國際熱泵技術的發(fā)展

國際熱泵技術的開展與趨勢

――第八屆國際能源組織熱泵大會回憶中國建筑科學研究院空調(diào)所徐偉整理課件第八屆國際能源組織熱泵大會(簡稱國際熱泵大會)于2005年5月30日至6月2日在美國拉斯韋加斯市愷撒宮舉行，由國際能源組織熱泵委員會主辦。國際能源組織熱泵委員會是國際熱泵界的最高學術會議，熱泵委員會涉及領域包括熱泵、空氣調(diào)節(jié)以及相關的制冷技術。會議主題：熱泵技術、應用與市場的全球開展。國際熱泵大會簡介整理課件大會每三年舉行一次，此前的七屆年會：2002年中國北京、1999年德國柏林、1996年加拿大多倫多、1993年荷蘭馬斯特里赫特、1990年日本東京、1987年美國奧蘭多、1984年奧地利格拉茨。此次年會的目的：通過技術、市場、政策及標準信息的交流和討論，審視熱泵技術保護環(huán)境、節(jié)約能源方面的益處，在世界范圍內(nèi)促進熱泵技術的應用與進步。整理課件大會受到多方支持相關學術團體

美國供熱制冷與空調(diào)工程師學會ASHRAE美國地熱熱泵協(xié)會GHPC國際制冷學會IIR國際地源熱泵協(xié)IGSHPAORNL政府部門加拿大自然資源部德國聯(lián)邦經(jīng)濟與勞工部日本新能源與工業(yè)技術開展組織日本熱泵與蓄熱技術中心挪威能源署瑞典能源署瑞士聯(lián)邦能源部美國能源部整理課件大會規(guī)模這次大會共有來自20國家和地區(qū)223名代表參加了會議，中國有10名代表〔包括2名香港代表〕出席了會議。會議共收到128篇論文，中國有17篇。會議共安排52篇專題發(fā)言，場外交流76篇，中國有2篇專題發(fā)言，一篇場外交流。整理課件大會活動展覽會國家代表、研發(fā)組織、制造廠商、學會以及社會團體參展會前專題研討會供暖供生活熱水用熱泵測試步驟和季節(jié)性能系數(shù)計算方法〔ANNEX28〕克服地源熱泵市場與技術障礙〔ANNEX29〕整理課件大會活動技術參觀拉斯韋加斯湖〔LakeLasVegas〕新社區(qū)－湖水源水環(huán)熱泵工程洛基研究中心〔RockyResearch〕－吸附式制冷整理課件九個專項議題熱泵技術的現(xiàn)狀與趨勢能源與環(huán)境熱泵應用地源/水源熱泵系統(tǒng)設計及應用工具熱泵在冷熱電〔CHP〕系統(tǒng)中的綜合利用先進概念—熱泵組件先進的熱泵系統(tǒng)及設備替換制冷劑的進展國家研究方案概述整理課件熱泵技術的現(xiàn)狀與趨勢北美、歐洲及亞太地區(qū)的區(qū)域報告，已成為熱泵大會的傳統(tǒng)特色，這些報告為認識和了解世界主要熱泵應用區(qū)域在該技術的應用及研究方面的相似與不同，提供了珍貴的資料。北美地區(qū)供熱仍以天然氣為主，熱泵供熱僅占10%，在美國地熱熱泵利用占社會總能耗0.32%。整理課件垂直地埋管46%水平地埋管38%地表水15%其他1%地下?lián)Q熱器單位管長造$36/m22個州推廣地源熱泵GaltHouseHotel最大地源熱泵項目，4700冷噸。全美國有30個地源熱泵制造商地源熱泵應用的目標是減少70％建造費用美國2006年1月23日將實行新的熱泵能效標準，SEER=13，HSPF＝7.7Air/Air熱泵機組逐漸采用410A制冷劑，2021年全面禁止使用R22。加拿大，閉式地源熱泵系統(tǒng)季節(jié)平均COP到達3.5，開式系統(tǒng)到達2.8美國地熱熱泵的應用形式整理課件歐洲地區(qū)熱泵技術在工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)及民用建筑領域都有廣泛的應用熱泵賣出的數(shù)量在持續(xù)增長，在許多國家15~25%的年增長率為熱泵系統(tǒng)設計的優(yōu)良與費用盡可能的低廉提出了新的要求制冷劑的變革與建筑物熱工性能將直接影響熱泵的設計與裝配

