目前生產(chǎn)和使用的空氣源熱泵戶(hù)型中央空調存在有一些急待解決的問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調，對節能、降低用戶(hù)運行費用和電網(wǎng)調峰有著(zhù)十分重要的意義和發(fā)展前景。為了加快地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的發(fā)展和應用，建議電力部門(mén)盡快建立完善鼓勵低谷用電的優(yōu)惠政策，如盡可能拉大峰谷電價(jià)比，給予蓄冰空調設備的開(kāi)發(fā)和使用補貼等。同時(shí)也建議有關(guān)廠(chǎng)家加強地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的開(kāi)發(fā)研究，降低造價(jià)，提高綜合效益，為戶(hù)型蓄冰中央空調開(kāi)辟更廣闊的市場(chǎng)。
1、戶(hù)型中央空調的發(fā)展 戶(hù)型中央空調即住宅集中空調，自20世紀90年代進(jìn)入中國市場(chǎng)以來(lái)，正得到很快的發(fā)展。就其原因，首先是我國一直把城鄉居民住房當作頭等大事來(lái)抓。
近年來(lái)人均住房面積有了很大提高，并且住房也有向大戶(hù)型、多居室的別墅、多層和小高層發(fā)展的趨勢;第二，人民生活水平提高，富裕起來(lái)的城鄉居民住房室內裝飾都達“小康”水平，房間空調已滿(mǎn)足不了他們的要求，更多的人把消費投向了戶(hù)型中央空調;第三，生產(chǎn)工藝的成熟和激烈的市場(chǎng)競爭，使得戶(hù)型中央空調的造價(jià)逐漸為工薪階層接受;第四，城市建筑景觀(guān)和環(huán)境的限制，也使城市的一些小型商業(yè)用戶(hù)轉而使用小型集中空調。以上幾點(diǎn)可以看出，關(guān)注和議論戶(hù)型中央空調并非超前，戶(hù)型中央空調將是21世紀的新消費熱點(diǎn)。2、戶(hù)型中央空調目前存在的問(wèn)題及解決辦法2.1戶(hù)型中央空調目前存在的問(wèn)題 經(jīng)對目前戶(hù)型中央空調的調查和了解，我們發(fā)現存在著(zhù)如下問(wèn)題：國內生產(chǎn)的戶(hù)型中央空調大多是以空氣為熱源的熱泵機組，雖然在使用和安裝上有其方便之處，但在夏季炎熱的地區，機組冷凝溫度較高，COP值較低，機組耗電量大;在冬季溫度較低，濕度較大的地區，機組又需融霜，造成室溫波動(dòng)較大，機組耗電量同樣增大.
以空氣為熱源的熱泵機組，受室外空氣的影響很大。隨室外空氣溫度的變化，熱泵機組的制冷(制熱)量與建筑物的需冷(需熱)量變化方向正好相反，很難匹配。 3)目前國內生產(chǎn)的戶(hù)型中央空調均無(wú)真正的能量調節。由于室外空氣溫度變化較大，在整個(gè)供冷或供熱季節中，熱泵機組大多數時(shí)間處于部分負荷下COP值低的狀況。因此，目前有一種“戶(hù)型中央空調買(mǎi)得起，用不起”的說(shuō)法。據了解，在重慶市，建筑面積250m2左右的戶(hù)型中央空調，每月電費在1000元以上。
制冷量6kW以上的戶(hù)型中央空調多要求使用三相電源，而有很多用戶(hù)卻不具備使用三相電源的條件，當用戶(hù)需冷量較大時(shí)，往往采用2臺單相機組并聯(lián)，這不僅增加了投資，也給安裝帶來(lái)不便。 5)家用空調，特別是用電量較大的戶(hù)型中央空調的發(fā)展，導致城市高峰負荷快速增長(cháng)，加劇了城市電網(wǎng)的供需矛盾。例如經(jīng)濟發(fā)達的上海市，供電量為9600MW，居民空調用電約占30%。1998年8月的持續高溫，居民空調全部開(kāi)啟，使上?？照{負荷猛增到3000MW左右，當月13日上海最高用電負荷達9018MW，比1997年同期凈增1000MW，出現電力缺口約700MW，電力高峰、低谷負荷相差3700MW。