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文檔簡(jiǎn)介
二氧化碳熱泵供熱技術(shù)與其應(yīng)用第一頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用第二頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,無論在工業(yè)生產(chǎn)或日常需求上,對(duì)供熱的需求越來越多,供熱系統(tǒng)消耗的能耗也越來越大。供熱量需求占總耗能的53%挪威奧斯陸市60m2建筑能耗分析第三頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)什么是二氧化碳熱泵?二氧化碳熱泵是以二氧化碳?xì)怏w作為制冷工質(zhì)的熱泵。為什么選擇二氧化碳?xì)怏w作為工質(zhì)?
CO2不破壞大氣臭氧層,ODP=0;
CO2的全球氣候變暖指數(shù)很小,GWP=1;
CO2是天然工質(zhì),價(jià)格低廉,且無回收問題;良好的安全性、化學(xué)穩(wěn)定性;在低溫的條件下,也可以擁有很高的效率;可以很輕松的獲得90℃的高溫?zé)崴5谒捻?yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)制冷劑類型ODPGWPR22HCFC0.0551700R134aHFC01300R410aHFC01700R744(co2)自然工質(zhì)01CO2與其他制冷劑的比較從上表可以看出,二氧化碳作為制冷工質(zhì)有著優(yōu)良的環(huán)保特性。前國(guó)際制冷學(xué)會(huì)主席G.Lorentzen教授認(rèn)為CO2是無可取代的制冷工質(zhì)。第五頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)61341+Electricity3HeatfromtheAir=4HWSupplyEnergy二氧化碳熱泵循環(huán)示意圖第六頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)跨臨界循環(huán)
由于CO2氣體的獨(dú)特特性,臨界溫度為31.1℃,臨界壓力為7.37MPa,熱泵供熱循環(huán)采用跨臨界循環(huán)。高壓可以達(dá)到120bar,低壓也在20bar以上。
壓力大、壓比小
雖然高壓和低壓都較常規(guī)熱泵高,但壓縮比小于常規(guī)熱泵。第七頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)CO2的放熱過程溫差較大,非常適合于熱水的加熱。氣體冷卻器放熱過程第八頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)名稱熱泵熱水器燃?xì)鉄崴麟姛崴魈?yáng)能熱水器能源種類電源天然氣電源電+熱單價(jià)0.8元/度3.2元/m30.8元/度0.8元/度(輔助)熱效率410%85%95%300%熱水費(fèi)用/噸7.94元34.69元34.27元11.27元安全性安全危險(xiǎn)較危險(xiǎn)安全環(huán)保性無污染輕污染無污染無污染初投資較高低低高產(chǎn)品壽命12-15年8年8年8年實(shí)用性供水量大水溫恒定區(qū)域性用水間斷性供水受天氣影響注:太陽(yáng)能熱水器以每年陰雨天數(shù)120天計(jì)算,需輔助電加熱。第九頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)
二氧化碳熱泵可以制取高溫?zé)崴糜跓崴墓?yīng)和建筑物的供熱,替代現(xiàn)有的燃煤、燃?xì)狻⑷加突螂婂仩t等傳統(tǒng)的供熱方式,減少礦物能源的消耗,降低溫室氣體、粉塵和廢熱排放。
與常規(guī)熱泵相比,除了工質(zhì)更環(huán)保以外,二氧化碳熱泵可以制取高溫?zé)崴當(dāng)U大了熱泵的應(yīng)用領(lǐng)域,并且可以在較低的環(huán)境溫度下正常使用,擴(kuò)展了熱泵的應(yīng)用范圍,尤其對(duì)北方地區(qū)的建筑供熱具有重大意義。
日本是世界上二氧化碳熱泵發(fā)展最快和應(yīng)用最多的國(guó)家,據(jù)日本熱泵蓄熱中心(HPTCJ)的2007年研究報(bào)告表明,在日本采用熱泵技術(shù)可以削減10%的二氧化碳排放量,其中的2%是用二氧化碳熱泵熱水器更換現(xiàn)有熱水器的貢獻(xiàn)。第十頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用第十一頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新
二氧化碳熱泵技術(shù)為一系統(tǒng)技術(shù),包含了壓縮機(jī)、換熱器、控制閥件、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、系統(tǒng)組裝等。其核心為壓縮機(jī)、換熱器和控制系統(tǒng)。第十二頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新熱水出冷水進(jìn)二氧化碳熱泵系統(tǒng)示意圖第十三頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵研發(fā)過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有:二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)(包括氣體冷卻器、回?zé)崞鳌⒄舭l(fā)器、儲(chǔ)液器)。二氧化碳熱泵系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)?;谀苄П茸顑?yōu)化的系統(tǒng)控制技術(shù)。二氧化碳熱泵系統(tǒng)油溫控制技術(shù)。二氧化碳熱泵化霜技術(shù)。出水溫度精確控制技術(shù)。二氧化碳熱泵系統(tǒng)應(yīng)用整體解決方案。