空調(diào)冷熱源新產(chǎn)品技術(shù)簡(jiǎn)介及應(yīng)用案例

溫彩霞

上海國(guó)瑞環(huán)保科技股份有限公司

介紹了目前市場(chǎng)上除常規(guī)空調(diào)冷熱源及有實(shí)際應(yīng)用、具有一定代表性的節(jié)能型的空調(diào)冷熱源設(shè)備技術(shù)，并通過案例分析其實(shí)際應(yīng)用的節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性和可行性。

節(jié)能技術(shù)；節(jié)能產(chǎn)品；空調(diào)冷熱源；案例分析

目前建筑領(lǐng)域主要的暖通空調(diào)的冷熱源可分為兩種。一種是以電力驅(qū)動(dòng)為主的各種形式冷水機(jī)組、水/地源熱泵、風(fēng)冷熱泵（含VRV）等，另一種是以燃?xì)馊紵?qū)動(dòng)為主的各種形式的鍋爐和溴化鋰吸收式機(jī)組。

在以上海為代表的夏熱冬冷地區(qū)，一般大型建筑物（酒店、辦公樓、商業(yè)綜合體等）的空調(diào)系統(tǒng)以冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t為主要冷熱源形式，面積較小的建筑物多采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組或VRV空調(diào)系統(tǒng)。生活熱水熱源以鍋爐和熱泵熱水器為主要形式。

本文介紹幾種非典型性空調(diào)冷熱源系統(tǒng)，可作為目前空調(diào)冷熱源市場(chǎng)的補(bǔ)充，同時(shí)該空調(diào)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)空調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)煤消耗或運(yùn)行費(fèi)用可大幅降低，對(duì)節(jié)能減排要求較高的場(chǎng)合具有很好的適用性，對(duì)新建和改造項(xiàng)目也具有一定的示范性和實(shí)用性。

1 熱源塔熱泵系統(tǒng)

1.1 技術(shù)原理

熱源塔熱泵技術(shù)是通過熱源塔和熱泵機(jī)組聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)制冷、供暖及提供生活熱水的新型節(jié)能技術(shù)。冬天它利用冰點(diǎn)低于零度的載體介質(zhì)，高效提取低溫環(huán)境下的相對(duì)濕度較高的空氣中的低品位熱能，通過熱源塔熱泵機(jī)組輸入少量高品位能源，實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境下低溫?zé)崮芟蚋邷責(zé)崮艿膫鬟f，達(dá)到制熱目的；夏天由于熱源塔的特殊設(shè)計(jì)，起到高效冷卻塔的作用，將熱量排到大氣中實(shí)現(xiàn)制冷（見圖1）。

圖1 熱源塔熱泵系統(tǒng)形式

1.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

熱源塔熱泵系統(tǒng)以電能為驅(qū)動(dòng)能源，夏季制冷、冬季制熱，同時(shí)可回收冷凝器余熱制取生活熱水，一機(jī)三用，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

熱源塔熱泵空調(diào)系統(tǒng)適用于冬季室外計(jì)算干球溫度在2～-8℃的地區(qū)[1]，尤其適用于夏季炎熱、冬季氣象條件陰雨連綿、空氣濕度大的潮濕陰冷地區(qū)。因熱源塔在潮濕陰冷條件下無結(jié)霜困擾，可穩(wěn)定高效提取冰點(diǎn)以下的空氣中的低品位熱能，相對(duì)比風(fēng)冷熱泵換熱性能穩(wěn)定，整個(gè)冬季機(jī)組的平均能效比在3.5以上。夏季運(yùn)行時(shí)，結(jié)構(gòu)形式及原理完全等同于水冷式冷水機(jī)組，滿足建筑物供冷需求。

