能源塔技术介绍解析
太阳能次生源热源塔热泵技术原理图解
热源塔热泵技术太阳能次生源热源塔热泵成套装置是将我国南方普遍应用的传统水冷却制冷+锅炉和传统空气源热泵+电附热融为一体，改变其原有设备低效率的大温差传热设计配置，省去了锅炉和电辅热及大量的土壤源埋管，实现了冷暖空调卫生热水三联供，一机三用。
国内QIUKE科技考虑到仅凭小温差热源塔是难以提高吸收太阳能次生源的综合高效，应用6项中国发明专利和1项美国发明专利重新定义，以吸收和提升低温位热源为单位的匹配设计制造定义为“太阳能次生源热源塔热泵”简称（热源塔热泵）。
热源塔热泵是将闭式热源塔与低热源热泵（性能要求高于地源热泵）以小温差传热高性能定位，进行合理的设备之间匹配，充分利用具有无限能量的太阳能次生能源可再生能源替代建筑物终端化石能源空调，实现空调领域的动车组。
热源塔热泵组成由闭式热源塔+低热源热泵+负温度凝结水分离器组成，保障了在空气温度0℃，相对湿度100%的低温高湿状态下，热源塔热泵供热的高性能，且对环境无任何污染。
热源塔热泵特点夏季为高效负压蒸发冷制冷机；冬季为宽带小温差气候能热泵。
热源塔热泵是将夏热冬冷地区普遍应用的水冷却制冷+锅炉和空气源热泵+电辅热融为一体，改变其原有设备低效率的大温差传热设计配置，省去了锅炉和电辅热，实现了冷暖空调热水三联供，一机三用。
彻底改变了传统空调领域300—2000KW水冷却制冷机无法实现热泵化的技术难题。
节能减碳和综合经济性能指标高于夏热冬冷地区传统空调系统的30—60%，是有效地利用太阳能次生能源的可再生能源技术。
补偿地源热泵出现的问题补偿水源热泵，在我国北方夏热冬寒地区，地下水资源匮乏热泵热源不足，热源塔热泵可利用热源塔吸收太阳能次生源补偿水源热泵热源的不足。
在我国南方夏热冬冷地区，地下水资源匮乏夏季制冷冷却水量不足，热源塔热泵可利用热源塔实现负压蒸发冷却补偿水源热泵的冷源。
平衡土壤源热泵，在我国北方夏热冬寒地区，土壤源蓄热不足，热源塔热泵可利用过渡季节吸收太阳次生源进行土壤源补偿蓄热，调节土壤源温度场的平衡。
热源塔
热源塔热泵系统的原理及其应用 热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点 热源塔热泵系统的应用
热源塔热泵系统的背景
中国南方地区冬季潮湿阴冷，空气湿度大，采用燃油、燃气、煤为主 供热时，其能耗高又污染环境;传统空气源热泵在冬季供热时严重结 霜，融霜耗电大，热泵效率低;而地源热泵在城市的应用受到地质条 件、场地的限制，在这种背景下开发的热源塔热泵空调系统。
热泵机组夏季使用的冷源，是汽化蒸发潜热带走空调余热，热 源塔在夏季有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调负荷，冷却水温低， 效率高。
全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长
热源塔热泵系统特点5
系统设计简单
与地源热泵比：不用考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡； 与风冷热泵比：不用考虑辅助电加热和冬季融霜的问题。
参考文献
[1] 梁彩华, 张小松, 徐国英. 显热除霜方式的能量分析与试验研究[J]. 东南大学学报: 自然科学版, 2006, 36(1): 81-85.
[2] 姚杨, 马最良. 空气源热泵冷热水机组结霜工况研究现状与进展[J]. 哈尔滨建筑大学学报, 2002, 35(5): 66-69.
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热源塔热泵系统原理
热源塔
传热介质与空气在其中进行热交换并为热泵机 组提供连续冷热源的塔式换热装置。
冬季：利用冰点低于零度的载体介质，高效提 取低温环境下相对湿度较高的空气中的低品位 热能，实现低温热能向高温热能的传递，达到 制热目的。
夏季：起到高效冷却塔的作用，利用水的蒸发 散热，将热量排到大气中实现制冷。
能源塔热泵系统及其供热运行性能分析
图１ 能源塔热泵系统供暖运行示意
能源塔热泵系统是近年新推出的一种应用形 式，不受地质条件限制，初投资低，适用于冬季湿球 温度在－９ ℃以上的地区，具有较大的节能潜力。 能源塔热泵系统冬季利用凝固点较低的溶液提取 空气中的热量，夏季转换为高效冷却塔，可以实现
①☆ 孟庆山，男，１９７０年１０月生，大学，副总工程师 ２６４００３ 烟台市莱山区蓝德路３号 （０５３５）６７２１６３１ Ｅｍａｉｌ：ｍｑｓ＠ｌａｎｄａｃ．ｎｅｔ．ｃｎ
箱中，当 溶 液 挥 发 后 再 通 过 加 药 泵 补 充 到 系 统
在 中。溶液浓度稀释 变 低 或 气 温 突 降 需 要 增 加 溶 调 液 浓 度 时 ，主 机 控 制 加 药 电 磁 阀 从 加 药 罐 向 系 统
自动加药［２］。
空
犇犽（狋）＝烅０．９２５－０．０３７５狋 －２＜狋≤１８
取生活热水。
由于闭式塔从空气中吸收热量时存在二次换
热，吸热效率低，在盘管外壁容易结霜，甚至出现冻
冰现象，能 源 塔 通 常 采 用 开 式 结 构。 在 开 式 系 统
中，载冷剂溶液的浓度和液位是变化的。能源塔热
泵机组具有密度检测装置，可以在线检测、控制载
图２ 能源塔换热焓湿图
冷剂溶液的密度和凝固点。系统中还设置了加药 罐和溶液集药箱。
功率，ｋＷ；犌 为能源塔空气体积流量，ｍ３／ｓ；ρ为空 气密度，ｋｇ／ｍ３。
根据式（５），犺犅 可以表示为
为－１ ℃，热泵机组蒸发器进出水温度为－１ ℃／ －６ ℃，要保证－６ ℃的溶液不凝固，考虑３ ℃的
