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技术新旧大比拼:电磁热泵VS传统型热泵

 

随着经济的发展及人民生活水平的提高,人们对生活热水需求量迅猛增长。但是,由于大气环保加大了执法力度,燃煤锅炉房纷纷面临改造,又由于燃油、燃气甚至直接用电产生热水的成本过高,且非“可持续发展”的长久之计,因此,近年来以太阳能为供热源的热水器产业发展速度递增。然而,由于我国太阳能资源分布有着地区上的较大差异,南方大部分地区全年的晴天率不足50%,这就意味着在满负荷利用太阳热水器的情况下,相当一部分热是来自电或燃气,所以,利用太阳能来生产热水仍然具有一定的局限性。与之相比,热泵作为一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热,经过电力做功,输出能用的高品位热能的设备,其技术已成为全世界备受关注的新能源技术。如今我国主要利用三种热泵技术,分别是空气源热泵,水源热泵,以及地源热泵。此外,新出现的电磁热泵采暖技术也大有与传统热泵技术一较高低之势。对于各种热泵技术的优劣评价以及改进方法,请看以下具体分析。

  空气源热泵技术

    空气源(风冷)热泵目前的产品主要是家用热泵空调器、商用单元式热泵空调机组和热泵冷热水机组。热泵空调器已占到家用空调器销量的40-50%,年产量为400余万台。热泵冷热水机组自90年代初开始,在夏热冬冷地区得到了广泛应用,据不完全统计,该地区部分城市中央空调冷热源采用热泵冷热水机组的已占到20-30%,而且应用范围继续扩大并有向此移动的趋势。

    目前设计选用的风冷热泵冷热水机组,常根据计算得到的冷热负荷,考虑同时使用系数及冷(热)量损耗系数后,按机组铭牌标定值选择机组台数。由于空气源热泵机组的产冷(热)量随室外参数的改变而变化,这种选择方法可能造成机组选得过大,造成浪费;或者选得过小,使供冷(热)量不足,达不到使用要求。为此建议采用空调的逐时冷热负荷和热泵机组的供热供冷能力的逐时变化曲线对照选择,会得到比较满意的结果。

    此外,空气源热泵冬季供热运行时,最大的一个问题就是当室外气温较低时,室外侧换热器翅片表面会结霜,这便需要采取一定的除霜措施。然而目前常用的一些方法,或多或少都存在一些问题,如发生多余的除霜动作,或需要除霜时而不发出信号等弊病存在。专家认为:采用自调整模糊除霜控制的思路及系统的基本结构。确定室内外大气温度、相对湿度之差及翅片温度的变化率等作为输入论域,经对输入量的模糊化和模糊推理方法,在高位机上实现模糊除霜控制的仿真,采用这种方法除霜经与实验数据对比,判别结果与实际情况较吻合。这种方法与常规除霜方法相比,不仅延长了制热工作时间,减少了除霜次数和除霜损失,而且使机组工作性能和可靠性得到了提高。

  水源热泵技术

    虽然目前空气源热泵机组在我国有着相当广泛的应用,但它存在着热泵供热量随着室外气温的降低而减少和结霜问题,而水源热泵克服了以上不足,而且运行可靠性又高,近年来国内应用有逐渐扩大的趋势。

    一般情况下,水源热泵从16℃的井水中提取热,经电力压缩机对循环的工质做工,可以达到输出热水温度52℃,而其输出热量与输入电功率之比为3.51,比直接用电采暖节省电力72%。这种热水可以利用风机盘管向房间供暖。夏季,又可利用同一装置制冷,做到一机多用,即节省初投资,又节省运行费。在有条件提供地下水源的情况下,是一种理想的节能系统装置。

