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1、谢 峤同方人工环境有限公司2008年4月9日,低环境温度空气源热泵（冷水）机组技术、产品、标准、应用,目 录,一、低温热泵技术与产品二、标准涉及的主要问题三、应用典型案例,1、相关背景日本空气源热泵发展现状与水平日本是当今世界上特别注重发展空气源热泵技术与产品的国家，应用之广泛，技术水平均属世界领先。对于普通空气源热泵，其技术路线：变频、多联、高效，07年度日本热泵展上，三菱公司推出一款高能效机组，其EER达到4.3，热力完善度高达70%。,一、低温热泵技术与产品,一、低温热泵技术与产品,对于低温空气源热泵，其技术路线：双级压机与高效，07年度日本热泵展上，大金公司推出一款-20工况下，COP
2、高达2.5的新产品。空气源热泵产品工程华应用不乏其例：空气+冷却塔+水源热泵主机的综合工程系统大型螺杆式分体空气源热泵家用CO2热泵热水器年销售量已超过420万台，系统综合能效比3.0。,一、低温热泵技术与产品,同方空气源热泵发展历程产品研发同方专注于空气源热泵产品研发生产与推广应用已有十五年历史，在业界已具有相当的影响，国内市场占有多年名列前茅。93年开始研发第一代“V”型模块式热泵（普通型）【有与无】95年完成第二代“V”型模块式热泵【可靠性与能效】98年开始研发第一代“U”型模块式热泵（中低温型）【有与无】99年推出了户式空气源热泵产品,一、低温热泵技术与产品,2000年完成第二代“U”
3、型模块式热泵【可靠性与能效】2002年开始研发第一代“S”型低温空气源热泵【有与无】2004年完成第二代“S”型低温空气源热泵【可靠性】2006年完成第三代“S”型低温空气源热泵【能效】2006年开始研发第一代“L”型低温空气源热泵与户式低温空气源热泵【有与无】2008年计划完成第二代“L”型与户式低温空气源热泵【可靠性与能效】,一、低温热泵技术与产品,实验条件建设94年建设一套简易的空气源热泵实验装置。99年建设（600万）一套60kW以下，通过第三方认证的空气源热泵实验检测室。2003年建设（1200万）一套500kW，通过第三方认证的专用于低温空气源热泵产品实验研究与检测实验中心。,一、
4、低温热泵技术与产品,标准建设98年编制“U”型热泵机组企业标准。2002年编制低温空气源热泵机组企业标准。2006年申请主持编制低温空气源热泵（冷水）机组国家标准。,一、低温热泵技术与产品,技术积累空气源热泵相关专利共计23项，其中发明专利6项，美国发明专利1项。形成了具有中国特色自主知识产权的“四项关键技术”补气增焓技术四区四维霜控技术过冷抑冰增效技术热力系统优化匹配设计技术,一、低温热泵技术与产品,2、中国发展低温空气源热泵的基本要求环保“代煤供暖”，以供暖为主要目的，制冷为辅。节能在低温条件下，其制热COP应有起码要求。低成本中国属于发展中国家，消费水平有限，导致COP合理设计取值范围，
5、暂时不能走日本路线。可靠供暖为“国计民生”大事，供冷却不是。,一、低温热泵技术与产品,3、低温空气源热泵存在的技术难题低温高效或者冷、热双高效问题霜冰控制问题可靠运行问题,一、低温热泵技术与产品,4、以同方为代表的中国特色技术路线奢华的高技术在中国的民用市场是卖不出来钱的，只有低成本的高技术才能通行中国，这就是当前的中国特色。同方从93年开始，经过15年专注的创新研发，在现有压机技术水平基础之上，积累了具有中国特色并拥有完全自主知识产权的空气源热泵，尤其是低温空气源热泵系统高效、可靠与低成本制造系列关键技术。,一、低温热泵技术与产品,补气增焓技术（中国、美国发明专利）提高低温制热量及COP，改
6、变热泵性能随环温下降而快速下降的特性。提高可靠性，拓展压机压比应用范围。在高温制冷工况下，同样能提高制冷量及EER值，同时也能提高该工况下的可靠性。热力系统成本增加不超过10%。,一、低温热泵技术与产品,四区四维霜控技术（自主独有技术）全天候条件下准确判霜（冰）情况。及时、准确进入与退出除霜运行，除霜耗时（耗能）比传统方式节省近50%，对IPLV（H）提升3%以上。误判与误操作率为零。这是世界目前能见到的较完善与先进的霜控技术，得到业内人士与用户的首肯。,一、低温热泵技术与产品,过冷抑冰增效技术（中国发明专利）完全解决风换底部结冰问题。增加了热力循环过冷度，提升COP值2%以上。热力系统成本增
