寒冷地区空气源热泵全年热性能分析与评价

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热泵技术是一种节能、环保制热技术,是利用逆卡诺循环原理建立起来的,消耗极少的电能来吸收空气、水、土壤等低温热源中的低位热能,通过压缩机的压缩变为高位热能,传输至制冷剂或其它热媒介质,将能量提供给用户使用。热以其能耗低、效率高、速度快、安全环保、可源源不断地输出热能等优点而受到广泛的关注,并已经在商业建筑中获得较多的应用。空气源热泵是热泵的一种,其以自然界中可广泛获取的空气热能为低温热源,地域适应性好,节能效果明显,空气源热泵的大量推广及使用对减少二氧化碳排放和保护环境亦有重要的积极作用。但是空气源热泵系统在低温情况下性能低成为制约着空气源热泵在寒冷地区推广应用的关键问题,喷气增焓空气源热泵系统是这一问题较好的解决方案。  为了验证喷气增焓空气源热泵在寒冷地区的性能,在兰州地区建立一套喷气增焓空气源热泵制热系统,开展制热试验研究。研究结果表明:系统在兰州地区具有较好的供暖性能;单个供暖周期分为三个基本阶段,逆向循环除霜对水箱温度影响较大;环境温度为-3.73℃,进行地暖供热时将200L水从38℃加热到45℃耗时23.5min,系统平均COP为2.28;随着环境温度的升高,热泵 COP逐渐增大,环境温度为-9℃,水箱温度为41℃时,系统COP仍在2.0以上;空气源热泵供暖系统在寒冷条件下能稳定输出热能,室内温度保持在14~20℃,系统能够满足冬季供暖的需求;在环境温度为-12.9℃时,综合考虑水泵及风机耗功,系统 COP大于1.85,但供暖最低温度未达到Ⅱ级热舒适要求,设定较低供暖温度下限有利于系统节能;COP、地暖工作时间与环境温度密切相关。同时进行了空气源热泵制生活热水试验,均证明空气源热泵在兰州制热具有良好的节能效果。  同时为了验证空气源热泵在不同地域的节能性,本文另外选择了3个严寒城市以及2个寒冷城市,利用DeST软件模拟分析空气源热泵在以上地区供暖时的热负荷,计算制生活热水的热负荷,并利用COP经验关联式计算出供暖或制热时的平均COP,最终得到空气源热泵在以上六个城市的全年制热 COP,分析结果表明,在以上地区空气源热泵全年制热平均 COP为均大于2.50,其中兰州为3.02,呼和浩特为2.71,北京为3.08、哈尔滨为2.58、西安为3.23、西宁为3.01,由此可见空气源热泵在以上地区均具有良好的节能性。  最后,本文进行了制热系统的初投资和运行费用分析比较,得出空气源热泵系统的初投资46000元最高,但运行费用1974.05元在这三个方案中是最少的。另外,空气源热泵具有设备利用率高,无需建造专门的锅炉房以及储藏煤等燃料的场地;机组安装在室外,无需在室内留出专门的空间,节省了建筑面积;只是从空气中吸取或向空气中释放热量,无其它污染物,对环境影响小。高效、节能、环保将使空气源热泵系统得到更加广泛的应用,但与集中供暖+燃气热水器制热系统相比,空气源热泵制热系统7年就可以收回初投资,经济性好。  本课题的创新点在于:根据建立的喷气增焓空气源热泵制热系统试验结果,建立了热泵COP经验关联式,并验证了其误差在允许范围之内,可以无需实地试验而利用经验关联式就可对不同地域的空气源热泵性能进行评价。
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