2.2地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調 針對空氣源熱泵戶(hù)型中央空調的問(wèn)題，筆者提出地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調，其優(yōu)點(diǎn)在于： 1)以土壤為熱源，由于全年土壤溫度波動(dòng)小，隨著(zhù)土壤深度的增加，土壤溫度變化相對穩定。冬季土壤溫度比空氣溫度高，夏季又比空氣溫度低，所以熱泵的供熱供冷的COP值均高。據重慶大學(xué)劉憲英教授科研組的測定，與空氣源熱泵相比，地源熱泵COP值平均提高30%左右[4]，因而可以大大減少戶(hù)型中央空調的耗電量，也為用戶(hù)節省了運行費用。
在室外氣溫處于極度狀態(tài)時(shí)，用戶(hù)對冷(熱)量的需求量處于高峰期，由于土壤溫度有延遲，這時(shí)它的溫度并不處于極端狀態(tài)，它可以提供較小的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度，提高機組的制冷(制熱)能力，盡可能滿(mǎn)足用戶(hù)要求。 3)土壤源熱泵的埋地盤(pán)管不需要除霜，減少了結霜和除霜的損失及復雜的除霜控制，從而降低了戶(hù)型中央空調機組的造價(jià)。 4)土壤源熱泵不需要風(fēng)機，可以減少噪聲和熱風(fēng)污染，而且運行情況好于空氣源熱泵，有較高的可靠性。為用戶(hù)的使用帶來(lái)很大的方便。
土壤源熱泵的主機，可安裝在貯藏室或車(chē)庫內，完全不影響建筑外觀(guān)。
也正是由于土壤溫度的延遲作用，因而可以提高戶(hù)型中央空調單機的制冷量。再加上夜間蓄冰，可減少白天機組制冷量，使機組壓縮機容量減小，降低機組造價(jià)，同時(shí)還可以適應更多的單相電用戶(hù)的需要。 7)夏季，即便是在夜間，土壤源熱泵的冷凝溫度也低于空氣源熱泵，因而可以減小制冷系統運行時(shí)的壓縮比，這為戶(hù)型中央空調利用低谷電蓄冰創(chuàng )造了極為有利的條件。3、地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調應用前景 地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調需要埋地盤(pán)管，給其應用帶來(lái)一定的限制，但筆者還是認為它有較大的市場(chǎng)前景：
小型別墅逐年增多，地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調是富裕起來(lái)的城鄉居民家庭空調的首選機型。這部分居民占我國人口的比例不大，但絕對數不小。 2)城市綠化面積擴大，也為一些低層住戶(hù)和小型商業(yè)、辦公用戶(hù)提供了使用地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的條件。
工礦企業(yè)的辦公、計量、化驗、檢測等附屬用房也具有使用地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的條件。
據國外資料介紹，在定負荷運行情況下，蓄冷空調比非蓄冷空氣調年節能率為13%。因此，蓄冷空調將得到國家重視和推廣，并有可能獲得國家補助，以降低用戶(hù)的投資。
