水汽能热泵技术原理及技术优势

水汽能热泵技术原理及技术优势

（一）技术原理和内容

水汽能热泵技术是一种充分利用空气中水蒸汽热量的可再生能源技术，在冬季充分利用水汽能收集器收集空气中含有的水蒸汽所蕴含的热量，通过水汽能热泵将这部分低品位热量提升，作为中央空调的热源提供以及生活热水的供应；在夏季，水汽能热泵将吸收的建筑热量回收为生活热水，利用作为高效冷却器将多余部分的热量散发到空气中，从而作为中央空调的冷源提供。

水汽能热泵空调系统主要由水汽能收集器、水汽能热泵、水汽能运输系统、水汽能利用系统构成，水汽能收集器放置于建筑的室外（屋顶或者裙房楼顶），水汽能热泵放置在建筑地下机房内，利用水汽能运输系统中的外循环水泵将外循环液在水汽能收集器与水汽能热泵之间来回循环（外循环液在冬季为防冻液，在低温下不结冰，不板结，具有较好的流动性与热交换率，在夏季为普通的自来水）。同时，利用水汽能运输系统中的内循环水泵将内循环液在水汽能热泵与水汽能利用系统中的室内设备之间来回循环。在冬季，低温防冻液在水汽能收集器中吸收空气中水汽的热量，温度升高；温度升高后的防冻液在外循环水泵的作用下进入水汽能热泵，水汽能热泵工作后将热量品质提升、温度提高，将热量传递给内循环液，内循环液在内循环水泵的作用下流入水汽能利用系统设备，从而将热量传递到最终室内用户。在夏季，内循环液在水汽能利用系统设备中将最终室内用户的热量提取出来，通过内循环水泵传递给水汽能热泵，水汽能热泵将这部分热量传递给外循环液，外循环液在外循环水泵的作用下进入水汽能收集器内，通过水汽能收集器将热量传递给空气，具体形式如下图。

图1 水汽能热泵工作原理图

图2  水汽能利用流程图

现阶段，水汽能热泵主要应用于建筑节能与能源应用领域，在占建筑能耗60%以上的暖通空调系统中，水汽能热泵能够完成冬季低温制热、夏季高温制冷、全年供应生活热水工作。通过水汽能收集器与水汽能热泵的高效联合运行，绝大部分地区（包括严寒地区、夏热冬冷地区）大部分时间段内（高温低湿时期以及低温高湿时期）都能够实现低成本、高效率地提供建筑用冷热源及生活热水源。通过采用水汽能热泵的暖通空调系统，能够将建筑能耗大大降低；同时由于其冬季制热效果突出，完全可以取代燃油及燃气锅炉进行冬季供热，故能够减少化石能源的消耗、减少燃烧化石能源过程中所排放的污染物，达到节能、环保的目的。根据现有利用水汽能热泵进行暖通空调供应的具体示范工程统计，水汽能热泵中央空调系统比常规中央空调系统节能50%以上，年减少碳排放70%以上，全球推广使用水汽能热泵率达到20%，则可以减少碳排放3.2亿吨。因此当水汽能热泵在城市可持续发展中具有不可替代的作用。

1、 技术原理：

一种能够在夏季“高温高湿”和冬季“低温高湿”以及冬季寒冷的气候条件下，利用水汽能提纯平台（热源塔），以小温差传热即时吸收存储在空气水蒸气中的水汽能作为热泵的冷(热)源，对热泵输入少量的高品位能，来实现低品位能量向高温位的转移，实现建筑物冷暖空调终端无锅炉、无排碳、无电辅和高能效的目的。

  2、技术内容：

①水汽能型热泵：采用闭式蒸发器、消噪汽雾分离器、无缝拼接防渗漏措施，使闭式水汽能在吸收空气中低温位能作为热泵热源时，运行稳定效率高，对环境无任何污染，没有传统冷却塔取热飘雾污染环境现象，对比传统空气源热泵制热减少了90%以上的结霜几率。 

②水汽能热泵机组：采用小温差蒸发器、小温差冷凝器、程流回油装置、宽工况膨胀装置、低热源经济器、热虹吸回油装置等应用于低温热源热泵，使其在标准工况检测条件下和低温实用工况测条件下，具有制冷工质蒸发温度高和冷凝温度低，压力差小、功耗低高效节能和良好的耐恶劣气候性能优势。

③溶液浓缩机：采用热泵加热器、膜浓缩器应用于稀释溶液浓缩机，可使开式水汽能稀释循环溶液浓缩达到环保排放标准。 

④高能存储仓：采用高导吸收器、热能储库用于高能存储仓，可将高导吸收器吸收的太阳能存储于热能储库，作为冬季寒冷气候的热泵热源。 
   采用基于湿蒸发的冷浓缩系统专利技术应用于防冻溶液浓缩，使稀释循环溶液浓缩成本降低80%、浓缩效果提高90%，降低溶液的腐蚀度以达到环保排放标准。
   比常规油汽锅炉或油汽直燃机供空调和生活热水方式节能60%以上。初期投资降低80%。                                

  3、主要技术参数及其与替代的技术对比，特别是能效指标对比。

  创新点：

1）、零下 20 度低温也能正常运用；

2）、省去附属设备问题。

3）、代替了锅炉，也无需打井，占地面积小。容易施工安装，检修；

4）、克服了地源热泵埋管。检修难，热不平衡的问题；

5）、取代燃气空调，不排放废弃和污染物。

（二）技术关键点和主要的创新点:

