能源塔PK空气源热泵
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能源塔是依靠室外空气温度控制喷淋状态，即：当冬 季室外温度较高时，不采取喷淋。这不能保证换热器不结 霜。 空气的露点温度与空气的含水量有很大关系，含水量 较低时，即使空气温度高于0℃，但空气露点可能低于0℃。 当空气与换热器表面接触时，换热器内循环液温度较低， 空气会马上结露析出水分，并发生冻结。由于没有除霜功 能，机组只能等到空气温度升高，融霜以后再开机，反复 启停对热泵机组会造成损坏。
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。
能源塔工作原理和工作特点
工作特点：
来自低于环境温度6-8℃的低温循环溶液，进入低温 宽带换热器，获得低于环境温度2-3℃的溶液，释放低温 位显热源作为低热源热泵的热源。 当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿度较大， “潜热”含量高，低温宽带换热器在进行热交换时凝结了 空气中的大量水分。 当环境空气温度低于1.0℃时，空气相对湿度较小，为 防止湿空气遇冷结霜，负温度防霜系统根据设定温度控制 要求，自动喷淋环保防冻溶液，稀释后的防冻溶液待低温 周期过后，自喷淋浓缩或采用反渗透浓缩装置浓缩。 （以上摘自能源塔专利）
我们的建议
如果冬季环境特别恶劣的地区，又考虑前期投资， 可以考虑辅助系统，但要事先分析给客户利弊，更重要 的辅助系统品质要过关。设计主要是从前期投资的这个 层面考虑的，即设计时满足夏季需求，冬季热水负荷和 采暖负荷较高时，采用辅助加热方式补充。
我们的建议
最后给出蓝德能源塔和克莱门特空气源热泵样本的数据，
其优点是传热面积大，便于检修和清洗方便。缺点是喷淋不易均匀， 下部的管子不能被润湿，并且几乎不参于热交换，因此对于石油产品 或有机体的冷却不宜采用这种热交换器，而能源塔换热器内的流体一 般采用乙二醇水溶液，恰恰就是有机体。
存在问题6
喷淋式换热器主要是为了冷却液体而设计的，水分蒸 发有助于增强冷却效果。但是如果把这种模式应用的制热 时，会存在诸多问题。水分蒸发潜热带走了水中大部分热 量，必须增强空气与水的显热换热，使换热面积增大，金 属耗量大。因此，能源塔的投资高于工业上的喷淋冷却塔， 更高于空气换热器的室外机。
空气源热泵wk.baidu.com天并非“怕冷”
其次，是核心要件的性能，主要指压缩机。 空气源热泵热水器产品的好坏，关键在于压缩机的 品质，压缩机是热泵机组心脏，一定要选择进口的，而 且是专用热泵压缩机。如果不是，那热泵热水器制热能 力会大打折扣，特别在冬季。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
再次，是工质，即冷媒。 一般说来热泵热水器携热能力不足，多半是因为工质 问题，要么工质的品种不适应热泵热水器，要么就是充 注量不足或因为工质盘管有漏点导致工质丢失。这也是 导致设备制热能力低下或在冬季瘫痪的一个重要方面。
50% -0.90 0.50
空气温度℃ 2 4
湿球温度℃
6
4.50
3.80
3.00
2.20
存在问题5
图2 能源塔换热原理图
存在问题5
采用能源塔以后， 热泵蒸发器内的制冷 剂温度高于空气温度 11~12℃ ， 而 空 气 源 热 泵 仅 仅 有 7~8℃，相差4℃。
图3 空气源热泵换热原理图
存在问题5
空气源热泵冬天并非“怕冷”
首先，是自然环境，包含两个方面，一是环境温度，一是环 境湿度。 空气源热泵在冬天出现的问题，大多是因为系统匹配不合理 的原因造成的。比如在冬天使用了夏天的工况设计选型，到了寒 冷的冬天，空气源热泵机组就出现产水量不足，在机组制热效率 下降长时间运行时，甚至受自动保护程序使机组停止运行。 环境湿度的大小影响着空气源热泵结霜的快慢，例如沿海地区 空气湿度大，有时气温在2℃时就有结霜现象。结霜本是热泵固 有的现象。关键问题是如何最大限度内阻霜和及时有效的化霜。 专业的制造商区有一套可靠的优化方案，而一般非专业制造制造 商则多为追求价格成本，直接采用普通的空调室外机稍加改造作 为室外主机，不具备除霜功能。