整理課件亞太地區(qū)中國已成為世界范圍內(nèi)最大的空調(diào)生產(chǎn)國澳大利亞最大的地源熱泵工程，350個孔，100m深，并在市場上已出現(xiàn)了一種太陽能熱泵熱水器日本的“領跑者〞方案將使小型空氣源設備的效率在2000年的根底上提升60%，房間空調(diào)器制冷COP為5.0、制熱COP為5.26，最高制冷COP大于6.0，日本燃氣熱泵已應用60多萬臺整理課件地源熱泵應用，美國有最大的市場規(guī)模；瑞典增長速度最快，主要用于單戶住宅，通常承擔熱負荷的70％，熱耗的90％加拿大、挪威致力于改善地耦合熱泵性能日本在北部推廣地源熱泵，并開發(fā)一系列設計和模擬工具奧地利開發(fā)了許多單戶住宅直接膨脹系統(tǒng)、CO2工質(zhì)作為一次系統(tǒng)的載體的系統(tǒng)、以及與建筑樁基結合的系統(tǒng)整理課件興旺國家地源熱泵應用的變化建筑的供熱負荷在減少，供冷負荷在增加在大型商業(yè)系統(tǒng)中，由于氣候條件和建筑性能不同，需要保持地下?lián)Q熱器的平均溫度接近非干擾的地下溫度，熱響應測試變得非常重要克服初投資高的問題人們對節(jié)能和環(huán)境效益的認識不夠整理課件能源與環(huán)境

奧地利的HermannHalozan教授做了基調(diào)發(fā)言：熱泵與環(huán)境各國政府長久以來的共同目標：為保持經(jīng)濟的持續(xù)增長提供足量且廉價的能源。所有工業(yè)化國家都或多或少面臨氣候變化的問題各國達成共識，共同致力于減少主要由于燃燒礦石燃料帶來的CO2的排放熱泵技術為建筑及工業(yè)領域減少能源消耗及CO2的排放提供了可能整理課件幾個國家關于熱泵實現(xiàn)CO2減排的數(shù)據(jù)美國的AliceGitchell與LynnStiles在發(fā)言中談到，高效地源熱泵系統(tǒng)與燃氣爐或冷卻塔相比將分別減少31%和50%的CO2排放熱泵在氣溫較低地區(qū)優(yōu)勢并不十清楚顯，Caneta研究中心發(fā)現(xiàn)在加拿大所有地區(qū)，地源熱泵系統(tǒng)的減排量都較小，最小的減排量只有15%日本的N.Endo等人對AIST實驗室的調(diào)查顯示，采用熱泵技術后減少61%的能耗，合計37TJ/年，減少63%的運行費用合計近四千五百萬日元，減少53%的CO2排放計2400噸/年整理課件熱泵的應用世界上已安裝1.3億臺熱泵，每年新增1500萬臺熱泵瑞士熱泵的銷售量近十年持續(xù)增長，平均增長率15%，隨著熱泵產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高及其不斷可靠的運行，瑞士熱泵市場將會更好的開展在挪威，2003年熱泵機組的銷售呈現(xiàn)55,100件的爆炸式增長，而整個90年代的年銷售量也只是1000~2000之間，考慮到挪威政府相關政策的出臺，今后熱泵的銷售量仍然值得期待整理課件在日本，東京灣區(qū)域供冷/暖蓄熱系統(tǒng)實現(xiàn)了與高效率熱源機器的結合，實現(xiàn)了與系統(tǒng)能力范圍最大化蓄熱罐的結合，同時實現(xiàn)了與大供回水溫差的結合，系統(tǒng)的CO2排放量小于平均水平的60%在加拿大使用熱泵對木材進行枯燥，同比將平均減少近35%的能耗在新加坡，使用改進的空氣源熱泵枯燥系統(tǒng)枯燥后的水果，與使用傳統(tǒng)枯燥方法枯燥的水果相比諸多指標都得到了改進，某些指標甚至可以與冷凍枯燥法枯燥后的水果相媲美，冷凍枯燥法被認為是最好的枯燥法，但同時也是最昂貴的方法整理課件地源/水源熱泵系統(tǒng)設計及應用工具關于熱泵系統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)與空氣源熱泵系統(tǒng)相比能效更高，但地源熱泵系統(tǒng)的初投資卻遠高于空氣源熱泵，同時也要高于傳統(tǒng)的燃油/汽鍋爐JohnnyW?rnel?f介紹了他們研究的高效集熱器只需要很小的占地面積，集熱器裝配過程十分簡單，在收集地下熱能的同時還可以收集房間排出氣體中的能量，該系統(tǒng)不間斷對房間進行通風從而保證了室內(nèi)空氣的質(zhì)量整理課件目前世界上商用建筑用地源熱泵地下?lián)Q熱器設計計算分析軟件主要有：歐洲地熱協(xié)會的EED〔EarthEnergyDesigner〕北美和歐洲建筑模擬軟件TRNSYS國際地源熱泵協(xié)會的GLHEPro這些軟件根本都基于瑞典隆德大學q-Functions算子，并且得到試驗驗證，世界各國廣泛采用除此之外國際上地源熱泵設計軟件還有LUNDPROGRAMS、GLGS、ECA、WFEA、GS2000、GEOCALC等等。瑞典還特為建造商開發(fā)了簡易設計軟件Prestige，目前有600多用戶。整理課件熱泵在冷熱電〔CHP〕系統(tǒng)中的綜合利用電驅動熱泵單純供熱或制冷可以提高電能利用率，但初級能源利用率卻沒有質(zhì)的提高

