《科技创新与品牌》杂志社创新成果

建筑空调节能新技术——地源热泵技术

        能源消耗、节能环保,一直是人们讨论的热门话题。在中国的能源消耗中,建筑耗能的比例相当高。随着可持续发展和人们环保意识的提高,环保和节能已成为建筑空调发展首要研究的问题


板式地源热泵机组板式地源热泵机组


        地源热泵技术 >>

        世界和中国能源利用结构正在改变,从直接燃煤、燃油取暖过渡到使用天然气及电等清洁能源。但是,天然气、石油和煤都是不可再生能源。电取暖虽然清洁,但能效比不高。从可持续发展的角度看,利用可再生能源及提高能源利用效率是降低建筑能耗的根本途径。热泵技术便是国际能源机构近年来大力推广的运用在建筑空调制冷制热系统中的一项技术。
        热泵技术的使用可以采取多种冷热源的方式,比如地源、原生污水源等。
        地源热泵技术是利用地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低温低位热能资源,并采用热泵原理,通过少量的高位电能输入,实现低位热能向高位热能转移的一种技术。地源热泵机组工作的原理就是:在夏季将建筑物中的热量转移到水源中,由于水源温度低,所以可以高效地带走热量;在冬季则从水源中提取热量,通过热泵原理提升热量能级后送到建筑物中。一般来说,每消耗一份电能量,地源热泵可得到四倍以上的热量或冷量。
地源热泵机组可利用水温冬季为1~22℃,水体温度比环境空气温度高,所以热泵循环的蒸发温度提高,能效比也提高。而夏季水体温度为18~35℃,水体温度比环境温度低,所以制冷的冷凝温度降低,使得冷却效果好于风冷式或冷却塔式,机组效率提高,可节约30%~40%的供热制冷空调的运行费用。
        地源热泵部分使用电能,电能本身也是一种清洁能源,所以地源热泵机组工作时没有燃烧过程而不会造成污染;对封闭循环的地下水利用,只能提取能量,也不会造成地下水污染。设计良好的地源热泵机组的电力消耗,与空气源热泵相比,节能30%以上;与电供暖相比,节能70%以上。地源热泵机组的运行没有任何污染,可以建造在任何场所,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。
                               
        创新带来节能新技术 >>

        大连葆光节能空调设备厂是大连市高新技术产业,始终以技术优势为核心竞争力,专心于该技术的应用及推广,是国内最早从事水源热泵生产和应用的企业之一。其研发的地源热泵技术能从地下水、城市污水、工业废水、海水中提取热能和冷能。冬天采暖,夏天制冷。工程造价低于传统供暖锅炉和中央空调。目前,葆光地源热泵已向全国十多个省市,200多万平方米的住宅小区、办公楼、宾馆等建筑物供冷/供热/供生活热水。公司得到国家环保总局、大连市政府的认可和支持。
        在寻找热泵技术的“源”上,污水以其水量充足且稳定、热容量大,地理位置分布合理成为了热泵系统中不可多得的优良冷热源。但是,城市原生污水由于物理、化学、生物成分复杂,因此长期以来令人望而生畏,存在许多技术难题,不是一下子就能够解决的。 葆光公司近期研发成功的城市原生污水源热泵系统及装置,实现了从原生污水中开发宝藏,为保护环境和节约能源开辟了一条“绿色”希望之路。该技术已经申请了国家专利,具有完全独立的知识产权。
        要利用原生污水作为热泵空调系统的冷热源,必须解决原生污水中污杂物对换热设备的堵塞问题和换热器内污垢防治与强化换热技术。其实原生污水源技术之所以复杂,一是由于污水成分复杂,物理杂质、化学溶质、微生物,有机的、无机的,有毒的、无毒的,大的、小的、微小的……什么都有,这就增加了纯理论分析的难度。二是由于学科交叉,这些技术难题的解决,必然涉及到传热学、多相流体力学、化学、材料学、腐蚀学、环境科学、微生物学、测量学等等。
        在对原生污水源热泵空调系统的应用进行初步了解后,葆光公司根据原生污水水质性质,研发出了全自动污水除污机。这个设备主要功能是过滤、除污连续进行,可以将污水中的污杂物有效地过滤掉,并且可以将过滤后的污杂物利用换热后的污水输送回污水干渠,不会造成污杂物的积存;建造污水沉淀池,解决了由于过滤造成的二次污染问题。可以说,全自动污水除污机的成功研发,使处于城市中心地带的建筑物利用热泵机组进行采暖和制冷成为可能。
        由于污水中的含油污物较多,城市原生污水经“粗效”处理后,仍含有大量微尺度污物,污水换热器的运行还有不确定、不稳定因素,包括随机引入的纤维状污物在换热管内挂壁、粘泥在管内贴附及微生物在管内生长等问题。这些因素不仅增加流动阻力,还会降低传热效果。因此,微尺度污物对流动与换热的影响也是系统设计必须考虑的问题。
        对抗软垢污染问题,国外在污水源热泵系统研究应用初期就有相应的措施。对淋水式系统,利用高压水冲洗换热面,去除软垢,清洗周期为3~5天,每年化学清洗1~2次。日本的壳管式系统中,利用传热自动清洗管解决软垢污染问题,是靠管内浮球来回流动,清刷壁面实现的。这两种工艺措施很典型,是根据各自不同的污水热泵系统水源工艺采取的较合理的可行方法。前者是间歇性、人工性的,后者是连续性、机械性的,两者工艺形式截然相反,但基本都是在软垢形成后进行除垢的。
        针对这些问题,大连葆光在引进国外防污技术的基础上,根据国内原生污水的水质实际情况进行了大量的实验,最终设计出了适合污水热能利用的自清洗污水换热器。由于解决了污水软垢热阻的问题,换热器的传热系数得到提高,降低了换热面积,提高了换热效率,降低了换热器的投资。