第十四頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件除壓縮機(jī)和電子膨脹閥需要進(jìn)口外,氣體冷卻器、回?zé)崞鳌⒄舭l(fā)器、儲(chǔ)液器關(guān)鍵部件均為我公司自行開發(fā)設(shè)計(jì)。氣體冷卻器是二氧化碳?xì)怏w與水換熱唯一部件,相當(dāng)于常規(guī)熱泵的冷凝器,正常運(yùn)行中的二氧化碳側(cè)的高壓可以達(dá)到120bar。國(guó)外的設(shè)計(jì)方案有套管式、雙層套管式、微通道換熱器、板式換熱器。微通道換熱器纏繞式換熱器第十五頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)考慮到熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的高壓和國(guó)內(nèi)水質(zhì)的狀況,為保證效率和設(shè)備的可靠性,我司采用單層套管式形式,管內(nèi)為水管,外管為氣管,材質(zhì)選用無縫不銹鋼管以滿足強(qiáng)度要求。單層套管換熱器第十六頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)回?zé)崞饕脖环Q為內(nèi)部換熱器,其功能是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)吸氣與氣冷出來的高壓氣體之間的換熱,以提高熱泵的效率??梢赃x擇的形式有釬焊板式換熱器、并聯(lián)管式換熱器、板翅式換熱器等,我司設(shè)計(jì)為獨(dú)特的多通道殼管式換熱器,高壓側(cè)多通道、低壓側(cè)單通道。并聯(lián)管式換熱器板式換熱器第十七頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)蒸發(fā)器是從空氣中吸熱的部件,在設(shè)計(jì)形式上選擇管翅形式,翅片間距加大,片型設(shè)計(jì)為不開窗波紋片,銅管耐壓需要達(dá)到80bar。儲(chǔ)液器是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中多余的二氧化碳進(jìn)行存儲(chǔ)的容器,便于控制系統(tǒng)對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié),此外還要增設(shè)回油孔,便于系統(tǒng)回油。儲(chǔ)液器使用壓力要能能承受80bar。蒸發(fā)器儲(chǔ)液器第十八頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)二、二氧化碳熱泵系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)
二氧化碳熱泵各部件之間的連接和裝配,解決了以下問題:1、冷媒在高壓運(yùn)行時(shí)防止泄漏的連接工藝和材料;2、二氧化碳在超臨界狀況下的對(duì)密封材料的影響分析;3、潤(rùn)滑油在各部件之間的滯留和回油分析;4、管路的設(shè)計(jì)和布置要盡可能減小震動(dòng),避免震動(dòng)帶來的影響;5、系統(tǒng)的過壓過載等保護(hù)功能設(shè)計(jì);6、冷媒充注量和潤(rùn)滑油充注量的確定。第十九頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)三、基于能效比最優(yōu)的系統(tǒng)高壓控制技術(shù)。在CO2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)中,超臨界壓力區(qū)內(nèi)并無兩相區(qū)域存在,溫度和壓力間彼此獨(dú)立,為相互獨(dú)立的變數(shù),則高壓側(cè)壓力對(duì)制冷劑焓值也有影響,高壓側(cè)壓力變化對(duì)制熱量、壓縮機(jī)功耗和COP值也會(huì)產(chǎn)生影響。經(jīng)試驗(yàn)研究分析可得,CO2跨臨界循環(huán)的高壓側(cè)存在著一個(gè)最優(yōu)的運(yùn)行控制壓力,在該壓力下,循環(huán)的性能系數(shù)COP可達(dá)到最大。我公司建立了高壓壓力控制模型,結(jié)合氣體冷卻器出口溫度、蒸發(fā)壓力、環(huán)境溫度等參數(shù)的綜合分析,控制最優(yōu)的高壓壓力目標(biāo)值,使熱泵的效率達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。第二十頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)四、二氧化碳熱泵系統(tǒng)油溫控制技術(shù)油溫是二氧化碳熱泵系統(tǒng)正常運(yùn)行需要控制的一個(gè)重要指標(biāo),油溫需要控制在35℃-60℃之間,以保證壓縮機(jī)處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。用空氣冷卻時(shí),要注意氣溫變化對(duì)油溫冷卻的影響。我公司通過多次試驗(yàn)和測(cè)試,成功的掌握了油溫的控制技術(shù)。技術(shù)點(diǎn)五、二氧化碳熱泵化霜技術(shù)
二氧化碳熱泵目前沒有專用的四通閥可以進(jìn)行換向化霜,即使有四通閥,由于水流溫升大,流量小,也不可能從水里吸熱化霜。我司針對(duì)化霜的技術(shù)難點(diǎn),先后采取了多種綜合措施,成功的解決了化霜問題。第二十一頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)六、出水溫度精確控制技術(shù)
為達(dá)到需要的熱水出水溫度并保持穩(wěn)定,需要對(duì)水流量進(jìn)行精確的控制,在環(huán)境溫度、進(jìn)水溫度不斷改變的條件下,我司對(duì)出水溫度控制采用水泵變頻調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合高壓側(cè)最優(yōu)調(diào)節(jié)技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn),使水溫能精確地穩(wěn)定在設(shè)定溫度上。第二十二頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)七、二氧化碳熱泵系統(tǒng)應(yīng)用整體解決方案