熱源塔熱泵系統(tǒng)可取代原冷水機(jī)組加鍋爐的傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)形式，節(jié)省占地面積，初期投資低，性價(jià)比高，可滿足夏熱冬冷地區(qū)的空調(diào)冷熱源的要求。尤其對(duì)酒店、醫(yī)院常年有熱水需求的場(chǎng)合，大大提高空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行和維保費(fèi)用。

1.3 案例簡(jiǎn)介

案例1

上海市政府機(jī)關(guān)辦公樓——上海市政大廈，面積約74 000m2。原空調(diào)冷熱源形式為直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組。2013年由國(guó)瑞環(huán)保公司進(jìn)行節(jié)能改造，采用3臺(tái)熱源塔熱泵系統(tǒng)替代原溴化鋰機(jī)組。該系統(tǒng)于2014年改造完成并投入運(yùn)行至今，節(jié)能率超過30%，基本達(dá)到了原方案設(shè)計(jì)的要求。

案例2

上海金門飯店是位于南京路上具有意大利建筑風(fēng)格的四星級(jí)酒店，建筑面積14 000m2，客房180間，生活熱水需求量每天約80 t。原空調(diào)冷熱源是比較典型的燃?xì)忮仩t加冷水機(jī)組形式。2013年進(jìn)行空調(diào)熱水系統(tǒng)改造，拆除原冷水機(jī)組和鍋爐，采用2臺(tái)帶全熱回收功能的熱源塔熱泵機(jī)組進(jìn)行替代，年節(jié)能率超過25%。熱源塔機(jī)組放置在原冷水機(jī)組機(jī)房?jī)?nèi)，騰空鍋爐房，并通過鍋爐房和員工宿舍的置換，新增15間標(biāo)準(zhǔn)客房，直接可為酒店增加150萬元/年的經(jīng)濟(jì)收益。

2 磁懸浮離心式制冷機(jī)組

2.1 技術(shù)原理

磁懸浮技術(shù)是利用磁場(chǎng)力使物體沿著一個(gè)軸或幾個(gè)軸保持一定位置的技術(shù)措施。集電磁學(xué)、電子技術(shù)、控制工程、信號(hào)處理、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)為一體的典型的機(jī)電一體化高新技術(shù)。

磁懸浮制冷機(jī)即是一種采用磁懸浮技術(shù)使旋轉(zhuǎn)軸懸浮于軸承之中的離心式制冷機(jī)組。數(shù)控磁軸承系統(tǒng)，使壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件（動(dòng)子轉(zhuǎn)軸和葉輪）懸浮在磁襯上無摩擦的運(yùn)動(dòng)，磁軸承上的定位傳感器則為電機(jī)轉(zhuǎn)子提供高達(dá)600萬次/min的實(shí)時(shí)重新定位，以確保精確定位和可靠，確保軸與軸承不接觸。磁懸浮軸承和傳感器的位置見圖2。它的無接觸、無摩擦、使用壽命長(zhǎng)、不用潤(rùn)滑以及高精度等特殊的優(yōu)點(diǎn)引起世界各國(guó)科學(xué)界的特別關(guān)注。

圖2 磁懸浮軸承和傳感器示意圖

目前，從全球市場(chǎng)占有率看，磁懸浮壓縮機(jī)占比約10%，其中歐洲59%，美國(guó)36%，澳大利亞76%，拉丁美洲、中國(guó)、東南亞市場(chǎng)占有率相對(duì)較低，中國(guó)只有1～2%。隨著磁懸浮制冷機(jī)技術(shù)的成熟以及國(guó)產(chǎn)化，據(jù)相關(guān)估計(jì)，未來國(guó)內(nèi)市場(chǎng)磁懸浮機(jī)組占比將超過20%[2]。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

利用磁懸浮技術(shù)的制冷機(jī)組具有如下幾大優(yōu)勢(shì)