壳管式地源热泵机组壳管式地源热泵机组


              
        荣誉是鼓励也是动力 >>

        在2006年11月23日的全国工商联房地产商会2006年年度会上,大连葆光节能空调设备厂设计的“利用水源热泵技术回收电厂余热向住宅供热、供冷、供生活热水的系统” 获得2006年全国住宅新技术类金奖 ——“精瑞住宅科学技术奖”。这对于大连葆光既是鼓励也是继续进行科技创新,以及推动国家环保节能事业的动力。
        大连葆光运用该技术为大连某总建筑面积142.8万平方米的小区设计了可行性方案,开辟了热泵技术应用的新领域,回收了电厂燃料燃烧产生的50%以上的热量,为我国特别是电力行业发展循环经济开辟了新模式。 该项目向建筑供热,回收利用了电厂排掉的冷却水余热,使废水中的资源得到再利用,形成循环经济;大幅度减少甚至消除电厂循环冷却水对环境的热污染,比热电联供节能34%,比集中燃煤锅炉房供暖节能56%。经过该技术,回收一座装机容量为140万千瓦的电厂循环冷却水余热,每个供暖期减少向环境中排放热量3.64×1012大卡,相当于节约52万吨标准煤;减少向大气排放二氧化碳约119.6万吨,减少排放二氧化硫1.67万吨,减少排放悬浮物0.34万吨,另外减少了大量的氮氧化合物。电厂供热形成新的科学运营模式:发电+热泵供热、热电联产+热泵供热这两种新的运营方式。在消耗同等的不可再生燃料情况下,使电厂增效20%以上。 
        我国在“十一五”期间将落实科学发展观,大力发展循环经济。建设绿色节能建筑,推广水源热泵技术。国务院明确要求把发电行业节能做为工业节能的重点来抓。目前大连几家电厂均对葆光公司该项目表示支持并愿意以其电厂为试点向全国推广,相信该技术前景广阔。《辽宁生态省建设规划纲要(草案)》中提出,从2006年开始算,到2025年为止的20年间需要构建生态经济、资源支撑、环境安全、自然生态、生态人居和生态文化6大体系,开展绿色创建、生态保护、生态产业、综合整治、环境建设5大重点工程。作为可再生资源利用的地源热泵技术在沈阳、大连等许多城市已经明确地列入城市发展规划中。