犺犅
＝
犙
－犘 ＋犌犃ρ犃犺犃 犌犅ρ犅
（６）
安全余量，溶液的凝固点温度需要低于－９ ℃。
经过充分换热，能源塔排风相对湿度φ犅 是由
热源塔热泵技术在夏热冬暖地区的应用
热源塔热泵技术在夏热冬暖地区的应用湖南秋克热源塔热泵科技工程有限公司 刘秋克摘要 在研究国内外冷却塔采热热泵技术不适应我国南方气候条件下运行的基础上，由国内科研机构重新定位，以吸收和提升低温位热源为单位的设计组合制造，定义为“热源塔热泵”。
热源塔热泵属于我国民族品牌专利技术，2008年初我国南方遭受了五十年一遇的冰冻期，热源塔热泵系统经受了恶劣气候环境下的严峻考验，供暖温度超过28℃。
热源塔热泵在国内属于发展初期，应用较少。
但该系统在夏热冬暖地区与其它热泵空调系统相比，具有效率更高、使用限制条件比较少的特点。
本文结合工程实例，介绍其热源塔热泵专利技术转化产品在工程项目设计中应注意的问题。
关键词 热源塔热泵、地源热泵、冷热源、太阳能次生源、可再生能源引言对于我国南方地区中央空调系统来说，在有冷暖需求的空调场所，一般应满足夏季制冷和冬季供暖两种功能。
在夏热冬暖地区，因气候因素和经济发展的原因，一般建筑只需考虑夏天制冷问题即可。
但随着人们生活水平的提高，对空调的要求舒适度也提高了，在许多建筑物，如宾馆、医院和商务楼，也需要满足冬季供暖需求。
对于冬季供暖有需求的建筑物，如果设计仅仅考虑空调冷源问题而不重视空调热源的选择，将造成冬季空调能源消耗过大，从而造成全年空调能耗偏高和终端用户高排碳。
在传统空调热源方案中，通常需分别设置冷源（制冷机）和热源（锅炉或电辅热）。
由于用高温位的化石能源去生产中位热能，其存在能源效率很低和环境污染问题，所以空调热源的来源方式已逐渐由采用化石能源锅炉转化为应用太阳能次生源可再生能源作为热泵的热源，能源效率很高更加环保。
本文结合工程实例，介绍一种在夏热冬暖地区综合经济性能比较突出的空调冷(热)源系统——热源塔热泵专利技术系统。
1、什么是热源塔？热源塔用作吸收低温位冷(热)源技术的起源可追溯到日本20世纪80年代，采用冷却塔加盐溶液曝气循环吸收空气中的低温位热源，日本取名为采热塔/加热塔，国内暖通会议取名为冷却塔采热，有的厂家也称之为能源塔，本文采用国内暖通会议定位名词即“冷却塔采热”。
能源塔热泵系统介绍(原理)
利用低品位热能，较少 了高品质电能的消耗。
不燃烧化石燃料，减少 温室气体排放。
利用地球表面浅层地热 资源，可持续利用。
可用于各种气候条件和 建筑类型。
工作原理简介
01 工作原理
02 1. 蒸发过程
03 2. 压缩过程
04 3. 冷凝过程
05 4. 节流过程
能源塔热泵系统通过循环 工质在封闭的管路中流动 ，实现与地球表面浅层地 热资源的热量交换，再利 用热力循环原理，实现建 筑物供暖和制冷的功能。
工质在蒸发器中吸收地球 浅层地热资源热量，蒸发 成气体。
蒸发后的气体被压缩机压 缩，压力和温度升高。
高温高压的气体在冷凝器 中放出热量，冷凝成液体 。
冷凝后的液体经节流装置 减压，回到蒸发器再次循 环。
系统组成与分类
系统组成
能源塔热泵系统主要由蒸发器、压缩 机、冷凝器和节流装置组成。
分类
根据用途和规模不同，能源塔热泵系 统可分为家用型和商用型，也可根据 工作介质的不同分为水-水式、水-空 气式和空气-空气式等类型。
政策支持
随着国家对节能环保的重视程度不断提高，未来有望出台更多政策 支持能源塔热泵系统的推广应用。
多元化利用
未来能源塔热泵系统有望与多种可再生能源结合使用，实现多元化能 源利用，提高能源利用效率。
05
能源塔热泵系统的实际案 例
实际应在工业区供热方面具有广泛应用，能够满 足工厂、车间等工业设施的供热需求，提高生产效率和产 品质量。
传热原理
导热
辐射
物体内部的热流与温度梯度有关，温 度梯度越大，热流密度越大。
物体通过电磁波的方式将热能传递给 其他物体的过程。
对流
流体与固体表面之间的热量传递，对流换 热系数与流体的流动状态、物性参数以及 固体表面的形状、大小等因素有关。
能源塔热泵技术在空调工程中的应用与分析
动 系 统 、低 温 高 效 换 热 器 、汽 液 分 离 系 统 、凝 结 水 分 离系统、低温防霜 系 统 （如 图 ２ 所 示）组 成。 其 中， 围护构架包括塔 体 框 架、顶 部 的 出 风 筒，侧 壁 的 围 护 板 及 进 风 栅 ；旋 流 风 动 系 统 由 位 于 风 筒 内 部 的 变 速 电 动 机 控 制 装 置 和 斜 射 旋 流 风 机 组 成 ；低 温 高 效 换热器由围护构 架 内 部 的 高 效 肋 片、换 热 管、进 液 口 及 出 液 口 构 成 ；低 温 高 效 换 热 器 上 方 设 有 由 斜 流 折射分离器和斜射旋流分离器构成的汽液分离系 统；低温高效换热 器 下 方 设 有 由 接 水 盘、凝 结 水 控 制 装 置 和 溶 液 控 制 阀 构 成 的 凝 结 水 分 离 系 统 ；还 设 有由溶液池、喷淋 泵 控 制 装 置、喷 淋 器 构 成 的 低 温 防霜系统。当空气经低温高效换热器表面逆向流 通时，形成传热面 与 空 气 之 间 的 显 热 与 潜 热 交 换， 获得低于环境温度２～３ ℃的溶液作为能源塔热泵 的低品位热源。消噪汽液分离器可有效地分离负 压条件下产生的水分和降低风机运行时产生的噪 声。
２ ２
暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１１年第４１卷第４期