美國能源部協(xié)同供熱部門、制冷部門及發(fā)電廠聯(lián)合開發(fā)先進的熱驅動熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用發(fā)電設備余熱對建筑物進行供熱與制冷，該方案將推動熱泵尤其是綜合利用發(fā)電廠廢熱的冷暖同供技術的開展，這種技術如果被推廣使用將使全能源利用率提高近80%整理課件Hornsby圖書館是奧地利第一個三聯(lián)供區(qū)域供冷工程，該工程最終減少CO2的排放近20%，新近裝配的新的控制方案將有望使這一數(shù)據(jù)得到進一步提高日本AIST的ChaobinDang向大會提交了一份研發(fā)方案用于研究小型利用熱力分配站廢熱工作的吸收式熱泵系統(tǒng)，該方案的目標是減小吸收機的型號同時提高機組的COP，新的“混合式〞裝置在容量上減少50%，而COP卻提升了10~15%整理課件熱泵系統(tǒng)的良好運轉需要依賴組件優(yōu)良的性能，系統(tǒng)的改進需要組件技術不斷的進步高效換熱器的研究集中在如何減少換熱器熱阻，提高換熱效率的問題上壓縮機是熱泵另一重要組件，ClarkBullard的文章認為壓縮機的研究重點在對渦輪壓縮機的研究,高效優(yōu)質(zhì)渦輪壓縮機設計十分復雜,這也從另一個角度說明其性能的提升仍然有廣泛空間先進概念—熱泵組件整理課件先進的系統(tǒng)及設備建筑設計水平的不斷提高將會降低建筑對熱量的需要，但空調(diào)和生活熱水卻會更加重要當前熱泵系統(tǒng)普遍效率不高，但卻預示了該技術持續(xù)開展的空間J.J.Tomlinson介紹了一種空氣調(diào)節(jié)與生活熱水聯(lián)合供給的熱泵系統(tǒng)，但該系統(tǒng)出投資過高，在美國這局部投資將到達1000美元左右新加坡的Hawlader介紹了一種“三位一體〞系統(tǒng)，即同時完成制冷、提供生活熱水與衣物枯燥功能的熱泵系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)高位熱源選用了太陽能，這也就決定了其適用范圍的局限性MatsFehrm介紹了一種全室內(nèi)排氣源熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用室內(nèi)排氣中的能量參與進熱泵熱源，再次利用排氣帶走的建筑耗能。保溫層很厚的居住建筑，排氣熱損失占去全部建筑耗能的很大局部，回收利用這局部能量正是追求建筑零能耗的結果整理課件替換制冷劑的進展