2.39
2.95 3.39 3.88 5.18 16.91 18.93 21.15
1.59
1.97 2.26 2.58 3.46 11.28 12.62 14.10
存在问题2
问题2、当环境空气温度高于1.0℃时（未喷淋），低 温空气通过翅片传热给换热管内的循环溶液，循环溶液进 入蒸发器，作为热泵热源。 我的回答：此种工作模式，效率低于空气源热泵 低温空气与循环溶液换热，循环溶液再与蒸发器内制 冷剂换热，中间多了一次换热过程。而空气源热泵直接将 低温空气与蒸发器内制冷剂换热，换热效率提高50%以 上，蒸发器蒸发温度相应升高，COP相比可提高30%。
能源塔存在问题解析
问题1、当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿度 较大，“潜热”含量高。 我的回答：当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿 度较大，“潜热”含量不一定高，反而很低。 相对湿度和湿度是两个概念，相对湿度表示的空气含 水量与空气饱和含水量的比值，相对湿度大并不代表空气 的含水量大。实际上空气的含水量是与温度和压力有关的。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
最后，补充一点，就是如何看待冬季环境恶劣添加辅助加热 问题。 首先肯定的是空气源热泵热水设备完全有能力单独制热水， 不需要其他辅助设备。为什么我们看到许多项目添加了这种辅 助设备呢？尤其是电辅助设备较多。原因有二：一是客户感觉 前期投资太大不情愿按照冬季要求配置，主动要求如果冬季产 热水不够，就用辅助加热，这和空气源热泵能否过冬是两回事； 二是，主要是非正规的厂商，利用客户贪图便宜及不了解热泵 的心理，故意按照夏季标准配置，工程配套材料全是劣质品， 什么“1P机1T水，即使在冬季气温-10℃，也照样够用”结果 安装后，水箱底部一周插满电热管，这种现象出现在小宾馆， 小旅店的身上比较多。”
存在问题7
问题7、能源塔喷淋液浓度控制复杂。
能源塔暴露在环境中，冬季，溶液漂失严重，污染环 境，溶液暴气后含氧量高，腐蚀设备。在喷淋过程中，溶 液浓度变化大，冰点上升，常常导致系统不能正常工作。 因此系统需要有一套添加防冻剂的装置。空气源热泵不需 要。
存在问题8
问题8、能源塔难以避免换热器结霜。
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5
问题5、喷淋时，总热交换是显热交换加潜热交换的代 数和，使喷淋液接近于空气湿球温度下限值1-2℃，换热 器内流体低于环境温度2-3℃。 我的回答：喷淋液实际低于空气温度3-4℃。换热器内 流体低于环境温度10-11℃。
相对含水量%
80% 0.80 2.60
70% 0.10 1.90
60% -0.20 1.20
问题1
相对含水量
温度℃ -6 2.88
100%
80%
2.31
60%
1.73
40%
1.15
含水量g/m3
-2
0 2 4 6 28 30 32
3.98
4.92 5.64 6.46 8.64 28.19 31.55 35.24
3.18
3.93 4.52 5.17 6.91 22.55 25.24 28.19
图4 蒸发器水 温度对机组COP 值的影响图
冷凝器侧进、出水温度（45/50℃）一定的情况下。蒸 发器内的制冷剂温度升高，机组的运行效率也相应升高。 因此空气源热泵的效率，要高于能源塔30%左右。
存在问题6
问题6、能源塔换热面积大于空气源热泵换热面积，投资 大。
能源塔实际就是一种工业上常用的喷淋蛇管式冷却塔。
