能源塔熱泵技術(shù)現(xiàn)狀及其應(yīng)用分析

禹翔天+袁信國(guó)

摘 要：熱泵作為供熱的主要設(shè)備之一，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，本文主要從能源塔熱泵系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀、運(yùn)行原理及發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討研究。

關(guān)鍵詞：能源塔；熱泵；溶液濃縮裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.056

1 能源塔熱泵技術(shù)現(xiàn)狀

在采暖季，利用低于冰點(diǎn)的載體介質(zhì)提取低空氣中的熱能以及小溫差傳熱技術(shù)以提高熱泵制熱性能系數(shù)，通過(guò)往能源塔熱泵機(jī)組輸入少量高品位的能源，實(shí)現(xiàn)將熱能從低溫位向高溫位的轉(zhuǎn)換。在制冷季，能源塔的特殊結(jié)構(gòu)將熱量排到大氣以起到高效制冷的效果。因此，能源塔熱泵技術(shù)在冬季為源熱泵，在夏季則為制冷機(jī)[1]。

2 能源塔熱泵技術(shù)運(yùn)行原理

能源塔熱泵系統(tǒng)的構(gòu)件主要有能源塔、溶液濃縮裝置、低熱源熱泵裝置、閥件等。其運(yùn)行模式按氣候主要為采暖季運(yùn)行方式與制冷季運(yùn)行方式。如圖1所示，在采暖季，實(shí)心箭頭指的是在進(jìn)行熱交換時(shí)溶液的流動(dòng)方向，空心箭頭則代表用戶水的流動(dòng)方向。用戶水散熱后流至熱泵裝置的冷凝器，吸收制冷劑的熱量后變成冷液體，穿過(guò)絕熱節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行吸熱。防凍液體流經(jīng)能源塔后在熱泵中蒸發(fā)散熱，在管翅式換熱器中吸熱，其中空氣中的顯熱和潛熱補(bǔ)充其不足的熱能。在能源塔內(nèi)，防凍液主要采取兩種換熱的形式：一是在采暖季，開(kāi)啟能源塔風(fēng)機(jī)讓室外熱氣穿過(guò)翅片式換熱器，使換熱器盤管中的防凍液體接收熱量；二是在制冷季，將風(fēng)機(jī)與鹽溶液噴淋泵同時(shí)開(kāi)啟，使盤管外鹽溶液保持流動(dòng)以避免盤管外側(cè)結(jié)霜，而防凍液與空氣換熱充分。由于盤管外表面的鹽溶液流動(dòng)時(shí)通過(guò)吸收空氣中的水汽而被稀釋，所以還要再濃縮以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。而制冷季的運(yùn)行模式則與采暖季的換熱方式完全相反，通過(guò)轉(zhuǎn)換四通換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

能源塔的前身叫冷卻塔，冷卻塔當(dāng)時(shí)是用于散熱，在冬季卻無(wú)法吸熱，為了使其在夏季散熱、冬季吸熱，將冷卻塔改造后改叫作能源塔。20世紀(jì)80年代，日本首次在建筑領(lǐng)域應(yīng)用能源塔技術(shù)，改叫作加熱塔。接著通過(guò)對(duì)加熱塔技術(shù)進(jìn)行一系列改造，并在區(qū)域水環(huán)熱泵系統(tǒng)中成功應(yīng)用。Prueitt與Elliott于1995年發(fā)明一種通過(guò)塔頂散發(fā)的帶靜電荷水霧吸收空氣中細(xì)微顆粒狀污染物的對(duì)流塔，其中氣溶膠固體污染物溶于其中，以消除掉二氧化硫，臭氧，煤煙等污染物。Fisenko等人于2004年通過(guò)數(shù)學(xué)模型研究冷卻塔傳熱與傳質(zhì)特性，得出冷卻塔的換熱效率主要取決于塔內(nèi)小液滴的半徑大小。

能源塔熱泵技術(shù)十分適用于我國(guó)南方地區(qū)夏熱冬冷氣候。在2005年，湖南省首次應(yīng)用第一代能源塔熱泵技術(shù)于湘西州某酒店。2008年到2009年，劉秋克通過(guò)對(duì)熱源塔熱泵技術(shù)在我國(guó)南方的適用性的研究，并結(jié)合湖南地區(qū)的工程實(shí)例進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，得出能源塔熱泵技術(shù)十分適用于我國(guó)南方地區(qū)。[2]文先太、梁彩華等經(jīng)過(guò)分析能源塔熱泵在不同工況下的換熱性能，建立了叉流式能源塔裝置。張晨、楊洪海等結(jié)合閉式能源塔的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)值模擬成功推算出塔內(nèi)的熱交換效率公式，證明閉式能源塔熱質(zhì)交換的高效性。2010年到2011年，佘明威研究了能源塔內(nèi)的填料與熱泵機(jī)組不凍液配方，構(gòu)造能源塔工況冬季里的熱質(zhì)交換模型。熊盎然通過(guò)研究能源塔內(nèi)部換熱器的傳熱傳質(zhì)特性，計(jì)算得出閉式能源塔機(jī)組的能耗與制熱系數(shù)[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)，目前能源塔熱泵技術(shù)尚處于探索階段，應(yīng)當(dāng)加快設(shè)計(jì)研發(fā)的速度，加大設(shè)計(jì)研究的力度，并逐步建立示范工程和實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)，提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行性能。全面深入研究與探討系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制以及部件匹配，使之產(chǎn)業(yè)化，讓能源塔熱泵技術(shù)在我國(guó)真正走向商業(yè)化發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]佘明威.能源塔的研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2011：64.

[2]劉秋克，王武英.熱源塔熱泵低熱能再生技術(shù)在我國(guó)南方的應(yīng)用[J].建設(shè)科技，2008（15）：124-125.

[3]熊盎然.閉式熱源塔熱泵技術(shù)的基礎(chǔ)理論與試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011.endprint