7、加不到2%。,一、低温热泵技术与产品,热力系统优化匹配设计技术（自主独有技术与专利技术）制热制冷均衡双高效。多元综合精准节流，降低无效过热度，提升COP值3%以上。综合油控措施，确保压机富油运行，提升机组可靠性。热力系统成本增加不到3%。,一、低温热泵技术与产品,同方“S”型低温机组系统原理图环境温度：-12，COP2.45应用范围：-25以上地区,一、低温热泵技术与产品,同方“L”型低温机组系统原理图环境温度：-12，COP2.40应用范围：-25以上地区,一、低温热泵技术与产品,5、同方低温空气源热泵推广应用情况从94年起，截止到07年底，同方各类空气源热泵的市场保有量已超过8万台，服务的
8、建筑面积4000万m2应用时间最长已超过14年。其中低温空气源热泵的市场保有量已超过2000台，服务面积400万m2，应用时间最长的超过5年。在寒冷地区冬季平均运行费用不超过25元/m2，与当前燃气供暖费用相当，与燃煤锅炉比，其平均节能率达到30%。,一、低温热泵技术与产品,6、中国低温空气源热泵发展方向在严寒地区发展COP2.0以上低成本超低温空气源热泵有巨大的环保价值。配合中国江氏理论推广实践应用，高温冷水与低温热水空气源热泵即将迎来曙光。低成本的高效换热技术仍是业界热切期待的。环保高效新工质已是热门课题。针对性开发适应于大压比高效压机，已是市场多年的呼唤。,二、低温热泵国标有关问题,1、
9、为什么要起草编制该国家标准？“代煤供暖”是党和政府建设环境友好型国家的重大举措之一，低温空气源热泵将成为首选方案。制冷行业内众多企业已开始研发推广应用该类产品。众多用户证明其实际运行情况良好（节能、环保、效果、费用），市场需求剧增。现行标准（GB/T 18430.1/2）完全不适应该类产品。（制冷为主，7 制热名义工况，-7 可靠性考核工况）无论是从落实党和政府大政方针，规范行业行为，引领行业技术进步，还是确保用户供暖安全、可靠与实惠，均需要一项该类产品的国家标准。,二、低温热泵国标有关问题,2、该标准编制的指导思想是什么？【六项原则】充分考虑中国国情与中国气候环境。【低成本可实现性】认真落实
10、党和政府的节能政策。【确保能效水平】以制热为主导，辅助考核制冷。【国计民生大计】引领行业技术进步，同时兼顾行业发展水平。【综合平衡与和谐发展】充分尊重暖通设计工程规范，方便暖通设计工程师设计选型。【客户是上帝】产品可靠性确保。【用户供暖的安全性】,二、低温热泵国标有关问题,3、标准讨论稿中主要参数是如何确定的？（1）名义制热工况室外环境条件：考察寒冷地区典型城市的标准年气象参数分布，研究温度分布小时数分布，找出不保证率为5%的最低干球温度及对应的湿球温度。,二、低温热泵国标有关问题,我国热工分区：,二、低温热泵国标有关问题,根据E+：CSWD气象数据绘制,各城市气象数据的来源为DeST能耗分析
11、典型年的气象数据,干球温度：,二、低温热泵国标有关问题,名义制热工况室外环境空气干球温度的确定：根据以上对寒冷地区主要城市的干球温度数据统计结果，综合低温热泵在大部分寒冷地区城市使用安全性与经济性考虑，确定低温热泵的额定制热工况室外干球温度为-12。,二、低温热泵国标有关问题,以北京市气象数据为例，根据DeST气象数据绘制,湿球温度：,二、低温热泵国标有关问题,名义制热工况室外环境空气湿球温度的确定：由以上统计可以看出，多数北方主要城市在冬季供暖室外额定温度在取为-12的情况下，由统计数据、标准惯例以及安全性考虑上，将额定湿球温度可取为-13.5。这时空气的相对湿度为47.65%，露点温度为-
