱板。而采用太陽(yáng)能濕熱源集熱器，只需要200個(gè)平方的面積，足可以保證5萬(wàn)平方米的賓館制冷制熱甚至供生活熱水。
  3）太陽(yáng)能儲(chǔ)能介質(zhì)的理論創(chuàng)新：常規(guī)的太陽(yáng)能只能在有陽(yáng)光的白天才能吸收應(yīng)用。我們把這叫做太陽(yáng)能光熱源?？諝庵械乃畠?chǔ)存了太陽(yáng)能，這是我們這個(gè)水汽能熱泵產(chǎn)品的理論基礎(chǔ)?？諝庵械乃肿樱洚?dāng)了太陽(yáng)能儲(chǔ)能的介質(zhì)。
  4）太陽(yáng)能換熱方式的創(chuàng)新：常規(guī)的太陽(yáng)能集熱方式，主要是應(yīng)用熱交換中的輻射換熱。而我們的是應(yīng)用了輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)三種方式。
  5）太陽(yáng)能應(yīng)用時(shí)間的創(chuàng)新：24小時(shí)全天候應(yīng)用，白天、晚上、陰天雨天、下雪天都可以使用太陽(yáng)能。突破了常規(guī)太陽(yáng)能只能在有陽(yáng)光的白天才能應(yīng)用的限制。

  2、和地源熱泵對(duì)比：

  1）減少60%以上的敷設(shè)容量。水汽能熱泵配套少量的太陽(yáng)能高能存儲(chǔ)庫(kù)就可以保障寒冷氣候期的熱源需求，達(dá)到地源熱泵效果。

  2）避免了城市不能打井埋管的政策限制，施工安裝檢測(cè)方便；

  3、和空氣源熱泵中央空調(diào)對(duì)比:

  空氣源熱泵空調(diào)在室外溫度4度左右，遇水汽會(huì)結(jié)冰，主機(jī)會(huì)停止工作。水汽能熱泵在冬季低溫高濕狀態(tài)下供熱不結(jié)霜，不需要輔助電加熱，夏季為負(fù)壓蒸發(fā)水冷卻高能效比制冷機(jī)，冬季為高性能寬帶無(wú)霜空氣能熱泵。具有性能穩(wěn)定優(yōu)勢(shì)。

  4、和化石能源天燃?xì)饪照{(diào)對(duì)比：

  1）水汽能熱泵沒(méi)有二氧化碳排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)和運(yùn)行費(fèi)用的增加。以北京地區(qū)供熱和采用不同能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐時(shí)的經(jīng)濟(jì)性比較分析（見(jiàn)表1），水汽能熱泵具有明顯的低碳優(yōu)勢(shì)。

北京地區(qū)供熱100萬(wàn)千卡空調(diào)系統(tǒng)采用不同能源結(jié)構(gòu)逐時(shí)的經(jīng)濟(jì)性  表1

  2）水汽能熱泵 節(jié)能中央空調(diào)智慧系統(tǒng)是有效地利用太陽(yáng)能可再生能源，在全球氣候適宜地區(qū)達(dá)到50%的應(yīng)用量取代化石能源燃煤和燃?xì)饪照{(diào)，每年可為地球減少二氧化碳排放量20 億噸以上，相當(dāng)于每年增加植樹(shù)造林面積1520 萬(wàn)公頃以上。

  5、對(duì)水源熱泵的創(chuàng)新：
  1）低溫型水源熱泵。
  常規(guī)的水(地)源熱泵，當(dāng)室外水源在5度以下時(shí)，主機(jī)就差不多不工作了。而我們的水汽能熱泵主機(jī)，室外溫度在零下10度，也能照常工作。
  2）向空中打井。常規(guī)的水(地)源熱泵大家知道，其冷熱源是向地底下打井或者在地下埋管，換取地下土壤中的冷熱源。我們的水汽能熱泵產(chǎn)品，其冷熱源來(lái)自于空氣中的水。大家知道，空氣中打井太容易了，換熱的水汽能手機(jī)器一安裝，井就打好了。

  6、基準(zhǔn)情景。主要是所替代技術(shù)的應(yīng)用模式及其能耗、二氧化碳排放、投資情況。

（三）評(píng)價(jià)指標(biāo)

節(jié)能減碳能力（注明相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)源及測(cè)算過(guò)程，下同）。預(yù)計(jì)至2020年推廣能形成的節(jié)能量、減碳量及相應(yīng)的節(jié)能能力、減碳能力（建筑、交通等不適用節(jié)能量指標(biāo)的行業(yè)主要參考節(jié)能率指標(biāo)）。

1、和傳統(tǒng)電制冷主機(jī)+燃?xì)忮仩t對(duì)比

傳統(tǒng)的電制冷主機(jī)+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性能，制冷制熱效果好，但是在冬季運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)存在以下幾點(diǎn)的弊端：

A、能源消耗高：在冬季制熱時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行需要耗費(fèi)大量的燃?xì)?，造成能源的不合理利用，在?guó)家提倡低碳能源的趨勢(shì)下，鍋爐等一系列耗能產(chǎn)品逐漸淘汰；

B、運(yùn)行費(fèi)用高：該系統(tǒng)冬季制熱時(shí)，燃?xì)庀牧看?，現(xiàn)有市場(chǎng)燃?xì)鈨r(jià)格高，系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)給用戶(hù)產(chǎn)生昂貴的燃?xì)赓M(fèi)用；

C、安全隱患：鍋爐屬于國(guó)家安全生產(chǎn)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，運(yùn)行時(shí)存在燃?xì)庑孤?、鍋爐爆炸等安全隱患，對(duì)用戶(hù)的設(shè)備管理和使用提出了很高的要求；

2、水汽能熱泵機(jī)組

  水汽能熱泵技術(shù)在長(zhǎng)江中下游以南地區(qū)得到廣泛的運(yùn)用，空調(diào)效果良好。由于受地理環(huán)境的影響，考慮到現(xiàn)代的環(huán)保理念建議用戶(hù)不予考慮燃?xì)饪照{(diào)；在這種情況下，我司推薦使用水汽能熱泵技術(shù)，運(yùn)行費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)緊湊一機(jī)多用等因素獲得廣大用戶(hù)的一致好評(píng)，成為長(zhǎng)江中下游以南地區(qū)冬季采暖夏天制冷的的首選空調(diào)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

A、能源利用率高：水汽能熱泵主機(jī)在運(yùn)行時(shí)，能效比可以達(dá)到6.0以上，冬季制熱時(shí)效果更佳；

B、免費(fèi)的生活熱水：系統(tǒng)制冷時(shí)，機(jī)組對(duì)制冷負(fù)荷進(jìn)行熱回收，產(chǎn)生免費(fèi)的生活熱水;

C、系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)燃?xì)庑孤?、鍋爐爆炸等安全隱患，管理控制簡(jiǎn)單便捷;