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过填料时，气液之 间 在 接 触 面 上 发 生 热 质 交 换，从 而 使 防 冻 液 获 得 一 定 的 能 量 ，作 为 热 泵 的 低 品 位 可 再生能源。而防冻液所吸收的热量主要是来自空 气和溶液之间由于温差引起的显热交换和空气中 的水蒸气凝结而放出的汽化潜热。开式能源塔中 防 冻 液 直 接 与 空 气 接 触 ，溶 液 温 度 易 受 外 界 气 象 条 件 变 化 的 影 响 使 其 冰 点 不 断 变 化 ，需 要 定 期 启 动 溶 液 浓 缩 装 置 ，管 理 非 常 麻 烦 。 而 闭 式 能 源 塔 克 服 了 以 上 缺 点 ，通 过 使 空 气 逆 向 流 过 低 温 高 效 肋 片 换 热 器 的 表 面 ，形 成 传 热 面 与 空 气 之 间 的 显 热 和 潜 热 交 换 。 同 时 ，由 于 闭 式 能 源 塔 的 高 效 换 热 器 的 管 内 防 冻液依靠溶液泵 强 制 循 环，流 动 速 度 快，换 热 效 率 高。
能源塔热泵系统介绍原理
能源塔热泵技术概述
2.2能源塔工作原理
--夏季运行情况； • 将高于空气湿球温度的循环水，均匀喷淋在高于冷 却塔N倍的具有亲水性质凹凸形波板上 循环水在亲水填料面形成水膜； • 空气侧经多层凹凸形波板填料空间的表面空隙逆向 流通，形成水气之间的接触面；水膜与空气直接进行 显热与潜热（蒸发）的逆流换热； • 水份蒸发时吸收了制冷机冷却循环水余热，降低了 循环冷却水温，使冷却水接近于空气湿球温度上限值 1~2℃。
能源塔发热泵机组采用双冷凝器 全热回收技术。采用阀门切换来 实现4中不同工况的运行。
本质上能源塔热泵属于空气源热泵 的一种形式，但比空气源热泵多了 载冷剂与空气侧的二次换热。从另 一个角度上来说，它属于水地源热 泵的衍生品。它比常规水地源热泵 多了一套油冷却器。
能源塔热泵系统组成及关键技术
3.3能源塔的结构设计与使用要点
3.5管路切换装置
能源塔热泵系统采用管路切换装置（联箱）来实现冬夏 工况的转换，以减少管路中的混水现象。
其中制冷管路采用双 阀门控制
4能源塔热泵系统技术特点总结
低温吸热的能源塔，利用低于冰点载ห้องสมุดไป่ตู้介质，高效提取低温高湿地区冰点 以下湿空气的显热和潜热；
低温制热的热泵机组，输入少量高品位能源，实现冰点以下低温位热能向 高温位转移；
一机多用的控制技术，实现对建筑物提供制冷、供热和生活热水的“三联供” 的热泵空调。
无毒、缓蚀、无蒸发的溶液技术。 机房及室内系统工程控制技术。 工程控制技术 — 1、溶液输配 2、低温报警 3、防腐锈蚀 4、双季管路切换
5、能源塔防漂和溶液浓度控制
5能源塔热泵系统与常用空调系统对比
5.1、形式对比
医学资料
• 仅供参考,用药方面谨遵医嘱
能源塔技术介绍解析
热源塔热泵系统的原理及其应用 热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点 热源塔热泵系统的应用
热源塔热泵系统的背景
? 中国南方地区冬季潮湿阴冷，空气湿度大，采用燃油、燃气、煤为主 供热时，其能耗高又污染环境 ;传统空气源热泵在冬季供热时严重结 霜，融霜耗电大，热泵效率低 ;而地源热泵在城市的应用受到地质条 件、场地的限制，在这种背景下开发的热源塔热泵空调系统。
开式塔有较大局限，闭式塔应用前景广阔
热源塔热泵空调系统示意图
热源塔热泵空调系统的原理 【热源塔热泵供热工艺原理图】
热源塔热泵系统原理 热源塔热泵系统图
热源塔热泵系统原理 单制冷系统图
热源塔热泵系统原理 单制热系统图
热源塔热泵系统原理 单制热水系统图
热源塔热泵系统的原理及其应用 热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点 热源塔热泵系统的应用
? 喷淋装置
热源塔的组成部分
? 防冻、补水系统
热源塔的分类
闭式热源塔 开式热源塔 混合式热源塔
1.闭式热源塔
·循环介质一直都在管道 内流动，不与外部空气相 接触； ·换热器为铜管、肋片； ·喷淋装置主要用于喷洒 防冻液，从而防止换热器 表面结霜与结冰； ·喷淋装置内的防冻液与 循环介质并不混合。
2.开式热源塔
·循环介质在管道内流动，在 塔内经过喷淋装置喷淋到换热 器上，与空气直接接触； ·换热器为填料（塑料、PVC、 PP）； ·喷淋装置主要用于喷洒循环 介质，从而循环介质与空气相 接触。
3.混合式热源塔
? 部分循环介质通过塔内换热器，部分循环介质通过喷淋装置喷洒到换 热器上。
? 部分循环介质与空气直接接触。
能源塔热泵系统介绍
能源塔热泵系统介绍一、能源塔的工作原理能源塔是利用水和空气的接触，冬季制热是按照供热负荷能力设计的换热面积，利用冰点低于零度的载体介质，高效提取低温环境下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，通过向能源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现低温环境下低品位热能向高品位转移,对建筑物进行供热以及提供热水。
夏季制冷,通过蒸发作用来散去空调中产生的废热的一种设备。
二、能源塔热泵系统原理能源塔热泵技术——是通过能源塔的热交换和热泵机组作用，实现供暖、制冷以及提供热水的技术。
冬天它利用冰点低于零度的载体介质，高效提取低温环境下的相对湿度较高的空气中的低品位热能，通过能源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现低温环境下低温热能向高温热能的传递，达到制热目的；夏天由于能源塔的特殊设计，起到高效冷却塔的作用，将热量排到大气中实现制冷。
