空氣能熱泵系統(tǒng)

1、北川維斯特農(nóng)業(yè)科技集團大型沼氣示范工程恒溫控制PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)方案及預(yù)算煙臺榮和環(huán)保能源有限公司二0一一年六月北川維斯特農(nóng)業(yè)科技集團大型沼氣示范工程恒溫控制PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)一、系統(tǒng)概述帕普森（PUPS）空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)，是美國得瑞環(huán)能公司（Dere-eae USA Group Ltd.）開發(fā)的空氣能采集與利用PUPS系統(tǒng)?？諝饽軣岜妙櫭剂x就是利用空氣中的能量來產(chǎn)生熱能，能全天24小時大水量、高水壓、恒溫提供熱能供應(yīng)。PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)，像太陽能利用系統(tǒng)一樣的節(jié)約能源，但優(yōu)于太陽能之處在于它不需要陽光，因此在陰雨連綿的天氣都可以正常使用。而

2、且太陽能熱水器儲存熱量用完之后，很難再馬上供熱反應(yīng)遲鈍，而PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)只要有空氣，環(huán)境溫度在零下5攝氏度（-5）以上，就可以快速產(chǎn)熱滿足恒溫高精度控制要求。同時它也能從根本上消除了電熱水器漏電、干燒以及燃?xì)鉄崴魇褂脮r產(chǎn)生有害氣體等安全隱患，克服了太陽能熱水器陰雨天不能使用及安裝不便等缺點，具有高安全、高節(jié)能、壽命長、不排放毒氣等諸多優(yōu)點。PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)的壽命可以達(dá)到15至20年。 煙臺榮和環(huán)保能源有限公司采用美國得瑞環(huán)能公司（Dere-eae USA Group Ltd.）的PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)，用于沼氣與生態(tài)農(nóng)業(yè)的恒溫控制，是對有機蔬菜工廠

3、化低成本生產(chǎn)的重大貢獻(xiàn)。北川氣候溫和，是空氣源熱泵技術(shù)應(yīng)用的較為理想的工作環(huán)境，例如在5月份30的熱效率COP值可達(dá)到4以上，熱效率為400%，也就是說：耗1KW的電產(chǎn)生34KW的熱量，是迄今為止最為節(jié)能的一種熱源利用能效模式。 當(dāng)然，好的技術(shù)必須要通過好的實施工藝才能體現(xiàn)其價值，例如：但熱泵過長期工作的機器疲勞問題、大功率的流體流量分配問題等。而通過熱泵單元的有機組合可以解決上述問題，這樣既可以充分利用熱源的溫度范圍，使各單元都能有合理的工作負(fù)荷，也可以加大供熱溫差，同時單位制熱量的蒸發(fā)器和冷凝器面積沒有任何增長，每臺熱泵都工作在其最佳工作范圍上。 本方案為維斯特沼氣工程沼氣發(fā)酵池的恒溫控制

4、，熱負(fù)荷參數(shù)180KW、進(jìn)出口參數(shù)DN50，設(shè)計采用3臺PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能單元(60KW)并聯(lián)組合。 圖1 組合式熱泵系統(tǒng) 上圖中，1是蒸發(fā)端空氣能采集進(jìn)風(fēng)，2為經(jīng)過采集熱能的換氣排風(fēng)，3為蒸發(fā)端空氣能采集交換系統(tǒng)，4為逆卡諾效應(yīng)的高熱端管路，5為逆卡諾效應(yīng)的回?zé)岫喂苈罚?為一組以串聯(lián)方式連接的熱泵，所謂串聯(lián)，是指每臺熱泵的蒸發(fā)器首尾相連，每臺熱泵的冷凝器也首尾相連；7和8分別是供熱系統(tǒng)的供水和回水管路，9為散熱器或其他末端供熱熱設(shè)備；10為溫度檢測控制裝置。 空氣能依次進(jìn)入各臺熱泵的蒸發(fā)器，溫度逐漸降低后再回到換熱器。而另一側(cè)的供熱回水也依次進(jìn)入各臺熱泵的冷凝器，溫度逐漸上升，進(jìn)入

