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CO₂空气源热泵热水器未来5年内发展

时间: 2018-06-22 11:31  来源: 中国空气能网   作者: dxm   点击:  

  目前,我国传统供暖热源主要有燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉和热泵系统等,其中以燃煤锅炉系统为主。根据统计,我国北方燃煤锅炉供暖每年消耗标煤近1.9亿t,这也成为我国北方地区冬季雾霾的重要成因之一。
 
  空气源热泵是实施清洁供暖的重要途径之一,而普通空气源热泵虽然能效较高,但受传统工质物理特性限制,在寒冷地区及严寒地区几乎无法推广应用。而以CO₂为工质的空气源热泵具有出水温度高,对寒冷地区室外温度适应能力强等特点,在大温差条件下具有较高的制热系数,例如在零下20℃下热系数可达到1.6以上,特别适合寒冷地区及严寒地区供暖和取暖热水供应。该技术的推广我国为北方地区清洁供暖提供新的解决方案。
 
  CO₂空气源热泵以CO₂为工质,替代传统空气源热泵中的氟利昂工质,出水温度可达70℃以上,可以满足传统散热器的需求,因此不需要对老旧小区管道和楼宇内部系统进行改造。同时,采用一系列关键性技术,解决了CO₂热泵大温差供水与供暖系统要求供水温度高、供回水温差小的矛盾,并有效解决了冬季蒸发器结霜带来的效率降低问题,为CO₂热泵在寒冷地区及严寒地区的推广提供了保障。

  CO₂的特点
 
  CO₂在地球上是取之不尽用之不竭的自然物质,早在二十世纪初就已使用在工业与渔业的冷冻系统中,冷媒代号为R-744。
 
  CO₂具有高容积比的体积冷冻能力特性,与HCFC-22相比较高出约5倍,因此在系统的尺寸上可大幅缩小。
 
  由于CO₂具有较小的表面张力与液态黏滞度,而较小的表面张力促成气泡的形成,因此产生较高的热传系数;另外,较小的液态黏滞度将使CO₂在管道中的压力降较小。
 
  其他特点:
 
  不破坏臭氧层,对臭氧层的破坏系数(ODP)为0。
 
  全球暖化潜势(GWP)为1,GWP是传统的空调/热泵用冷媒的1/1700。
 
  不可燃、不会爆炸,无毒且不会分解出刺激性物质。
 
  对人体健康与居住环境无短、中、长期之害处,故不需回收或再处理。
 
  CO₂热泵热水器
 
  热泵热水器为供给家用热水、空调暖气、加热进入室内的冬季寒冷外气、锅炉供水预热或其他制程,是相当具有效率与经济效益的方法。
 
  热泵热水器的优点包含减少加热所需之天然气与燃料用量以及减少冷凝器散热至外界的热污染,其应用对象包括:
 
  中温热水(40~70℃)需求大、冷气需求小(或不需要)的场所,如冬季供暖;
 
  锅炉用户(补给水预热可节能);
 
  住宅、宿舍有淋浴设施的运动场所;
 
  医院、旅馆和温泉区有热水与再加热的需求场所。
 
  温带至寒带国家由于日常生活热水需求量大,以日本为例,家用热水的能源消耗占家庭能源支出的30%,且大多是采用热水锅炉。
 
  高纬度国家对于臭氧层破坏、全球暖化等议题特别重视,因此诸如欧洲、日本等较先进的开发国家便极力发展CO₂热泵热水器。如德国普及率达90%以上,日本普及率达60%以上。
  
  CO₂热泵工艺流程
 
  低温低压的 CO₂气体进入压缩机,经压缩机压缩后达到超临界状态;在超临界状态下高温CO₂在气体冷却器中与外部介质换热;冷却后的高压CO₂进入中间换热器与从蒸发器出来的低温低压的CO₂进行换热;经过中间换热器进一步冷却后的高压CO₂直接进入膨胀装置节流至低温低压状态,随后进入到蒸发器;在蒸发器内CO₂制冷剂吸收外部介质热量后,以两相或过热状态进入储液回油器;饱和或者过热状态的CO₂制冷剂经中间换热器换热后达到过热状态,并连同润滑油一起进入压缩机,如此完成一个循环。
 
  简易示意图如下:


 
 
  所以CO₂热泵能做到在-25℃极寒冷环境下正常运行,并且能供70℃的热水,非常符合北方严寒地区的供暖需求。
 
  以北方寒冷地区供暖为例:
 
  用CO2空气源热泵进行冬季釆暖,当环境温度在-15℃时,能耗比COP为2.8,比用电节能55%,整个采暖季平均COP为3~4,节能在60%以上。
 
  以每万平方米民宅建筑面积计算,使用CO2空气源热泵进行冬季釆暖一个取暖季可节约电47.7万kW·h,节约煤235吨,减少烟尘排放量64吨。
 
  2018年1月31日国家发改委发布第3号公告将二氧化碳CO2空气源热泵列入《国家重点节能低碳技术推广目录(2017年本,节能部分)》经过申请可享受国家补贴。



 
 
  推广前景及节能减排潜力
 
  我国存量和新增供暖需求十分巨大,仅新增部分每年增加近 4 亿平米。随着我国推进北方地区清洁供暖工作力度加大,CO₂热泵供热机组将迎来全新的发展机遇。
 
  预计未来5年,该技术在行业内的推广比例将达到10%以上,项目总投入约50亿元以上,可形成的年节能能力约58万tce(吨标准煤),年碳减排潜力136万tCO₂。

(责任编辑:dxm)
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