    但在大部分城市地区,由于受到水源开采的限制,实际推广工程中难度很大。针对水源热泵的设计及应用过程中须注意的问题,清华大学建筑技术科学系某知名学者指出:首先必须探明是否有适合的水源供给,同时应考虑水源的温度、水量是否满足要求。另外,甲方能够承担的开采利用成本也必须进行技术经济比较。对于开式水源热泵系统,水质要求则更高。 除此之外,还需要考虑当地水文、地质、气象条件以及工程措施的影响,如:1)全国不同气候带、不同区域的水源热泵技术适用性问题研究。包括在不同气候带、不同地区和不同建筑类型的条件下,水源热泵的投资经济性比较。2)对现有水源的探测开采技术的提高和成本的降低问题。3)地表蓄水体的传热过程分析,地下水的传热流动过程分析。4)取水构筑物对于邻近建筑的影响,包括地面沉降问题,单井对建筑基础的影响。5)深井回灌式水源热泵的回灌问题。在水源热泵的设备方面,也要充分考虑温差(取水和回灌水之间温差)与流量的合理利用,以及对于住宅水源热泵系统的外网运行费用分担问题。

  地源热泵技术

    地下土壤中蕴藏着丰富的温度资源,夏季地下土壤的温度低于地上空间的温度,冬季地下土壤的温度高于地上空间的温度。地温热泵技术就是利用这种季节性温度差,通过专门装置在夏季将地下土壤的低温资源转换到地上空间制冷,在冬季将地下土壤的高温资源转换到地上空间供热。其实从本质上来说,地源热泵也是空调,同样会衰减:冬天,它从地下吸取热量来供热。但用上十年,这种装置会比其他大多数的系统都更有效地供热。如果把一定的能源放进一个熔炉,制热时,所收回的或许会远远小于所放入的能源。但如果把该部分能源放进一个热泵,将收回三倍的效力。这是因为热泵不需要使用能源来造热;取而代之的是,它是转移已经存在的热量。

    究其特点分析,地源热泵系统可实现对建筑物的供热和制冷,还可供生活热水,一机多用。一套系统可以代替原来的锅炉加制冷机的两套装置或系统。系统紧凑,省去了锅炉房和冷却塔,节省建筑空间,也有利于建筑的美观。地源热泵系统的另一个显著的特点是大大提高了一次能源的利用率,因此具有高效节能的优点。地源热泵比传统空调系统运行效率要高约40-60%。另外,地源温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,整个系统的维护费用也较锅炉-制冷机系统大大减少,保证了系统的高效性和经济性。

    迄今为止,制约地源热泵系统在我国应用的障碍主要是在地下埋管的初投资较高,以及政府、建筑设计人员和公众对这一技术缺乏了解。地源热泵空调系统的经济性取决于多种因素。不同地区,不同地质条件,不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。根据国外的经验,由于地源热泵运行费用低,增加的初投资可在3-7年内收回,地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。
 
    新技术探悉:电磁热泵技术

    电磁供暖设备是在电磁热泵的基础,经过进一步的研究精制而成。电磁热泵是在电磁泵基础上发展制造出来的。该泵机改变了传统电机的套筒式结构及传统泵的设计原理,电机转子为平面圆环状,并与泵的叶轮结合成一体,实现了泵机无轴传动,安全静密封,永不泄露,彻底解决了百年来机械传动、泵轴泄露的世界难题。电磁泵采用片式平面定子线圈绕组,通电后形成平面旋转磁场,该旋转磁场通过平面气隙,在转子中形成感生电磁场,此电磁场与定子旋转磁场相互作用,迫使转子旋转。使用这样的电机加工生产出来的电磁供暖设备,不但彻底根除了煤、油、气各式锅炉燃烧所带来的环境污染,替代了各式锅炉房,有利环保,省去了中间繁杂的运输煤、油、气等原材料,并且热转换率高,创造热效率100%,机泵综合效率大于130%。据了解,电磁热泵除了适用于分户独立采暖外,还可为燃煤、油气各式锅炉配套用水泵,为各种空调机组、风机配套水泵,特别是为工业尤其可以广泛用于石油化工领域。

    综观以上四种技术分析,不同类型的热泵虽然都有各自的优劣,但凭借我国的能源政策和环境保护政策、巨大的建筑市场、工业余热的资源很丰富等有利因素,相信热泵技术总体上会在建筑业与工业中的应用将会越来越普及,尤其是不受地理位置限制的电磁热泵发展前景将十分乐观。