能源塔热泵空调系统适用于冬季气侯、气象条件阴雨连绵，空气湿度大，潮湿阴冷地区.众所周知,传统风冷热泵在阴雨连绵，空气湿度大，潮湿阴冷地区冬季供热时结霜严重(即风与换热器的不良性循环换热)，须融霜，热泵效率低，而能源塔在潮湿阴冷空气湿度大条件下无结霜困扰,因而可稳定高效提取冰点以下的相对湿度较高的空气中的低品位热能(即风与水的良性循环换热)，由于能源塔是按照供热负荷能力设计的换热面积，相对比风冷热泵换热性能稳定，整个冬季机组的平均能效比在3.5以上。
三、能源塔热泵系统的特点节能效果显著冬季，由于充分利用了气候、气象条件阴雨连绵，潮湿阴冷，湿球温度高,能量储藏巨大的特点，能源塔提取低品位能的性能相对比风冷热泵稳定。
整个冬季机组的平均能效比在3.5以上。
夏季，由于能源塔是按照冬季提取显热负荷能力设计的，转化为冷却塔后有足够地换热面积可承受瞬间高峰空调余热负荷，冷却水温低，换热效率最高。
机组的能效比在4.5以上,节能效果显著。
比风冷热泵机组可节能30%以上；同土壤源热泵空调相比节能效果相近。
能源塔提取低品位能不受能量储藏的限制，可为宾馆酒店提供充足生活热水.●高效环保由于能源塔采用了特殊结构设计，冬季载体循环提取低品位热能,有效地利用了相对湿度较大的空气中所储藏的能量巨大的特点，省去了为辅助供热时即不卫生又污染环境的锅炉，夏季制冷，载体循环换热面积大，能效高。
能源塔热泵系统介绍(原理)资料
能源塔热泵技术概述
2.4能源塔热泵技术可实现的功能
中央空调夏季7
℃-12 ℃供回水；冬季45 ℃-40 ℃供回水 制冷同时免费提供生活热水。 洗浴用55 ℃中温水 桑拿或工业专用60 ℃-95 ℃高温水
能源塔热泵技术概述
2.5能源塔种类
开式塔与闭式塔；方形塔与圆形塔；横流塔与逆流塔；玻璃钢塔与金属塔。
能源塔热泵系统组成及关键技术
3.5管路切换装置
能源塔热泵系统采用管路切换装置（联箱）来实现冬夏 工况的转换，以减少管路中的混水现象。
其中制冷管路采用双 阀门控制
4能源塔热泵系统技术特点总结
低温吸热的能源塔，利用低于冰点载体介质，高效提取低温高湿地区冰点
以下湿空气的显热和潜热； 低温制热的热泵机组，输入少量高品位能源，实现冰点以下低温位热能向 高温位转移； 一机多用的控制技术，实现对建筑物提供制冷、供热和生活热水的“三联供” 的热泵空调。 无毒、缓蚀、无蒸发的溶液技术。 机房及室内系统工程控制技术。 工程控制技术 — 1、溶液输配 2、低温报警 3、防腐锈蚀 4、双季管路切换 5、能源塔防漂和溶液浓度控制
25 20
在冬季抗冻剂加入量随着不同的环境 温度而不同 抗冻剂的加入量能影响系统的能效比 抗冻剂的初次添加量按照1：3添加 （抗冻剂：水）
坐标轴标题
15 10 5 0 所加抗冻剂数量 （吨） 2℃ 2 0℃ 3 -2℃ 4 -4℃ 6 -6℃ 10 -8℃ -10℃ -15℃ 14 16 20
2.2能源塔工作原理
--夏季运行情况； • 将高于空气湿球温度的循环水，均匀喷淋在高于冷 却塔N倍的具有亲水性质凹凸形波板上 循环水在亲水填料面形成水膜； • 空气侧经多层凹凸形波板填料空间的表面空隙逆向 流通，形成水气之间的接触面；水膜与空气直接进行 显热与潜热（蒸发）的逆流换热； • 水份蒸发时吸收了制冷机冷却循环水余热，降低了 循环冷却水温，使冷却水接近于空气湿球温度上限值 1~2℃。
塔式太阳能
又称集中型系统，它是在很大面积的场地上装有许多台大型反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上。接收器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转换成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做功，带动发电机，最后以电能的形成输出。主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统和发电子系统等部分组成。
1.2塔式发电系统的关键技术有如下3个方面。
（1）反射镜（又称定日镜）及其自动跟踪
由于这一发电方式要求高温、高压，对于太阳光的聚焦必须有较大的聚光比，需用千百面反射镜，并要有合理的布局，使其反射光都能集中到较小的集热器窗口。反射镜的反光率在80%～90%以上，自动跟踪太阳要同步。
（2）接收器
3. 结束语
太阳能发电系统是新能源产业中的重要组成部分，对于太阳能发电系统的防雷设计，目前行业中还没有相应的标准规范，但是对于光伏发电系统而言，塔式太阳热发电系统的防雷相对就简单了很多，并且根据其系统的分类可按照现有的其他行业标准或防雷国标进行分类、分析；按照相应的系统标准进行系统防雷设计。比如，集热塔就可以依据建筑物防雷标准进行直击雷的防护设计，对于站控DCS系统和监控系统就可以借鉴工控系统中的DCS防雷经验和监控防雷工程的系统特点进行分系统设计。
所以，对于太阳能发电系统的防雷，可以分解为现有成熟系统的防雷子系统，最后在进行整合；根据太阳能发电站场的特点，最好在防雷工程设计之间进行站场的雷电风险评估，这样就可以具有针对性的进行站场及站控子系统的防雷设计。
2.3蓄热槽:
以传热和蓄热性能良好的油、岩油或熔盐为介质贮存热能的设备。小量的热贮存可在日照弱的情况下，使太阳能电站保持稳定运行;大量的热贮存可延长太阳能电站的工作时间。该部分主要考虑热电偶的雷电电磁脉冲防护，避免由于避雷针接闪造成的雷电电磁脉冲对其测量设备的侵害。