5、冷凝器的次序與進(jìn)入蒸發(fā)器的次序相反。以此循環(huán)往復(fù)，可以持續(xù)的精確的控制沼氣發(fā)酵池的恒溫需要。 組合式熱泵裝置中的熱泵單元，為PLC集中控制，可以實現(xiàn)全天候及無人化值守操作。二、PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)的能效參數(shù) 北川維斯特農(nóng)業(yè)示范園區(qū)沼氣工程位于北川新縣城對面，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，1月份平均氣溫3.96.2，7月份平均氣溫24.227.2，常年空氣能熱泵單元的制熱效率都比較高。以卡諾循環(huán)為例，卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為：COPT2/(T1-T2);這里，T2是低溫?zé)嵩吹臏囟龋琓1是高溫?zé)嵩吹臏囟?。分兩種情況考察COP的變化情況： 1、 溫差不變，T2和T1以相同的幅度增長； 2、 T2不

6、變，T1增長，這樣溫差也增長； 從式中可以清楚的看出，第一種情況下，COP與T2或T1是同比增長的，即如果T2增長5%，COP也增長5%；而第二種情況下，COP是與溫差成反比的，例如當(dāng)溫差增大5%，COP大約減小4.76，這兩種情況的效果向相反的方向運動，可見提高溫差對于熱泵系統(tǒng)的不利。 下表是PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能系統(tǒng)在不同熱源溫度和不同制熱溫度（即不同冷凝和蒸發(fā)溫度）下的制熱系數(shù)表，從中可以驗證上面提出的原理： 表1：蒸發(fā)、冷凝溫度等幅上升情況下的制熱系數(shù)表序號蒸發(fā)器進(jìn)口溫度冷凝器出口溫度制熱效率140556.08240605.05340664.45440713.77540753.4

7、0640803.02實際循環(huán)與卡諾循環(huán)差距較大，所以沒有得到象卡諾循環(huán)那樣隨蒸發(fā)溫度和冷凝溫度上升，COP上升的結(jié)論，但至少可以看出當(dāng)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度等幅上升時，熱泵的制熱效率基本沒有大的波動。下圖是這種情況的圖形表達(dá)方式：圖2：蒸發(fā)、冷凝溫度同時上升情況下的制熱系數(shù)同樣的熱泵在當(dāng)蒸發(fā)器進(jìn)口溫度不變，而冷凝器出口溫度上升時的制熱系數(shù)表 表2：蒸發(fā)溫度保持不變，冷凝溫度上升的制熱系數(shù)表序號蒸發(fā)器進(jìn)口溫度冷凝器出口溫度制熱效率140556.08240605.05340664.45440713.77540753.40640803.02 從上表可以看出，隨著冷凝下降器出口溫度的升高，COP下降的速度

8、是非?？斓?。 下面是這種情況的圖形表達(dá)方式： 圖3： 冷凝溫度上升情況的制熱系數(shù) 從上面的分析可以看出，在亞熱帶氣候區(qū)，各臺熱泵都可以處于高效工作的范圍之內(nèi)，總體的制熱系數(shù)不會降低，至少維持在300500%之間，具有較寬的高效工作范圍，可以保持一個較高的節(jié)能COP系數(shù)，與電加熱比較，其電能利用效率是電熱的4倍左右。三、工程預(yù)算序號設(shè) 備規(guī)格型號數(shù)量單價小計（元）1帕普森PUPS空氣能組合式熱泵節(jié)能￥376,900.1.1PUPS空氣能機組帕普森：PUPS/380-40 5臺68,300341,500.1.2機組管閥SUSDN25DN1005套2,60013,0001.3溫控附件060（開關(guān)量）2套2,4504,9001.4鋼制基礎(chǔ)Q235-105套3,50017,5002帕普森PUPS變頻全自動給水機組￥106,200.2.1不銹鋼多級循環(huán)泵帕普森：PUPS16-252臺26900538002.2集水器不銹鋼DN1001臺550055002.3分水器不銹鋼DN1001臺640064002.4機組管閥SUS304/DN251004套170068002.5模擬量變送系統(tǒng)420mA 2套8600172002.6一拖二變頻器BP-16U(ABB)1臺16500165003西門子恒溫控制柜控制精度11臺37000