  水汽能热泵是以夏季高效存储太阳能原生源和冬季即时吸收太阳能次生源作为热泵低温位热源为主的技术优势。

技术优势和创新点：

  1、和太阳能对比：

  1）冬季太阳能低辐射量低，太阳能热泵需要大量的集热板面积才能保障系统正常运行，但水汽能热泵配套20%太阳能集热板就可以满足系统供热要求。大幅减少了占地面积，施工条件要求不高；

  2）太阳能集热器面积的创新。
5万平方米的宾馆，冬天中央空调制热需要5000KW的热量。如果用常规的太阳能光热源平板式集热器，在阳光充足的条件下，大约需要8000平方米的集热板。而采用太阳能湿热源集热器，只需要200个平方的面积，足可以保证5万平方米的宾馆制冷制热甚至供生活热水。
  3）太阳能储能介质的理论创新：常规的太阳能只能在有阳光的白天才能吸收应用。我们把这叫做太阳能光热源。空气中的水储存了太阳能，这是我们这个水汽能热泵产品的理论基础。空气中的水分子，充当了太阳能储能的介质。
  4）太阳能换热方式的创新：常规的太阳能集热方式，主要是应用热交换中的辐射换热。而我们的是应用了辐射、对流和传导三种方式。
  5）太阳能应用时间的创新：24小时全天候应用，白天、晚上、阴天雨天、下雪天都可以使用太阳能。突破了常规太阳能只能在有阳光的白天才能应用的限制。

  2、和地源热泵对比：

  1）减少60%以上的敷设容量。水汽能热泵配套少量的太阳能高能存储库就可以保障寒冷气候期的热源需求，达到地源热泵效果。

  2）避免了城市不能打井埋管的政策限制，施工安装检测方便；

  3、和空气源热泵中央空调对比:

  空气源热泵空调在室外温度4度左右，遇水汽会结冰，主机会停止工作。水汽能热泵在冬季低温高湿状态下供热不结霜，不需要辅助电加热，夏季为负压蒸发水冷却高能效比制冷机，冬季为高性能宽带无霜空气能热泵。具有性能稳定优势。

  4、和化石能源天燃气空调对比：

  1）水汽能热泵没有二氧化碳排放导致的温室效应和运行费用的增加。以北京地区供热和采用不同能源结构进行逐时的经济性比较分析（见表1），水汽能热泵具有明显的低碳优势。

北京地区供热100万千卡空调系统采用不同能源结构逐时的经济性  表1

  2）水汽能热泵 节能中央空调智慧系统是有效地利用太阳能可再生能源，在全球气候适宜地区达到50%的应用量取代化石能源燃煤和燃气空调，每年可为地球减少二氧化碳排放量20 亿吨以上，相当于每年增加植树造林面积1520 万公顷以上。

  5、对水源热泵的创新：
  1）低温型水源热泵。
  常规的水(地)源热泵，当室外水源在5度以下时，主机就差不多不工作了。而我们的水汽能热泵主机，室外温度在零下10度，也能照常工作。
  2）向空中打井。常规的水(地)源热泵大家知道，其冷热源是向地底下打井或者在地下埋管，换取地下土壤中的冷热源。我们的水汽能热泵产品，其冷热源来自于空气中的水。大家知道，空气中打井太容易了，换热的水汽能手机器一安装，井就打好了。

  6、基准情景。主要是所替代技术的应用模式及其能耗、二氧化碳排放、投资情况。

（三）评价指标

节能减碳能力（注明相关数据来源及测算过程，下同）。预计至2020年推广能形成的节能量、减碳量及相应的节能能力、减碳能力（建筑、交通等不适用节能量指标的行业主要参考节能率指标）。

1、和传统电制冷主机+燃气锅炉对比

传统的电制冷主机+燃气锅炉系统具有较强的系统稳定性能，制冷制热效果好，但是在冬季运行时，系统存在以下几点的弊端：

A、能源消耗高：在冬季制热时，系统运行需要耗费大量的燃气，造成能源的不合理利用，在国家提倡低碳能源的趋势下，锅炉等一系列耗能产品逐渐淘汰；

B、运行费用高：该系统冬季制热时，燃气消耗量大，现有市场燃气价格高，系统运行会给用户产生昂贵的燃气费用；

C、安全隐患：锅炉属于国家安全生产强制标准的设备，运行时存在燃气泄漏、锅炉爆炸等安全隐患，对用户的设备管理和使用提出了很高的要求；

2、水汽能热泵机组

  水汽能热泵技术在长江中下游以南地区得到广泛的运用，空调效果良好。由于受地理环境的影响，考虑到现代的环保理念建议用户不予考虑燃气空调；在这种情况下，我司推荐使用水汽能热泵技术，运行费用低，结构紧凑一机多用等因素获得广大用户的一致好评，成为长江中下游以南地区冬季采暖夏天制冷的的首选空调系统。

该系统有如下优点：

A、能源利用率高：水汽能热泵主机在运行时，能效比可以达到6.0以上，冬季制热时效果更佳；

B、免费的生活热水：系统制冷时，机组对制冷负荷进行热回收，产生免费的生活热水;

C、系统运行平稳，无燃气泄漏、锅炉爆炸等安全隐患，管理控制简单便捷;