能源塔热泵技术现状及其应用分析
能源塔热泵技术现状及其应用分析热泵作为供热的主要设备之一，具有高效、节能、环保等优点，本文主要从能源塔热泵系统的技术现状、运行原理及发展应用现状进行探讨研究。
标签：能源塔；热泵；溶液浓缩装置1 能源塔热泵技术现状在采暖季，利用低于冰点的载体介质提取低空气中的热能以及小温差传热技术以提高热泵制热性能系数，通过往能源塔热泵机组输入少量高品位的能源，实现将热能从低温位向高温位的转换。
在制冷季，能源塔的特殊结构将热量排到大气以起到高效制冷的效果。
因此，能源塔热泵技术在冬季为源热泵，在夏季则为制冷机[1]。
2 能源塔热泵技术运行原理能源塔热泵系统的构件主要有能源塔、溶液浓缩装置、低热源热泵装置、阀件等。
其运行模式按气候主要为采暖季运行方式与制冷季运行方式。
如图1所示，在采暖季，实心箭头指的是在进行热交换时溶液的流动方向，空心箭头则代表用户水的流动方向。
用户水散热后流至热泵装置的冷凝器，吸收制冷剂的热量后变成冷液体，穿过绝热节流进入蒸发器进行吸热。
防冻液体流经能源塔后在热泵中蒸发散热，在管翅式换热器中吸热，其中空气中的显热和潜热补充其不足的热能。
在能源塔内，防冻液主要采取两种换热的形式：一是在采暖季，开启能源塔风机让室外热气穿过翅片式换热器，使换热器盘管中的防冻液体接收热量；二是在制冷季，将风机与盐溶液喷淋泵同时开启，使盘管外盐溶液保持流动以避免盘管外侧结霜，而防冻液与空气换热充分。
由于盘管外表面的盐溶液流动时通过吸收空气中的水汽而被稀释，所以还要再浓缩以达到标准。
而制冷季的运行模式则与采暖季的换热方式完全相反，通过转换四通换向阀来实现。
3 发展及应用现状能源塔的前身叫冷却塔，冷却塔当时是用于散热，在冬季却无法吸热，为了使其在夏季散热、冬季吸热，将冷却塔改造后改叫作能源塔。
20世纪80年代，日本首次在建筑领域应用能源塔技术，改叫作加热塔。
接着通过对加热塔技术进行一系列改造，并在区域水环热泵系统中成功应用。
Prueitt与Elliott于1995年发明一种通过塔顶散发的带静电荷水雾吸收空气中细微颗粒状污染物的对流塔，其中气溶胶固体污染物溶于其中，以消除掉二氧化硫，臭氧，煤烟等污染物。
能源塔热泵与风冷热泵对比
能源塔热泵与风冷热泵对比
一、能源塔认知
简言之，能源塔是冷却塔的改进。
能源塔热泵技术缘于上世纪90年代，应用于XX流域的冷却塔热泵技术。
在夏季，能源塔热泵机组把能源塔作为冷却塔，利用水的蒸发散热；在冬季，能源塔热泵机组利用冰点低于0℃的载体介质，提取-9℃以上、相对湿度较高的高湿环境下空气中的低品位热能进行供热。
能源塔结构如下：
二、能源塔热泵的优缺点
简言之，能源塔热泵的能效比超过传统风冷热泵与水冷热泵，但是其初投资要高于传统热泵，其维护难度也高于传统热泵，尽管有防飘雨设计，但是也不能100%阻止雨水进入溶液，所以需要时刻监测硝酸浓度，浓度低于设计值即需加药（同时对饮用水要求很高），因而可靠性较低，故障率较高。
三、Mcquay风冷热泵与能源塔能源供应热泵的对照
四、总结
简言之，能源和塔热泵的发展潜力非常大，需要解决的技术难题是防飘雨设计、溶液浓度控制装置的可靠性、拓展制热运行的环境温度范围。
传统传统工艺热泵机组开发人员也需要在提高其IPLV上多做思考。
塔式光热发电技术介绍
塔式光热发电技术介绍太阳能热发电是利用聚光太阳能集热器把太阳能辐射能聚集起来，加热工质推动原动机发电的一项太阳能利用技术。
按太阳能采集方式不同，主要分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种。
其中，塔式太阳能光热发电以其在规模化、光电转化效率以及投资成本等多方面具有槽式、蝶式以及线性菲涅耳式等难以媲美的综合优势，而具有更好的发展前景，目前各国都越来越关注塔式光热发电技术的发展和研究。
一、塔式光热发电技术介绍1．基本原理塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场，将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上，转换成热能后，传给工质升温，经过蓄热器，再输入热力发动机，驱动发电机发电。
塔式光热发电系统由聚光子系统，集热子系统，发电子系统，蓄热子系统，辅助能源子系统五个子系统组成。
其中，聚光子系统与集热子系统为其组成核心技术。
2．塔式光热发电的优势由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35％左右。
因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大；线性菲涅尔式太阳能热发电系统效率不高；碟式太阳能热发电系统单机规模受到限制，造价昂贵。
与另外三种光热发电方式相比，塔式塔式太阳能热发电系统可通过熔盐储热，且具有聚光比和工作温度高、热传递路程短、热损耗少、系统综合效率高等特点，可实现高精度、大容量、连续发电，是最为理想的发电方式。
二、太阳能光热发电发展现状日前，全世界已建成十余个塔式太阳能光热发电试验示范电站。
代表性的塔式光热电站有美国的Ivanpah电站，西班牙的PS10、PS20以及Gema Solar电站、2016年2月刚投入运营的南非Khi Solar One塔式电站、新月沙丘电站。
我国光热发电技术研究起步相对较晚，目前没有投入运营的商业电站，截止至目前为止，仅有几个示范项目。
我国具有代表性的示范项目为德令哈50MW项目的一期10MW项目。
能源塔PK空气源热泵
存在问题3