12、19.95。结论：名义工况干/湿球温度取为-12/-13.5,二、低温热泵国标有关问题,（2）名义制热工况用户侧供回水温度条件：制热供回水温度主要根据压缩机工作范围、供暖方式确定。供暖方式考虑地板采暖和风机盘管供暖两种型式。,二、低温热泵国标有关问题,采取地板采暖供热方式时，热泵供回水温度取值：以地板采暖为应用末端确定热泵额定供回水温度考虑因素：舒适性，经济性影响因素：室内负荷，辐射地板具体形式计算参考文献北京市地方标准地面辐射供暖技术规程（JGJ142-2004）李元哲等.在寒冷地区稳步推广中的空气源热泵地板空调采暖.供热制冷,2003(2):3034.综合以上文献中的方法，作适当改进,计算
13、方法确定室温和单位面积地板散热量，以此计算地板表面温度；根据地板结构和材料，计算地板的总热阻；根据管道铺设方式（埋管管径、壁厚、导热系数、管间距），计算管道与地板之间的传热热阻；计算供回水平均温度；根据供回水温差，确定供回水温度；,二、低温热泵国标有关问题,地板采暖型式所需供回水温度条件：根据工程实际情况，冬夏季热泵的供水泵不变，因此认为其流量恒定。根据典型房间计算结果：按照夏季712供回水温度设计冬季的供回水温差减小为3计算结果：确定地板采暖供回水平均温度为39.5。地板采暖供/回水温度为 41/38。,二、低温热泵国标有关问题,风机盘管末端供回水温度研究：研究目的验证地板采暖的41供水温度
14、能否满足风机盘管末端冬季的供暖需要研究方法选取典型房间，计算冬夏负荷和相关空调参数按夏季设计工况进行风机盘管选型验证冬季风机盘管的供暖能力（K值）是否满足冬季供暖需要,二、低温热泵国标有关问题,典型房间选择：北京某写字楼中间层一北向房间北向不利冬季采暖房间参数南北长5m，东西宽4m，层高3.3m除北外墙，其余五面与外界无传热 北墙传热系数0.8W/m2K，窗体传热系数2.5W/m2K，窗墙比50%室内2人办公，2台计算机，1部饮水机，照明功率密度11W/m2，新风量20m3/人h不设专门的新风管，新风由门窗渗透入室内,二、低温热泵国标有关问题,计算结果：根据上述计算方法，以本文所选取的典型房间
15、为例，冬季环境温度-12，相对湿度45%的情况下，供水温度40.8时，可实现送风温度33.9，即可满足室内21.5 的要求。结论：无论采用地板辐射供暖方式，实施采用风机盘管送风方式，供回水温度38/41，均可以满足空调设计要求。,二、低温热泵国标有关问题,二、低温热泵国标有关问题,（3）名义制热工况COP的合理取值影响因素：机组的热力循环方式/目前行业技术水平/制冷部件发展水平/中国经济发展水平合理取值的重要性：取值过高，机组成本大大增加 取值过低，不利于节能，不能引领行业技术进步 COP的取值原则：理论循环取值 技术经济性分析同类产品调研,理论计算名义工况冷凝器进/出口水温，38/41 室外
16、干球温度，-12，湿球温度-13.5 理论计算参数冷凝温度 tk41546 蒸发温度 t0-12-（514）-17-26 无过冷过热压缩机效率 0.60.8,二、低温热泵国标有关问题,二、低温热泵国标有关问题,制热COP随蒸发温度和压缩机效率变化幅度较大理论值仅供参考框定之用,理论计算结果,二、低温热泵国标有关问题,技术经济性分析热泵采暖与常用采暖方式比对燃煤/燃气锅炉集中供热燃气锅炉户式供热电采暖对比指标一次能源利用率发电效率及输电损失燃煤火力发电效率 33燃气火力发电效率 55输电损失5,二、低温热泵国标有关问题,电采暖最不可取COP2.07，热泵采暖优于燃煤采暖COP1.72，热泵采暖优
17、于燃气采暖这里的COP对应于-12的室外温度，若着眼于整个采暖季，热泵采暖综合能效比更高；,一次能源利用率对比分析,二、低温热泵国标有关问题,结论：根据目前行业平均水平，确定低环温空气源热泵机组名义制热工况的COP合理取值应为2.32.5。,二、低温热泵国标有关问题,（4）制热综合部分负荷性能系数IPLV(H)的计算与对应工况 综合参照ARI550/590与GB50189-2005的IPLV(C)推导方法进行计算。,二、低温热泵国标有关问题,IPLV(H)确定方法：在冬季采暖期，室内外温差大，热流基本都是从建筑向室外的单向流动。因此，冬季采用稳态计算的BIN方法。按照我国的计算习惯，采用2 的