傳統(tǒng)炭氟化物制冷劑受到越來越多的批評，這是由于從系統(tǒng)泄漏出去的傳統(tǒng)制冷劑會破壞臭氧層，從而影響全球氣候。近年來，制冷劑的研究重點在自然制冷劑取代傳統(tǒng)制冷劑，尤以CO2制冷劑為代表日本的CO2制冷劑熱泵：2001年1月由東京電力等三家機構共同研制出了世界上第一臺住宅用CO2制冷劑熱泵熱水器，四年后的今天日本已有17家企業(yè)可以設計制造并出售這種熱泵產(chǎn)品了。夏季制冷工況下全系統(tǒng)的效率是3.5，過渡季節(jié)3.2，冬季供熱工況下是2.8，全年效率大概是3.1。該系統(tǒng)可節(jié)約30%的能耗并減少50%CO2排放，實行峰谷電價的地區(qū)在夜間運行機器將進一步降低系統(tǒng)的運行費用整理課件歐洲的CO2地源熱泵系統(tǒng)：CO2循環(huán)借助重力作用在地埋垂直管中自動運行，CO2吸收土壤低位熱量CO2在循環(huán)過程中發(fā)生相變，從而其吸熱效率遠高于普通制冷劑，有數(shù)據(jù)顯示其吸熱效率是普通制冷劑的4~12倍循環(huán)制冷劑與CO2發(fā)生熱交換，再由熱泵將制冷劑從CO2中獲得的低位熱量提升品位這種產(chǎn)品投放市場已有四年，其特有的CO2自循環(huán)系統(tǒng)降低了系統(tǒng)的電能消耗，獲得了較好評價CO2熱泵產(chǎn)品在歐洲在日本都已投入了市場，但為能使CO2熱泵更快的推廣，還須在加大出熱量、如何在寒冷地區(qū)使用以及降低造價方面做許多工作整理課件國家研究方案概述瑞典十年間實施了三項熱泵開展方案:“可變制冷〞、“氣候21〞、“更高效的熱泵與制冷系統(tǒng)〞。主旨是使瑞典的熱泵技術及制冷系統(tǒng)的能源利用率得到提高，并注重在相應經(jīng)濟條件及自然環(huán)境中的可行性。熱泵技術是日本國內(nèi)“月光方案〞中的核心內(nèi)容，作為國家節(jié)約能源工程中主要的一項，熱泵技術已經(jīng)得到了良好的開展。美國的研究方案有一個很大的特點，這就是美國的科研部門與資金資助部門的分家，由類似美國能源部這樣提供資金資助的部門制定研究規(guī)劃，提供研究資金，由負責研究的部門完成具體工作。在加拿大，方案大局部由實驗室和政府機構、大學以及能源企業(yè)的研究中心來開展，并在高溫熱泵、制冷劑研發(fā)以及熱泵系統(tǒng)設計輔助軟件開發(fā)領域取得了很好的研究成果。整理課件總結國際社會正積極尋求技術上的支持以應對能源平安、環(huán)境保護、經(jīng)濟開展及清潔能源的需求帶來的挑戰(zhàn)，國際間的相互合作是解決這些問題的根底，而國際能源組織那么為這種國際間的技術合作提供了平臺。對熱泵的研究主要集中在三個方面，即對熱泵系統(tǒng)的研究、熱泵機械的