问题4、当环境空气温度高于1.0℃时（未喷淋），低 温空气与翅片进行热交换时凝结了空气中的大量水分，吸 收了空气中的潜热。 我的回答：无法凝结空气中的大量水分，没有吸收空 气中的潜热。空气源热泵才可以吸收空气中的潜热。 前面已经指出，冬季室气温较低，空气中的水蒸气含量 很低，因此水蒸气凝结成为水释放“潜热”很低。
存在问题3
相对含水量%
80%
70%
60%
50%
空气温度℃ 2 4 6 -0.30 0.90 2.80
露点温度℃ -1.90 -0.20 1.00 -3.80 -2.10 -0.40 -5.90 -4.30 -2.60
要想使空气中水分凝结出来，翅片管的温度必须低于空气露 点温度。含水量低于80%时，露点温度低于0℃，空气中析出 的水分会马上结冰。能源塔没有除霜的功能，如果发生冻结系 统停止工作。而空气源热泵具有自动除霜的功能，因此空气源 热泵才可以吸收空气中的潜热。
存在问题4
问题4、当环境空气温度低于1.0℃时，为防止湿空气 遇冷结霜，自动喷淋环保防冻溶液，溶液在能源塔中热交 换吸热主要是依靠表面液膜，在发生显热交换的同时又有 潜热交换存在。 我的回答：有水分蒸发潜热发生，但是会降低喷淋液 温度，不利于换热。 当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传 热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在 压力的作用下产生蒸发现象，将水中的热量带走，从而达 到降温之目的。冬季换热目的是提高温度，来增加换热效 率。因此采用冬季喷淋的方法，不利于换热，会降低系统 效率。
存在问题10
问题10、能源塔运行状态不经济。 能源塔和空气源热泵都是通过风机转动，带动空气流 动与换热器换热。能源塔风机功率大，不能变速，能耗高。 夏季运行时转换为冷却塔时，漂水严重。冬季建筑热负荷 随室外温度变化而变化，而夏季建筑冷负荷除了随室外温 度变化以外，还与室内人数、热源大小有关。据统计，冬 季和夏季建筑负荷基本在60%~70%，能源塔无法根据 负荷调整风机转速和溶液泵流量。 空气源热泵根据建筑负荷自动调整运行模块的数量， 达到与建筑负荷相匹配，仅此一项，比能源塔节能10% 以上。
蓝德能源塔热泵系统介绍
蓝德能源塔热泵系统介绍传统中央空调不仅是“电老虎”，而且还排放大量有害气体;而热泵技术，却只需要消耗少量电能，就能在城市建筑中采暖、制冷、供热水。
长期以来，宾馆、商场等公共建筑，以及办公楼、住宅等的制冷、采暖和卫生热水的供应，一直采用传统的分体空调、冷水机组加锅炉或直燃式溴化锂等方式，不仅消耗大量一次能源，而且运行费用高，并排放大量有害气体，污染环境。
十几年前由欧洲引进我国，目前已经技术成熟的地源(水源)热泵，开创了利用浅层地热能的新领域。
其基本原理是：机组消耗少量电能，将水(地下水、江河湖水、海水、城市污水、工业废水等)或土壤中的热量转移到房间，冬季采暖，夏季制冷，并供应卫生热水，不消耗煤、气、油等一次能源，不污染环境，无燃烧，零排放，比传统采暖、制冷方式节约运行费用40%-60%。
在北方及江浙等地区推广应用后，节能减排成效十分显著。
开发利用浅层地热能符合我国产业规划，是城市节能减排的重要途径。
城市节能减排已成为建设资源节约型、环境友好型社会的重要内容，原建设部、财政部2006年曾联合发布《关于推进可再生能源在建筑中应用的实施意见(建科〔2006〕213号)》。
意见指出，我国太阳能、浅层地能等资源十分丰富，在建筑中应用前景十分广阔，需要大力进行扶持、引导，使其尽快达到规模化应用。
各级政府要建立可再生能源在建筑中应用工作协调机制，各地建设主管部门要会同各有关部门研究在新建、改建政府办公建筑、大型公共建筑及高档小区建设中强制使用可再生能源。
能源塔热泵的发展背景及基本原理随着热泵技术在全国范围的大面积推广，一些地下水资源不丰富的地区及不具备打井、埋管的地区无法采用目前最为节能的热泵技术，只能采用传统的空调形式，高额的运行成本压的业主及开发商喘不过气来。
针对这一特殊的现象，为了更多的地区有条件使用更为节能、环保的产品，目前全国最大的热泵专业生产厂家之一的烟台蓝德空调工业有限责任公司，经过几年的专心研发，成功推出了适合于长江以南(最低气温-7℃以上，空气湿度较大)广大地区使用的热泵新产品??能源塔热泵，并取得国家专利(专利号ZL2007 2 0025071.2)。
能源塔热泵特点
能源塔热泵机组介绍能源塔热泵机组是政府大力推广的技术先进、运行费用节省的高效节能设备。
已被列入南京市、无锡市、苏州市、上海市、宁波市、舟山市、慈溪市等节能办《2010节能技术（产品）导向目录》。
能源塔热泵机组具有如下优势及特点：1、节能效果显著冬季，平均能效比在3.5以上且无结霜现象。
夏季，能效比在4.5以上。
仅空调功能，综合比风冷热泵机组、VRV系统节能40%以上，同时，夏季可全热回收制得免费卫生热水，VRV系统则需另外提供热水。
2、一机多用实现冬季供暖、夏季制冷、蓄冰以及全年提供卫生热水。
提高了设备使用率，降低初投资，节能环保。
3、不受地质条件与场地限制能源塔热泵系统适用于室外湿球温度高于-9℃以上长江以南地区。
风冷热泵室外环境温度低于零度就需要电辅助加热了.与地源热泵相比较：不受地质条件的制约，占地面积小；与风冷热泵相比较：主机放置在机房，噪音小，功率大。
4、运行稳定、寿命长热泵机组冬季使用的热源，是相对湿度较高的空气中的低品位热能，蒸发压力稳定度和蒸发温度都高于风冷热泵，使得能源塔热泵系统有更宽的运行范围；热泵机组夏季使用的能源塔有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调负荷，冷却水温低，效率高。
