能源塔熱泵技術(shù)現(xiàn)狀及其應(yīng)用分析

禹翔天+袁信國

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，本文主要從能源塔熱泵系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀、運行原理及發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀進行探討研究。

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)，通過往能源塔熱泵機組輸入少量高品位的能源，實現(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[1]。

2 能源塔熱泵技術(shù)運行原理

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。其運行模式按氣候主要為采暖季運行方式與制冷季運行方式。如圖1所示，在采暖季，實心箭頭指的是在進行熱交換時溶液的流動方向，空心箭頭則代表用戶水的流動方向。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，穿過絕熱節(jié)流進入蒸發(fā)器進行吸熱。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，開啟能源塔風(fēng)機讓室外熱氣穿過翅片式換熱器，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)機與鹽溶液噴淋泵同時開啟，使盤管外鹽溶液保持流動以避免盤管外側(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時通過吸收空氣中的水汽而被稀釋，所以還要再濃縮以達到標(biāo)準(zhǔn)。而制冷季的運行模式則與采暖季的換熱方式完全相反，通過轉(zhuǎn)換四通換向閥來實現(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)時是用于散熱，在冬季卻無法吸熱，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。接著通過對加熱塔技術(shù)進行一系列改造，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)明一種通過塔頂散發(fā)的帶靜電荷水霧吸收空氣中細微顆粒狀污染物的對流塔，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，劉秋克通過對熱源塔熱泵技術(shù)在我國南方的適用性的研究，并結(jié)合湖南地區(qū)的工程實例進行各項數(shù)據(jù)分析，得出能源塔熱泵技術(shù)十分適用于我國南方地區(qū)。[2]文先太、梁彩華等經(jīng)過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，運用數(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。熊盎然通過研究能源塔內(nèi)部換熱器的傳熱傳質(zhì)特性，計算得出閉式能源塔機組的能耗與制熱系數(shù)[3]。

4 結(jié)語

在國內(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)計研發(fā)的速度，加大設(shè)計研究的力度，并逐步建立示范工程和實驗試點，提供良好的實驗平臺進一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)以及運行性能。全面深入研究與探討系統(tǒng)設(shè)計、運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)在我國真正走向商業(yè)化發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用。

參考文獻：

[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)理論與試驗研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.endprint