（1）零摩擦、無油運(yùn)行、日常維護(hù)簡(jiǎn)單

由于潤(rùn)滑油與制冷劑有限互溶，制冷劑中不可避免地會(huì)攜帶少量潤(rùn)滑油，由于它的不凝性以及較大的粘度，會(huì)造成換熱效率的下降。根據(jù)ASHRAE Research Study 601，絕大多數(shù)冷水機(jī)組均含過多的潤(rùn)滑油，且制冷系統(tǒng)內(nèi)含油量越高，系統(tǒng)效率下降幅度越大，若制冷系統(tǒng)內(nèi)含4%油，系統(tǒng)效率會(huì)下降9%。而磁懸浮冷水機(jī)組制冷系統(tǒng)中沒有一滴潤(rùn)滑油，因此不存在由潤(rùn)滑油引起的制冷效率衰減。

磁懸浮壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸因磁力而懸浮、與軸承無接觸，沒有機(jī)械摩擦，大大降低了壓縮機(jī)的機(jī)械損失。

磁懸浮機(jī)組毋需潤(rùn)滑油，避免油膜覆蓋在換熱管上導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降，保證產(chǎn)品在整個(gè)使用壽命周期具有可持續(xù)的優(yōu)越性能。實(shí)現(xiàn)無油潤(rùn)滑可提高機(jī)組能效15%以上[2]。

機(jī)組完全無油，毋需油路系統(tǒng)、油泵等零部件，可靠性更高，并可大大減少維護(hù)保養(yǎng)工作量。

（2）運(yùn)轉(zhuǎn)低噪音、精確控制水溫

制冷機(jī)完全無摩擦運(yùn)行，運(yùn)行噪音低于70 dB(A)，結(jié)構(gòu)震動(dòng)接近于零，無需昂貴的減震部件。機(jī)組可進(jìn)行10（min 2%）～100%負(fù)荷連續(xù)調(diào)節(jié)，溫度控制精度±0.1℃。

（3）啟動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)無沖擊

由于采用磁懸浮技術(shù)，開機(jī)時(shí)只需要2 A的電流就能使轉(zhuǎn)軸懸浮，啟動(dòng)扭矩小，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的沖擊最小。不需要軟啟動(dòng)器，節(jié)省配電費(fèi)用。

（4）智能放喘振、運(yùn)行范圍寬

壓縮機(jī)控制模塊中提供了壓縮機(jī)安全運(yùn)行的控制曲線，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，見圖3，經(jīng)計(jì)算判斷，能及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，確保壓縮機(jī)始終在安全區(qū)域運(yùn)行。

圖3 壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)示意圖

控制邏輯根據(jù)機(jī)組水溫情況和冷凝器液面位置進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算對(duì)比，經(jīng)控制模塊判斷，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)和電子膨脹閥，機(jī)組的負(fù)荷控制可達(dá)到最大程度的“隨時(shí)調(diào)節(jié)”，實(shí)現(xiàn)機(jī)組最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；出水溫度可調(diào)節(jié)在在3～20℃，單冷型冷卻水進(jìn)水可達(dá)40℃以上，產(chǎn)品適用任何水冷工況，可替換同冷量的螺桿機(jī)和離心機(jī)組。磁懸浮和螺桿機(jī)的運(yùn)行范圍對(duì)比如圖4所示。

圖4 單冷型磁懸浮機(jī)組運(yùn)行范圍

（5）IPLV值高、運(yùn)行費(fèi)用低

系統(tǒng)通過電子膨脹閥進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，可精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷媒循環(huán)量，在運(yùn)行穩(wěn)定情況下，降低冷凝器液面位置，提高制冷量。依據(jù)國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)GB19577-2004，產(chǎn)品制冷能效值均達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。IPLV值可達(dá)到10以上，有效降低空調(diào)的實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用。