全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长。
5、系统设计简单与地源热泵比：不用考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡；与风冷热泵比：不用考虑辅助电加热和冬季融霜的问题, 单机功率范围大。
6、适用性强既可应用于新建建筑又适用于既有建筑的节能改造。
如果仅仅是制取卫生热水初投资比风冷热泵热水器要低，但是效率更高，寿命更长！7、除以上优势外，还有下列特点：模块化组合设计；冬季补水口防结冰；风机、支架、管路采用船舶防腐措施；流量按照吸热设计，夏季兼做高效冷却塔；低飘水率：0.1%；低噪音设计；大容积底盘；下雨防护等；且操作方便易维护能源塔热泵系统原理能源塔利用水和空气的接触，通过热质交换将空气中的热量传递给水。
冬季制热时可利用冰点低于零度的载体介质，如氯化钙溶液提取空气中的低品位热源，通过向能源塔热泵机组输入少量电能，得到大量的高品位热能，可以供热及提供热水。
能源塔热泵系统及其热性能分析
暖通空调ＨＶ＆Ａｃ ２０１１年第４ｌ卷第５期
８９
烟台蓝德空调工业有限责任公司孟庆山☆ 张战张新力冯海
摘要介绍了能源塔热泵系统的原理和载冷剂溶液的性质，建立了吸湿量的数学模型，实 测分析了能源塔热泵在不同湿球温度下的制热量和制热性能系数（００Ｐ）。结合南京地区应用 实例，计算了供热季节性能系数（ＨＳＰＦ）。结果显示，能源塔热泵系统在湿度较大的长江流域 有广阔的应用前景。
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一
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？（ＩＯ ２ｊ（１
－暇湿量一２５０～一２００ｋｇ／ｈ－一２００～一１５０ｋｇ／ｈ。一１５０～一１００ｋｇ／ｈ
·一１００～一５０ｋｇ／ｈ
－一５０～Ｏｋｇ／ｈ
·０～５０ｋｇ／ｈ
５０～１００ｋｇ／ｈ
－１００～１５０ｋｇ／ｈ
１５０～２００ｋｇ／ｈ
图３能源塔吸湿■与空气状态的关系
系数为２５％，一２～１８℃之间线性变化，表示为
ｒ１
￡≤一２
取（ｆ）一＿Ｏ．９２５一Ｏ．０３７ ５￡一２＜￡≤１８
ｌｏ
ｆ＞１８
（１１）
部分负荷系数受建筑结构、设备选型、使用管 理、环境温度等多种因素的制约，部分负荷系数不
同，对ＨＳＰＦ略有影响。 ５能源塔热泵的实测性能
冬季室外空气的状态参数对能源塔热泵系统 容量和制热性能系数（００Ｐ）的影响很大。图５是 ＧＳＨＰ—０４２８Ｎ型能源塔热泵机组主机在冬季制
安全余量，溶液的凝固点温度需要低于一９℃。
为了降低对金属的腐蚀性，要将溶液调控到偏
碱性环境，取ｐＨ值为８左右。
３能源塔吸湿量
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澎 ≯＾ ｉ，７＼＼一一 ＼ ／卜＼ ＼吨．
图２能源塔换热焙湿图
相对湿度。溶液换热升温．空气是降温，等湿线ｄ
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热源塔结构示意图
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 塔体框架 出风筒 维护板 进风栅 变速电动机控制装置 斜射旋流风机 高效肋片 换热管 进液口 出液口 斜流折射分离器 斜射旋流分离器 接水盘 凝结水控制装置 溶液控制阀 溶液池 喷淋泵控制装置 喷淋器
传统—风冷热泵
无
有，且VRV 形式泄露 较常见 无
节能— 地源热泵
垂直 埋管 地下 打井 湖水 换热
无
一般无；如在冷却换热 系统中添加极端抗冻物 质存在少许 存在水源污染隐患，视 工程施工完备性而定 存在水源污染隐患，视 工程施工完备性而定 无
无 无
无 无
节能—热源塔热泵
无
无
热源塔与常用中央空调对比
发冷却水温度低的节能特点；用于冬季供暖时，采用低温宽带技术和
负温度喷淋防霜溶液。 热源塔热泵在中国长江流域以南：
1.对比单冷机+燃油锅炉耗能低45%左右；
2.对比单冷机+燃气锅炉耗能低25%左右；
热源塔热泵系统的原理及其应用
热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点
热源塔热泵系统的应用
热源塔热泵系统特点5
系统设计简单
与地源热泵比：不用考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡；
与风冷热泵比：不用考虑辅助电加热和冬季融霜的问题。
热源塔热泵系统特点6
适用性强
既可应用于新建建筑又适用于既有建筑的节能改造。
热源塔热泵系统特点7
经济、高效
热源塔热泵系统综合经济性能较高，用于夏季制冷时具有负压蒸
热源塔低温技术适用范围
项目地质条件缺水、少水，不具备埋管、打井、其他水源换热的 地区； 适用于长江以南地区冬季室外计算空气干球温度不低于-8℃，计 算相对湿度不低于60%的气候条件； 建筑面积大于1万平方、空调负荷容量不小于1000kw规模中大型公 共项目；
传统单冷水机制冷+锅炉制热形式的改造项目。
2.开式热源塔
·循环介质在管道内流动，在 塔内经过喷淋装置喷淋到换热 器上，与空气直接接触； ·换热器为填料（塑料、PVC、 PP）； ·喷淋装置主要用于喷洒循环 介质，从而循环介质与空气相 接触。
3.混合式热源塔