可以清楚看清二者的运行差别。
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。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
对于空气源热泵节能、环保、安全的优势，无容置疑， 但目前因为品牌繁多、市场杂乱、标准各异、宣传误导，给 希望选用热泵热水器的人们造成诸多困扰。让人们产生许多 误解，比较常见的误解就是：“空气源热泵冬天不能使用”。 如果空气源热泵冬天怕冷、无法使用，也就失去了国家 作为节能新技术项目推广使用的意义。只要空气源热泵热水 器的产品质量可靠、工程设计配置合理，过冬就不会有问题。 影响空气源热泵制热效果关键因素有三个方面：一是自然环 境，二是核心要件的性能质量，主要指压缩机；三是工质， 即冷媒。解决好这三个关键，还有什么样的冬天过不去呢？
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。
存在问题9
问题9、能源塔与机组不匹配。
能源塔毕竟是个新事物，从目前使用建筑的来看，仅 仅是一些几千平米的宾馆类建筑（来自能源塔热泵空调技 术网），技术上还不成熟。能源塔的夏季制冷工况和冬季 制热工况差别很大，能源塔本身实际上就是一种添加防冻 剂的冷却装置，按照何种工况设计选择，以及优化换热面 积是一个值得考虑的问题。 空气源热泵的发展时间较长，目前成个系统已经模块 化，设计者根据当地气象条件，建筑需要选择合适的模块， 进行组合，十分安全方便。
能源塔 与空气源热泵特性分析
主要内容
能源塔结构 能源塔工作原理和工作特点 能源塔存在问题解析 空气源热泵冬天并非“怕冷”
能源塔结构
图1 能源塔与机组结构示意图
能源塔工作原理和工作特点
工作原理：
冷源来源——夏季将循环水均匀喷淋在凹凸形波板亲 水性质填料层上，空气则经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，水分蒸发使冷却水接近于空气湿球 温度上限值1-2℃。 热源来源——冬季将防冻溶液均匀喷淋在凹凸形波板亲 水性质填料层上，空气则经填料空间的表面空隙逆向流通， 形成液气之间的接触面。总热交换是显热交换加潜热（或 负值潜热）交换的代数和，使防冻溶液接近于空气湿球温 度下限值1-2℃。
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。
能源塔工作原理和工作特点
工作特点：
来自低于环境温度6-8℃的低温循环溶液，进入低温 宽带换热器，获得低于环境温度2-3℃的溶液，释放低温 位显热源作为低热源热泵的热源。 当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿度较大， “潜热”含量高，低温宽带换热器在进行热交换时凝结了 空气中的大量水分。 当环境空气温度低于1.0℃时，空气相对湿度较小，为 防止湿空气遇冷结霜，负温度防霜系统根据设定温度控制 要求，自动喷淋环保防冻溶液，稀释后的防冻溶液待低温 周期过后，自喷淋浓缩或采用反渗透浓缩装置浓缩。 （以上摘自能源塔专利）
我们的建议
如果冬季环境特别恶劣的地区，又考虑前期投资， 可以考虑辅助系统，但要事先分析给客户利弊，更重要 的辅助系统品质要过关。设计主要是从前期投资的这个 层面考虑的，即设计时满足夏季需求，冬季热水负荷和 采暖负荷较高时，采用辅助加热方式补充。
我们的建议
最后给出蓝德能源塔和克莱门特空气源热泵样本的数据，
其优点是传热面积大，便于检修和清洗方便。缺点是喷淋不易均匀， 下部的管子不能被润湿，并且几乎不参于热交换，因此对于石油产品 或有机体的冷却不宜采用这种热交换器，而能源塔换热器内的流体一 般采用乙二醇水溶液，恰恰就是有机体。
存在问题6