2.3 案例簡(jiǎn)介

案例1

上海君欣時(shí)代廣場(chǎng)商業(yè)部分原設(shè)計(jì)空調(diào)主機(jī)為6臺(tái)制冷量為1 044 kW的風(fēng)冷熱泵機(jī)組。因考慮商場(chǎng)的冷負(fù)荷遠(yuǎn)大于熱負(fù)荷需求，按冷負(fù)荷選配風(fēng)冷熱泵冬季有近50%機(jī)組閑置，而風(fēng)冷機(jī)組的夏季制冷COP只有三點(diǎn)幾，且溫度越高，輸出冷量越小。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)取消了2臺(tái)風(fēng)冷熱泵，增加了同冷量的2臺(tái)磁懸浮冷水機(jī)組。在不增加整體費(fèi)用基礎(chǔ)上，年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用50萬元，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤103 t。

案例2

南京某酒店酒店建筑面積為28 000m2，建于1997年，2014年5月對(duì)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造，選用2臺(tái)300USRT磁懸浮離心式冷水機(jī)組替代原冷水機(jī)組，取得較好效果（見表1）。

據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，整個(gè)空調(diào)季節(jié)，主機(jī)運(yùn)行費(fèi)改造后較改造前節(jié)省48.9%。

3 燃?xì)饪諝庠次帐綗岜脵C(jī)組

3.1 技術(shù)原理

燃?xì)鉄岜脵C(jī)組，簡(jiǎn)稱GHP機(jī)組，采用清潔能源天然氣為驅(qū)動(dòng)能源，以MR717為制冷劑，水作為吸收劑，通過翅片式換熱器從空氣中提取低品位熱能，達(dá)到1.8倍的高效制熱功能，是一種高效的能源綜合利用系統(tǒng)。

3.2 燃?xì)鉄岜锰攸c(diǎn)

（1）節(jié)能、減排、環(huán)保

吸收式熱泵機(jī)組從空氣中吸取一部分熱量，把輸入的熱能轉(zhuǎn)化為1.8倍的熱能，實(shí)現(xiàn)高效供熱；燃?xì)鉄岜脵C(jī)組采用一次清潔能源天然氣，無PM2.5排放，有效防治霧霾天氣；熱泵機(jī)組采用氨水工質(zhì)，不破壞臭氧層，保護(hù)人類生存環(huán)境。

（2）全天候穩(wěn)定運(yùn)行

機(jī)組適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，可在環(huán)境溫度-20℃到43℃內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，水溫可從5℃到55℃范圍內(nèi)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，最高出水溫度可達(dá)55℃。

表1 改造前后主機(jī)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表

（3）按需要安裝，能量無級(jí)調(diào)節(jié)

機(jī)組模塊化設(shè)計(jì)，因地制宜，選擇集中式安裝或分布式安裝; 機(jī)組擴(kuò)容方便，既保證了先期入住業(yè)主的采暖需求又節(jié)省了初投資費(fèi)用，降低了運(yùn)行成本；單臺(tái)熱量輸出自20kW～50kW無級(jí)調(diào)節(jié)，滿足不同負(fù)荷的要求。

3.3 燃?xì)鉄岜锰娲仩t節(jié)能系統(tǒng)

（1）和一般燃?xì)忮仩t相比，使用燃?xì)鉄岜每晒?jié)約天然氣能源50%以上，見表2。

表2 燃?xì)鉄岜煤腿細(xì)忮仩t等對(duì)比分析表

（2）燃?xì)鉄岜煤吞娲渌Ｒ?guī)熱源比較分析見表3。

表3 燃?xì)鉄岜煤统Ｒ?guī)熱源對(duì)比分析表

表4 各項(xiàng)參數(shù)匯總

3.4 案例簡(jiǎn)介

石家莊某小區(qū)采暖系統(tǒng)，總建筑面積：117 962.3 m2，其中地上采暖建筑面積：107 416.1 m2；實(shí)際供暖面積約：80 000 m2；總熱負(fù)荷：3 867 kW；采暖熱媒溫度：45/35℃熱水。各項(xiàng)參數(shù)匯總見表4，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用匯總見表5。