二氧化碳熱泵在熱水供熱系統(tǒng)和采暖供熱系統(tǒng)上或者熱水采暖聯(lián)合供熱系統(tǒng)上均與常規(guī)熱泵方式有所不同,主要區(qū)別在于通過綜合熱水應(yīng)用技術(shù),保證二氧化碳熱泵的進(jìn)水溫度盡可能的低,以確保二氧化碳?xì)怏w在氣體冷卻器的出口溫度較低,從而保證熱泵的較高效率。供熱系統(tǒng)解決方案,分為生活熱水供熱系統(tǒng)解決方案,飲用熱水供熱系統(tǒng)解決方案,采暖供熱系統(tǒng)解決方案。第二十三頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新生活熱水供熱系統(tǒng)解決方案示意圖第二十四頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新飲用熱水供熱系統(tǒng)解決方案示意圖第二十五頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新采暖供熱系統(tǒng)解決方案示意圖第二十六頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新額定制熱量kW62供水溫度℃15出水溫度℃65熱水流量L/h1000最高出水溫度℃90給水溫度范圍℃3-35壓縮機(jī)額定功率kW18額定運(yùn)轉(zhuǎn)電流A34.8使用環(huán)境溫度℃-25~40噪聲dB(A)70冷媒類型
co2充注量g14000電源
380V~50Hz設(shè)備重量kg880設(shè)備尺寸mm2670×1400×2150二氧化碳熱泵第二十七頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用第二十八頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用沈陽(yáng)市兒童醫(yī)院洗浴熱水項(xiàng)目:每天制取生活熱水60噸,采用太陽(yáng)能與二氧化碳空氣源熱泵相結(jié)合,太陽(yáng)能集熱器面積200平方米,二氧化碳空氣源熱泵熱水機(jī)2臺(tái)。已經(jīng)運(yùn)行1年。沈陽(yáng)市兒童醫(yī)院熱水項(xiàng)目熱水供熱項(xiàng)目第二十九頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用
武漢大學(xué)學(xué)生飲用開水項(xiàng)目:選用CO2空氣源熱泵1臺(tái),與電鍋爐配合使用,為學(xué)生提供飲用熱水。項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行1年。武漢大學(xué)飲用開水項(xiàng)目熱水供熱項(xiàng)目第三十頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用
太原市建龍洗浴中心熱水供熱項(xiàng)目:該項(xiàng)目為洗浴中心用熱水項(xiàng)目,每天熱水需求量70噸,原使用燃煤鍋爐供熱水,后因政府拆除鍋爐,選用3臺(tái)二氧化碳熱泵制取熱水。熱水出水溫度50℃。該項(xiàng)目已經(jīng)使用3年,運(yùn)行良好。據(jù)用戶測(cè)算,每年可以節(jié)省供熱費(fèi)用12萬元,節(jié)省燃煤330噸。熱水供熱項(xiàng)目第三十一頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用采暖供熱項(xiàng)目
該項(xiàng)目為青藏鐵路的一個(gè)新建維修工區(qū)的采暖,建筑面積3000平方米,選用3臺(tái)二氧化碳熱泵。該地區(qū)海拔高度4800米,最低氣溫-30℃,是國(guó)內(nèi)安裝海拔最高的、使用環(huán)境溫度最低的熱泵項(xiàng)目。青海省青藏鐵路布瑪?shù)鹿^(qū)第三十二頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用煙臺(tái)古現(xiàn)鎮(zhèn)政府采暖
該公共機(jī)構(gòu)建筑面積2400平方米,原使用煤鍋爐采暖,因節(jié)能減排需要,改用2臺(tái)CO2熱泵機(jī)組,室內(nèi)采用暖氣片散熱,已經(jīng)運(yùn)行1個(gè)冬季,采暖效果良好。采暖供熱項(xiàng)目第三十三頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用甘肅白銀市鐵路供電工區(qū)采暖該工區(qū)采暖面積1000平方米,建于30年前,原使用200kW煤鍋爐采暖,暖氣片散熱,配置2個(gè)司爐工,能耗和費(fèi)用均很大。改用CO2熱泵系統(tǒng)采暖后,系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行,供暖效果明顯改善,去年的運(yùn)行電耗含水泵在內(nèi)僅為5.5萬度電,平均每平方米55度電,大大降低了能耗。此項(xiàng)目為鐵道部二氧化碳熱泵采暖實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。采暖供熱項(xiàng)目第三十四頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用青島解放軍某部營(yíng)房供暖青島膠州解放軍某部營(yíng)房建筑面積約3000平方米,原沒有采暖,冬季官兵的工作和生活都較為艱苦。一期選用一臺(tái),二期選用兩臺(tái)二氧化碳熱泵采暖,房間內(nèi)布置暖氣片散熱,采暖效果良好。第三十五頁(yè),共38頁(yè)。二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用第三十六頁(yè),共38頁(yè)。前景與展望
二氧化碳熱泵在供熱方面可
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