喷淋式换热器主要是为了冷却液体而设计的，水分蒸 发有助于增强冷却效果。但是如果把这种模式应用的制热 时，会存在诸多问题。水分蒸发潜热带走了水中大部分热 量，必须增强空气与水的显热换热，使换热面积增大，金 属耗量大。因此，能源塔的投资高于工业上的喷淋冷却塔， 更高于空气换热器的室外机。
空气源热泵wk.baidu.com天并非“怕冷”
其次，是核心要件的性能，主要指压缩机。 空气源热泵热水器产品的好坏，关键在于压缩机的 品质，压缩机是热泵机组心脏，一定要选择进口的，而 且是专用热泵压缩机。如果不是，那热泵热水器制热能 力会大打折扣，特别在冬季。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
再次，是工质，即冷媒。 一般说来热泵热水器携热能力不足，多半是因为工质 问题，要么工质的品种不适应热泵热水器，要么就是充 注量不足或因为工质盘管有漏点导致工质丢失。这也是 导致设备制热能力低下或在冬季瘫痪的一个重要方面。
50% -0.90 0.50
空气温度℃ 2 4
湿球温度℃
6
4.50
3.80
3.00
2.20
存在问题5
图2 能源塔换热原理图
存在问题5
采用能源塔以后， 热泵蒸发器内的制冷 剂温度高于空气温度 11~12℃ ， 而 空 气 源 热 泵 仅 仅 有 7~8℃，相差4℃。
图3 空气源热泵换热原理图
存在问题5
空气源热泵冬天并非“怕冷”
首先，是自然环境，包含两个方面，一是环境温度，一是环 境湿度。 空气源热泵在冬天出现的问题，大多是因为系统匹配不合理 的原因造成的。比如在冬天使用了夏天的工况设计选型，到了寒 冷的冬天，空气源热泵机组就出现产水量不足，在机组制热效率 下降长时间运行时，甚至受自动保护程序使机组停止运行。 环境湿度的大小影响着空气源热泵结霜的快慢，例如沿海地区 空气湿度大，有时气温在2℃时就有结霜现象。结霜本是热泵固 有的现象。关键问题是如何最大限度内阻霜和及时有效的化霜。 专业的制造商区有一套可靠的优化方案，而一般非专业制造制造 商则多为追求价格成本，直接采用普通的空调室外机稍加改造作 为室外主机，不具备除霜功能。
2.39
2.95 3.39 3.88 5.18 16.91 18.93 21.15
1.59
1.97 2.26 2.58 3.46 11.28 12.62 14.10
存在问题2
问题2、当环境空气温度高于1.0℃时（未喷淋），低 温空气通过翅片传热给换热管内的循环溶液，循环溶液进 入蒸发器，作为热泵热源。 我的回答：此种工作模式，效率低于空气源热泵 低温空气与循环溶液换热，循环溶液再与蒸发器内制 冷剂换热，中间多了一次换热过程。而空气源热泵直接将 低温空气与蒸发器内制冷剂换热，换热效率提高50%以 上，蒸发器蒸发温度相应升高，COP相比可提高30%。
能源塔存在问题解析
问题1、当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿度 较大，“潜热”含量高。 我的回答：当环境空气温度高于1.0℃时，空气相对湿 度较大，“潜热”含量不一定高，反而很低。 相对湿度和湿度是两个概念，相对湿度表示的空气含 水量与空气饱和含水量的比值，相对湿度大并不代表空气 的含水量大。实际上空气的含水量是与温度和压力有关的。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
最后，补充一点，就是如何看待冬季环境恶劣添加辅助加热 问题。 首先肯定的是空气源热泵热水设备完全有能力单独制热水， 不需要其他辅助设备。为什么我们看到许多项目添加了这种辅 助设备呢？尤其是电辅助设备较多。原因有二：一是客户感觉 前期投资太大不情愿按照冬季要求配置，主动要求如果冬季产 热水不够，就用辅助加热，这和空气源热泵能否过冬是两回事； 二是，主要是非正规的厂商，利用客户贪图便宜及不了解热泵 的心理，故意按照夏季标准配置，工程配套材料全是劣质品， 什么“1P机1T水，即使在冬季气温-10℃，也照样够用”结果 安装后，水箱底部一周插满电热管，这种现象出现在小宾馆， 小旅店的身上比较多。”
