空气源热泵空调的主要应用场景有哪些?
房间空调
新国标 GB 21455— 2019《房间空气调节器能效限定值及能效等级》于2020年7月1日正式实施,加快了高效节能空调的推广和产品结构调整。提升房间空调器能效的主要措施包括采用变频调速、优化冷凝器与蒸发器的强化换热和流道、提高压缩机效率、优化设计电子膨胀阀和家用空调器结构参数以及系统参数等。
此外,研究人员还提出了一系列新技术:空调热回收技术,包括空调冷凝热回收加热水;空 调蓄热技术,主要对电网削峰平谷,达到节能的目的;新材料研发技术,如采用亲水膜铝箔材料强化换热以及新型制冷剂等;高效压缩机,如采用变容量调节压缩机等。
房间空调附加功能的应用提升了用户的舒适度和使用体验,为空调器差异化发展提供了充分的空间。
汽车空调
汽车空调系统主要由制冷系统、取暖系统、配气系统和控制电路组成,如下图所示。
汽车空调打开时,空调压缩机的运转会导致发 动机对外输出功率提高,发动机单位时间内或单位里程内的燃油消耗量也随之增加。
目前,大多数电动 汽车均采用空调制冷和热泵式空调或热敏电阻(PTC)制热的方式控制车内环境,空调系统消耗的能源在整车能源消耗中的占比约为33%;同时,在满负荷运转的情况下,制热时电动汽车续航里程会降低近 50%:因此,节能是新能源电动汽车空调的研究重点。
多联机空调
多联机空调俗称“一拖多”,是指一台室外机连接 2 台及以上室内机,通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量,实时满足室内冷、热负荷要求的高效率制冷剂空调系统,常用于数据机房、商业中心、医院等功能性场所。
其优点为:冷(热)量直接由制冷剂输送,不需要风管或水管系统,减少了输送耗能及载冷剂输送中的能量损失;冷(热)量随负荷调节,节能效果显著,能效比相对较高。
其缺点为:回油比较复杂;制冷剂管道安装要求高,管路较长,制冷剂灌装量大。
目前,从多联机控制技术的进展来看:系统优化控制、发展应用多联机实现电力调峰、发展 基于大数据的系统舒适性和节能控制以及系统故障诊断技术将是开发方向,多联机将进一步与大数据技术交叉、融合,实现控制技术的创新,提升全工况性能,推动多联机向高效节能、高舒适性、多功能和智能化方向发展。
空调节能技术主要包括建筑环境、系统设计和智能控制3方面,具体措施见下表。
农林牧渔
空气源热泵空调因高效、环保、节能和紧凑等特点在很多行业得到应用,如农林牧渔业、采矿业、 制造业、住宿和餐饮业、建筑业、交通运输业等,其中普通家用制取生活热水、建筑采暖、烘干等方面的技术相对较成熟。农林牧渔业对温度的稳定性要求较高,如苗/种 初期培育和温室栽培需一年四季调整温度,水养殖则需要稳定的水温,其供热温度为10∼35 ℃(热泵技术在温室中的应 用),空气源热泵空调均能满足需求。
煤矿供热
煤矿供热主要有建筑采暖热负荷、井筒防冻热 负荷和生活热水,而井筒防冻热负荷占一半以上,主要供热介质有热水、蒸汽、热风和导热油。采用空气源热泵空调供暖时,用于建筑采暖的热水温度一般低于60 ℃,井筒防冻供水温度高于50 ℃,严寒 地区则高于75 ℃,双级压缩的低温空气源热泵热水 器(准二级压缩循环热泵)能够满足低温工况下制 热量大的需求。
制造烘干
制造业的烘干技术要求干化过程耗能低、效率高且安全。物料对温度较敏感且不同物料的烘干温度不同,因此需要对温度进行精准控制。相较于传统烘干技术,空气源热泵烘干使用模块化设计,温度调整范围大且精度高、效率高、安全性更好,能够达到物料的烘干要求,有广泛的应用。
建筑
建筑的热量需求主要是热水和暖气,小型建筑 使用普通家用空调热泵系统可满足住户供热采暖 需求。大型建筑如写字楼、商场、教学楼等使用中央热泵式空调系统,系统体积庞大、管路复杂,需要 与建筑结构、电气等配合,但具有经济节能、管理方便等优势。针对位置偏远、无市政热源和天然气的 区域,空气源热泵空调能够有效解决热水和供暖问题。
交通运输
空气源热泵空调在水上运输的应用同样有巨大潜力。船舶正常航行时机舱温度一般在40 ℃以上,空气源热泵空调吸取船舱热量,可同时实现降低船舱温度和制取生活热水。
热泵还可成为海水淡化的加热器,是船舶海水淡化的发展方向之一。目前,空气源热泵空调在船舶的应用有限,主要原因是:机舱空间相对封 闭,空气不易流通;热泵效率不高,结构需要更加紧凑;出水温度低,无法满足油类的余热需求。
住宿与餐饮
住宿和餐饮业对热水的需求量较大且用水时段较集中,空气源热泵空调可错开用水集中时间或 在用水需求少的谷电时间段蓄热水,显著提高经济性。
由下表可见,在制备同等体积和温升热水的情况下,空气源热泵空调运行费用约为电热水锅炉的19. 6%,约为燃气锅炉的 27. 4%。
卫生和社会工作
杀菌消毒是卫生和社会工作的重要方面,采用空气源热泵空调产生蒸汽的过程控制能力强、运行 经济性好、投资回收期短,能够应对突发性杀菌场合。
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