部分循环介质通过塔内换热器，部分循环介质通过喷淋装置喷洒到换 热器上。 部分循环介质与空气直接接触。
热源塔热泵系统的原理及其应用
热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点
热源塔热泵系
传热介质与空气在其中进行热交换并为热泵机
组提供连续冷热源的塔式换热装置。 冬季：利用冰点低于零度的载体介质，高效提
取低温环境下相对湿度较高的空气中的低品位
热源塔热泵系统的原理及其应用
热源塔热泵系统的原理及其应用
热源塔热泵系统的背景 热源塔热泵系统的原理 热源塔热泵系统的特点
热源塔热泵系统的应用
热源塔热泵系统的背景
中国南方地区冬季潮湿阴冷，空气湿度大，采用燃油、燃气、煤为主 供热时，其能耗高又污染环境;传统空气源热泵在冬季供热时严重结 霜，融霜耗电大，热泵效率低;而地源热泵在城市的应用受到地质条 件、场地的限制，在这种背景下开发的热源塔热泵空调系统。 概念：以室外空气为冷热源，由热源塔热交换系统、热源塔热泵机组、 建筑物内系统组成的可为建筑物提供供冷、供热和加热生活热水的系 统。 适用范围：适用于冬季室外计算空气干球温度不低于-8℃，计算相对 湿度不低于60%的气候条件
自动加药系统
防冻液除了存在飘失损失外，当环境相对湿度较高时，热源塔还 会吸收空气中的水分，从而将盐溶液稀释。因此，防冻液损失由两部 分组成：飘失损失和结露损失。
为防止盐溶液的浓度降低，必须定期测定盐溶液的浓度，浓度降 低时，应补充盐量，使其保持在适当的浓度；另外，当空气相对湿度 较低时，机组运行时盐溶液中的水分会蒸发，盐溶液会浓缩，也需要 补充水分。自动加药装置可自动检测盐溶液的浓度，这样盐溶液的浓
案例分析
普陀山大酒店 建筑面积：15000m2 空调机型：原使用单冷螺杆+燃油锅炉 ；制冷量1500千瓦 改造系统：制冷、制热：热源塔热泵机组 改造后，年降低能耗80万左右
列 项目简介
项
改造前系统 项目概述 改造要求
改造后系统
中国浙江 普陀山 四星级酒店 15000㎡ 改造原有空调耗能、效果降低现状，降低污染，满需原有 空调只用要求，满需每天80吨热水需求 制冷/热：热源塔热泵 350kw×3台+90kw×2台
案例分析
运行能耗（元） 夏季制冷 冬季采暖 生活热水 合 计 年节约能耗 改造前系统 532950 793800 1041600 2368350 120万 改造后系统 420008 494131 246000 1160138
改造效果
2007年改造后，次年空调及热水年能耗节省120万
热源塔热泵系统的应用
热源塔的组成部分
塔身
热源塔的组成部分
风机
热源塔的组成部分
换热器
热源塔的组成部分
喷淋装置
热源塔的组成部分
防冻、补水系统
热源塔的分类
闭式热源塔
开式热源塔 混合式热源塔
1.闭式热源塔
·循环介质一直都在管道 内流动，不与外部空气相 接触； ·换热器为铜管、肋片； ·喷淋装置主要用于喷洒 防冻液，从而防止换热器 表面结霜与结冰； ·喷淋装置内的防冻液与 循环介质并不混合。
节能— 地源热泵
垂直 埋管
4.5-5
地下 打井 湖水 换热 节能—热源塔热泵
5-6
4-5
4
3-4
4.5
4
热源塔与常用中央空调对比
可用空调系统形式 传统—单冷水机+锅炉 空气 锅炉排放气体宜 造成二次污染 无 噪声 主机位于机房， 仅为冷却塔噪声 有，一般需置屋 顶且有相关避音 措施 全封闭系统，噪 声等级最小 全封闭系统，噪 声等级最小 全封闭系统，噪 声等级最小 同冷却塔转数且 有变频系统可降 噪 土壤/水源 无 冷媒泄露 无
热源塔热泵防霜系统
溶液防霜浓缩系统的原理：
当喷射浓缩机检测到环境空气温度低于１℃时，关闭冷凝水排水 阀，启动喷射浓缩机，将溶液池溶液浓缩升压，高压溶液通过控制阀 进入喷射器向换热器喷射溶液，与换热器换热，形成水滴，靠重力作 用落入溶液盘，进入溶液池，完成一个喷射和浓缩周期，待低温期过 后采用浓缩装置分离水分。当环境空气温度高于１℃时，关闭喷射浓 缩机，开启冷凝水排水阀。
度就能够达到一个动态的平衡。
抗冻剂选择要点
抗冻剂又称阻冻剂，是一类加入到其他液体(一般为水)中以降低其冰 点、提高抗冻能力的物质。 抗冻剂有甲醇、乙醇、乙二醇、水溶性酰胺和氯化钙、盐水等。 不同的用户可以根据自己的需要加以选择。
抗冻剂加入量
抗冻剂加入量参考表
所加抗冻剂数量（吨）
25 20
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运行稳定、寿命长
热泵机组冬季使用的热源,是相对湿度较高的空气中的低品位热 能，蒸发压力稳定度和蒸发温度都高于风冷热泵，使得机组比风冷热 泵机组有更宽的运行范围； 热泵机组夏季使用的冷源，是汽化蒸发潜热带走空调余热，热 源塔在夏季有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调负荷，冷却水温低， 效率高。
全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长
空调系统形式
制冷：单冷水机1200KW×1台 制热：1吨燃油锅炉×2台（含热水）
面临状况
原空调机组制冷量减小、自转功率比高、能效比下降 燃油自开业始至06年油费上涨,自2460元/吨到5530元/吨,费用过高
改造思路
根据酒店客房开启率及热水使用要求，设置3台螺杆机及2台涡旋形式热 源塔机组 夏季：5台机组同时提供空调制冷；其中2台涡旋形式主机余热回收制取 生活热水 冬季：3台螺杆机组满足空调制热；2台涡旋机组优先进行热水制取，冬 季最不利工况条件，2台涡旋机组合并螺杆机组进行空调制热；