存在问题7
问题7、能源塔喷淋液浓度控制复杂。
能源塔暴露在环境中，冬季，溶液漂失严重，污染环 境，溶液暴气后含氧量高，腐蚀设备。在喷淋过程中，溶 液浓度变化大，冰点上升，常常导致系统不能正常工作。 因此系统需要有一套添加防冻剂的装置。空气源热泵不需 要。
存在问题8
问题8、能源塔难以避免换热器结霜。
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5
问题5、喷淋时，总热交换是显热交换加潜热交换的代 数和，使喷淋液接近于空气湿球温度下限值1-2℃，换热 器内流体低于环境温度2-3℃。 我的回答：喷淋液实际低于空气温度3-4℃。换热器内 流体低于环境温度10-11℃。
相对含水量%
80% 0.80 2.60
70% 0.10 1.90
60% -0.20 1.20
问题1
相对含水量
温度℃ -6 2.88
100%
80%
2.31
60%
1.73
40%
1.15
含水量g/m3
-2
0 2 4 6 28 30 32
3.98
4.92 5.64 6.46 8.64 28.19 31.55 35.24
3.18
3.93 4.52 5.17 6.91 22.55 25.24 28.19
图4 蒸发器水 温度对机组COP 值的影响图
冷凝器侧进、出水温度（45/50℃）一定的情况下。蒸 发器内的制冷剂温度升高，机组的运行效率也相应升高。 因此空气源热泵的效率，要高于能源塔30%左右。
存在问题6
问题6、能源塔换热面积大于空气源热泵换热面积，投资 大。
能源塔实际就是一种工业上常用的喷淋蛇管式冷却塔。
可以清楚看清二者的运行差别。
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。
空气源热泵冬天并非“怕冷”
对于空气源热泵节能、环保、安全的优势，无容置疑， 但目前因为品牌繁多、市场杂乱、标准各异、宣传误导，给 希望选用热泵热水器的人们造成诸多困扰。让人们产生许多 误解，比较常见的误解就是：“空气源热泵冬天不能使用”。 如果空气源热泵冬天怕冷、无法使用，也就失去了国家 作为节能新技术项目推广使用的意义。只要空气源热泵热水 器的产品质量可靠、工程设计配置合理，过冬就不会有问题。 影响空气源热泵制热效果关键因素有三个方面：一是自然环 境，二是核心要件的性能质量，主要指压缩机；三是工质， 即冷媒。解决好这三个关键，还有什么样的冬天过不去呢？
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。
存在问题9
问题9、能源塔与机组不匹配。
能源塔毕竟是个新事物，从目前使用建筑的来看，仅 仅是一些几千平米的宾馆类建筑（来自能源塔热泵空调技 术网），技术上还不成熟。能源塔的夏季制冷工况和冬季 制热工况差别很大，能源塔本身实际上就是一种添加防冻 剂的冷却装置，按照何种工况设计选择，以及优化换热面 积是一个值得考虑的问题。 空气源热泵的发展时间较长，目前成个系统已经模块 化，设计者根据当地气象条件，建筑需要选择合适的模块， 进行组合，十分安全方便。
能源塔 与空气源热泵特性分析
主要内容
能源塔结构 能源塔工作原理和工作特点 能源塔存在问题解析 空气源热泵冬天并非“怕冷”
能源塔结构
图1 能源塔与机组结构示意图
能源塔工作原理和工作特点
工作原理：
冷源来源——夏季将循环水均匀喷淋在凹凸形波板亲 水性质填料层上，空气则经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，水分蒸发使冷却水接近于空气湿球 温度上限值1-2℃。 热源来源——冬季将防冻溶液均匀喷淋在凹凸形波板亲 水性质填料层上，空气则经填料空间的表面空隙逆向流通， 形成液气之间的接触面。总热交换是显热交换加潜热（或 负值潜热）交换的代数和，使防冻溶液接近于空气湿球温 度下限值1-2℃。