表5 燃?xì)鉄岜眠\(yùn)行費(fèi)用匯總

4 相變儲(chǔ)能技術(shù)

4.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

相變材料是一類在其本身發(fā)生相變的過程中，可以吸收環(huán)境的熱（冷）量，并在需要時(shí)向環(huán)境放出熱（冷）量，從而達(dá)到控制周圍環(huán)境溫度要求的材料[3]。

相變儲(chǔ)能技術(shù)通過相變材料在相變過程中吸收或放出大量熱量以達(dá)到能量存儲(chǔ)和釋放，是一種緩解能量需求雙方在時(shí)間、地點(diǎn)及強(qiáng)度上不匹配的有效方式。該技術(shù)在太陽能的利用、電力的移峰填谷、廢熱和余熱的回收利用等方面具有廣泛的應(yīng)用背景。

在建筑節(jié)能領(lǐng)域，相變儲(chǔ)能技術(shù)可充分利用夜間谷電，將電能轉(zhuǎn)化成熱能存儲(chǔ)在相變材料中，在白天或其它需要供熱的時(shí)間段內(nèi)，將熱量釋放出來，不僅利用峰谷電價(jià)差，有很好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)移峰填谷及實(shí)行“煤改電”、“電能替代工程”地區(qū)具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 案例簡(jiǎn)介

天津某休閑購(gòu)物中心，建筑面積8萬m2，因?qū)痈咻^高，原市政供暖按13萬m2進(jìn)行固定收費(fèi)，每年采暖總費(fèi)用為520萬元。2014年采用啟能相變蓄熱材料（熱庫）進(jìn)行采暖系統(tǒng)改造，夜間采用谷電利用電鍋爐對(duì)蓄熱材料充熱，在其它時(shí)間段釋放儲(chǔ)存的熱能進(jìn)行供暖。改造完成后，當(dāng)年采暖季的采暖費(fèi)用（2014～2015）實(shí)際只有190萬元電費(fèi)（谷電電價(jià)0.46元/kWh），實(shí)際采暖費(fèi)用為14.6元/m2,較原來的市政供暖節(jié)約費(fèi)用64%。費(fèi)用對(duì)比見圖5。

5 結(jié)語

本文介紹了幾種新型的空調(diào)冷熱源產(chǎn)品技術(shù)和相應(yīng)案例。表6為新型冷熱源和傳統(tǒng)冷熱源的各項(xiàng)對(duì)比分析表。這些產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)多年的研發(fā)和應(yīng)用，具有一定的實(shí)用性和節(jié)能性。隨著科技進(jìn)步和市場(chǎng)的實(shí)踐檢驗(yàn)，其產(chǎn)品的各方面性能將逐步完善和提高，必將給空調(diào)冷熱源市場(chǎng)帶來更多的活力，豐富暖通空調(diào)設(shè)計(jì)單位和各使用單位的選擇空間。

圖5 熱庫采暖費(fèi)用與市政采暖費(fèi)用對(duì)比

[1]CECS362:2014熱源塔熱泵系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，中國(guó)計(jì)劃出版社

[2]磁懸浮離心機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書，2015年11月

[3]《相變材料與相變儲(chǔ)能技術(shù)》作 者:張仁遠(yuǎn) 等 著叢 書 名:現(xiàn)代材料科學(xué)叢書出版

New Product Technology Introduction and Application Case Study of Air Conditioning Cold and Heat Source

Wen Caixia
Shanghai Guorui Environmental Protection Technology Co., Ltd

The article introduces certain representative and practical application energy saving air conditioning cold and heat source facility technology except traditional air conditioning cold and heat source in the market. The author analyzes it’s practical energy saving effect and economic benefit and feasibility through case study.

Energy Conservation Technology, Energy Conservation Products, Air Conditioning Cold and Heat Source, Case Study

表6 新型冷熱源與傳統(tǒng)冷熱源各項(xiàng)對(duì)比

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.03.009