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产业报告2021丨供热技术路线的经济适用性评价:一、供热技术经济适用性评价之空气源热泵供热

发布者:CHIC | 日期:2021-12-27 | 来源:CHIC | 阅读:768

第四篇 供热技术路线的经济适用性评价

一、供热技术经济适用性评价

3.不同供热方式评价

(4)空气源热泵供热

技术原理。空气源热泵是目前世界上最先进、能效比最高的制热设备之一,它根据逆卡诺循环原理,采用电能驱动,通过传热工质把空气中无法被利用的低品位热能有效吸收,并将吸收回来的热能提升至可用的高品位热能并释放到水中的设备。在不同的工况下空气源热泵每消耗1千瓦电能就从低温热源中吸收2~6千瓦的免费热量,节能效果非常显著。

空气能热泵热水器压缩机把低温低压气态冷媒转换成高压高温气态,压缩机压缩功能转化的热量为Q1,高温高压的气态冷媒与水进行热交换,高压的冷媒在常温下被冷却、冷凝为液态。这过程中,冷媒放出热量用来加热水,使水升温变成热水。水吸收的热量为Q3,高压液态冷媒通过膨胀阀减压,压力下降,回到比外界低的温度,具有吸热蒸发的能力。低温低压的液态冷媒经过蒸发器(空气热交换器)吸收空气中的热量自身蒸发,由液态变为气态,冷媒从空气中吸收的热为Q2。吸收了热量的冷媒变成低温低压气体,再由压缩机吸入进行压缩,如此往复循环,不断地从空气中吸热,而在水侧换热器放热,制取热水。这个循环过程由空气能热泵(主机)机组来完成。空气能热泵作为高效集热并转移热量的系统装置,可以把压缩机所消耗的电力变为五倍范围内的热能(即Q1+Q2=Q3的道理)。

空气源热泵工作过程:低温低压的液体→通过蒸发器吸收空气中的热量(气化)→制冷剂变成低温低压的气体→通过压缩机做功压缩→变成高温高压气体→经过换热器跟水交换热量→变成低温高压的液体→经过节流装置节流→变成低温低压的液体→进入蒸发器重复循环该过程(如图4-10)。

图4-10 空气源热泵原理示意图

空气源热泵主要由四个关键部件组成:压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀。

压缩机(也有人称为“蒸气泵”)是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械装置,是制热系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制热循环提供动力,从而实现压缩→冷凝(放热)→膨胀→蒸发(吸热)的制热循环。

冷凝器为制热系统的机件,属于换热器的一种,能把气体或蒸气转变成液体,用管子中的热量以很快的方式把水加热。气体通过一根长长的管子(通常盘成螺线管),让热量散发到四周的水中,铜之类的金属导热性能强,常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加热传导性能优异的散热片,加大散热面积,以加速散热。冷凝器工作过程是个放热的过程,所以冷凝器温度都是较高的。

蒸发器是制热四大件中很重要的一个部件,经过压缩、液化,低温的制冷剂通过蒸发器,与外界的空气进行热交换,“气”化吸热,降低周围空气的温度,以达到吸收空气中能量的目的。

膨胀阀(节流阀)是在制热系统中通过改变节流截面或节流长度,达到控制制冷剂流量的装置,一般安装于蒸发器和储液筒之间。膨胀阀(节流阀)使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽,然后制冷剂在蒸发器中吸收外界空气中的热量。膨胀阀(节流阀)通过蒸发器末端的过热度变化来控制阀门流量,防止蒸发器面积利用不足和敲缸现象的发生。

技术特点。一是环保、省电,因为空气源热泵不使用燃气,便不会产生废气,从而不会对臭氧层进行破坏。二是高效除湿、方便舒适,每天24小时最大除湿量在6~8千克,梅雨及阴雨天气效果更加明显,尤其适合潮湿的南方天气。全年候不管阴晴雨雪,全天候24小时不间断连续自动提供热水,比一般太阳能热水器还要方便。三是安全,空气源热泵不利用燃气,所以完全可以排除一氧化碳中毒的安全隐患。也不会用电加热棒加热,排除漏电的可能性。所以更加安全。四是实现系统运行自动化;自动运行,无须值守,自带温控装置和保温层,可自动补水、加热、断电,可24小时提供热水。用户在任何天气条件下,在任何时候都可享用热水。五是成本低,维护费用低,节能效果突出,投资回报期短。

技术经济性。空气源经济性影响的主要因素是能源价格比值(即油价、天然气价格和电价之间的比值)和负荷分布的情况。能源价格比值是决定空气源经济性的主导因素,负荷分布式是辅助因素。采用东芝、三菱、谷轮等企业的热泵专用压缩机,配合大面积的蒸发器翅片换热器,热转化效率可以高达300%甚至400%。由于制热效率明显高于电地暖和燃气锅炉,所以空气能热泵耗电很少,为100 平方米的住宅提供120天的供暖服务,住宅每平米所消耗的电能为33.6度,民用电价也按照0.5元/度计算,空气能热泵一个采暖季的供暖费用约为1680元,即16.8元/平方米。而同样的采暖面积和采暖周期,使用电地暖约需要花费8400元,使用天然气采暖约需要6100元。相比之下,空气源热泵具有明显的经济优势。

发展现状。空气源热泵在户式风机的加入下,整体销量实现快速攀升,但2018年由于家用热水产品的下滑,致使销售额整体出现首次滑落。空气源热泵全年总销售额约170.6亿元。同比下滑7.85%。细分产品方面,热水市场中,虽然家用热水零售市场大幅滑落,但整体家用热水在房产配套拉动下只呈小幅下滑;商用热水产品却同样遭遇瓶颈。采暖市场中,户式煤改电惨遭滑铁卢,零售渠道表现优异,但整体采暖产品在户式风机与工程采暖的积极拉动下仍呈现较大程度滑落。工农业烘干产品因受到政策的推进,市场表现相对比较理想。2016—2018年空气源热泵供热产业和采暖国内市场规模对比如图4-11和图4-12。

图4-11 2016—2018年空气源热泵供热产业市场规模(亿元)

图4-12 2016—2018年空气源热泵采暖国内市场规模对比(亿元)

适用范围。住房和城乡建设部科技发展与促进中心2015年11月发布的《空气热能纳入可再生能源范畴的指导手册》对空气源热泵热水和供暖应用的节能潜力估算,空气源热泵热水器在夏热冬冷气候区、寒冷气候区、夏热冬暖及温和气候区节能潜力攻击1620万吨标准煤/年。空气源热泵供暖的北方及长江中下游地区的节能潜力共计4097万吨标准煤/年。空气源热泵应用范围广泛,不仅用于家用和商用生活热水,现在也开始与地暖、散热器等末端相结合大量用于北方地区的建筑供暖。在工农业生产的烘干、工业供热领域也出现大量的应用。





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