18、温频间隔；建筑负荷率认为与外温呈线性规律变化。规定外温为-12时为热泵的满负荷点；根据已有研究成果注，认为在外温为13时为采暖的0负荷点。注：石文星，颜承初，赵伟单元式空气调节机APF性能评价相关问题研究冷冻空调标准与检测 2006年6月 总第38期：4-33,二、低温热泵国标有关问题,室外温度和建筑负荷率的对应关系：,二、低温热泵国标有关问题,以北京为例：运行模式：热泵在整个供暖季均运行的情况。按照BIN方法，以2间隔划分出北京市整个供暖季的室外温度频率分布图。（-12频段包含所有低于-11的小时数；12频段不包含高于13的小时数）,北京市供暖季室外温度频率图（小时数）,二、低温热泵国标有关
19、问题,二、低温热泵国标有关问题,北京市供暖季室外温频-负荷图（小时数）,二、低温热泵国标有关问题,频段划分方式：（兼顾考核工况）,则：A=8.3%B=40.3%C=38.5%D=12.9%25%工况：7 50%工况：075%工况：-6,其他寒冷地区IPLV系数：,二、低温热泵国标有关问题,结论：IPLV(H)=8.3%A+40.3%B+38.6%C+12.9%D 其中：A、B、C、D分别为100%、75%、50%、25%部分负荷工况点的性能系数COP。,部分负荷工况：根据IPLV(H)确定过程中划分的部分负荷对应的干球温度点，按照气象参数分布，统计其对应的平均湿球温度，作为部分负荷点的湿球温度
20、值；用户侧供回水温度条件的确定根据工程实际情况，保证回水温度为38，流量不变即可。,二、低温热泵国标有关问题,部分负荷工况：,二、低温热泵国标有关问题,三、典型应用案例,1、项目背景及特点项目名称：密云某部培训中心中央空调改造工程项目概况：总图 各建筑面积与功能表,三、典型应用案例,总 图,三、典型应用案例,项目特点：根据本项目所处地理位置环境及规划特点，造成了本项目具有如下几个特点：无城市热网，无天然气，无城市热水，本项目唯一能源供给方式就是电。单个建筑物体量较小，布置分散，散落不齐。生活用水由地下打井抽水供给，井深230米日供水量160t，只能满足日常生活用水需求。项目所在地为山丘，地形山
21、峡，地下为岩石，建筑依山布置，高差不齐，建筑周边无大平地能供利用。,三、典型应用案例,业主需求：作为一个培训中心，且希望建设成一个环境优异，功能齐全三星级档次的绿色生态项目。对冷暖卫生热水系统，要求取消燃煤锅炉和水暖系统。采用基于电能的新型供给方式。采用分散式能源供给方式。建议方案：对于空调系统，建议采用“L”型低温空气源热泵机组方案。对于卫生热水，建议采用太阳能与低温热泵热水器结合方式。,三、典型应用案例,2、当地气象条件与设计计算参数密云县累计30年平均月度室外干球温度表(),说明：根据理论分析与实践经验。月平均温度在1222，建筑物内即无冷负荷，也无热负荷。此期间内无需供冷供热，属于过渡
22、季节。当月平均温度22时，进入制冷期。因此，我们可知密云县夏季供冷时间约为三个月，即92天。冬季供暖为5个月，即151天。设计计算干球温度中带号者，为设计规范规定的负荷计算参数。,三、典型应用案例,3、负荷估算与主机系统设计选配方案“L”型低温空气源热泵参数表,三、典型应用案例,负荷估算表,三、典型应用案例,主机系统设计选配方案,三、典型应用案例,4、末端建议方案最佳方案：底板埋管供暖+风机盘管供冷项目选择方案：供暖与供冷共用风机盘管系统,三、典型应用案例,4、能耗分析与对比情况能耗分析,三、典型应用案例,低温空气源与燃煤(天燃气)锅炉的煤耗(天然气)比较根据中国目前的发电技术水平情况，每发一度电耗标准煤为.29kg,考虑输送线损10%，则到用户侧每度电耗标准煤为0.32kg.根据中国目前的发电技术水平情况，每发一度电耗标天然气为.186m3,考虑输送线损10%，则到用户侧每度电耗标气为0.21m3.这样我们与煤锅炉和燃气锅炉做对比：,三、典型应用案例,6、运行与设计对比,谢谢大家！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,谢谢！,