為解決電力負荷不均的問(wèn)題，我國將進(jìn)一步拉大峰谷電價(jià)比，與國際通行峰谷電價(jià)比例靠攏，以鼓勵利用低谷電。與此同時(shí)，“峰谷電價(jià)”也即將進(jìn)入家庭。 上海市已率先對居民家庭實(shí)行“峰谷電價(jià)”，目前已在一些居民家庭中試行。 為鼓勵城鄉居民合理用電，四川省電力公司出臺了一系列峰谷電價(jià)優(yōu)惠政策。安裝了一戶(hù)一表分時(shí)計度的居民用戶(hù)，在6至11月豐水期深夜低谷時(shí)段，每千瓦時(shí)電費只交0.1元。其余季節深夜低谷用電每千瓦時(shí)為0.1875元，而常規用電每千瓦時(shí)電費為0.3878元。隨著(zhù)“峰谷電價(jià)”政策的全面實(shí)行，地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調將會(huì )有更為廣闊的市場(chǎng)前景。 6)近年來(lái)，國外小型蓄冰空調器發(fā)展很快，日本BAC等5家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了幾種10馬力以下經(jīng)濟型的小型冰蓄冷空調器，為內融冰型，變頻和定頻幾種機型，可以蓄冷5h。日本三菱公司已研制開(kāi)發(fā)出功率為0.75kW的蓄冷空調機組。國外產(chǎn)品進(jìn)入中國市場(chǎng)后，必然引起消費者的關(guān)注和選用，同時(shí)也將推動(dòng)國內戶(hù)型蓄冰中央空調的發(fā)展。 4、地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調機組結構形式探討 對于地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調，由于近年來(lái)國內研究地源熱泵的成果較多，技術(shù)也趨于成熟，因此開(kāi)發(fā)此類(lèi)產(chǎn)品主要應集中在小型蓄冰上。作者認為地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調應考慮如下問(wèn)題：1)雙熱力膨脹閥 熱力膨脹閥是最常用的節流元件，它是依靠蒸發(fā)器出口制冷劑的過(guò)熱度大小來(lái)調整閥的開(kāi)度，達到自動(dòng)調節機組的制冷量以滿(mǎn)足外界熱負荷變化的需要。 熱力膨脹閥的容量與制冷劑的質(zhì)量流量、閥前后壓差等制冷工況有關(guān)。由于空調工況與蓄冰工況的制冷劑流量、閥前后壓差及運行特性等差別很大，2種工況采用同一膨脹閥顯然是不合理的。特別是由于熱力膨脹閥本身構造所限，其適用的溫度及調節范圍均小;另外，充液式熱力膨脹閥在蓄冰工況下運行，其蒸發(fā)器出口過(guò)熱度常比空調工況下大的多。膨脹閥容量過(guò)小，會(huì )造成蒸發(fā)器傳熱面積得不到充分利用，制冷量下降;若膨脹閥容量過(guò)大，則又會(huì )影響其調節性能，加大蒸發(fā)器出口溫度的波動(dòng)及過(guò)熱度，制冷系統效率下降，嚴重會(huì )出現液擊現象。 由于制冷主機在空調工況或在蓄冰工況下運轉，一般均在額定負荷下工作，因此其運行條件都相對比較穩定，更適合采用雙膨脹閥，即按空調工況和蓄冰工況分別選擇熱力膨脹閥，機組在空調工況下運行，使用空調用膨脹閥;在蓄冰工況下運行，使用蓄冰用膨脹閥。 為適應現代控制水平要求，采用電子膨脹閥更好，其制冷劑流量調節范圍大，允許系統負荷波動(dòng)大。據介紹和工程實(shí)踐證明，在低負荷下，采用電子膨脹閥的冷水機組較用熱力膨脹閥的機組運轉效率高28%，且冷水溫度可控制在±0.1℃范圍。2)雙蒸發(fā)器 空調工況和蓄冰工況的蒸發(fā)溫度差別較大，對同一臺制冷壓縮機，制冷量也有較大差別。為了提高蒸發(fā)器的傳熱效率和保證制冷壓縮機的良好回油，機組應配置兩臺蒸發(fā)器，一臺用于電力低谷段蓄冰，一臺用于電力高峰段釋冷量不足時(shí)，制取冷凍水供空調使用。 采用雙蒸發(fā)器，如匹配合理，稍加改進(jìn)還可以同時(shí)蓄冰和制取冷凍水，滿(mǎn)足電力低谷段空調所需冷量。3)盤(pán)管外融冰 作為戶(hù)用蓄冰中央節能裝備，流程應盡量簡(jiǎn)單，機組尺寸也不能太大。采用盤(pán)管外融冰方式蓄冷，盤(pán)管成為直接蒸發(fā)制冷系統的蒸發(fā)器，蓄冷箱內的水在盤(pán)管外表面結成一定厚度的冰，這不僅可以減小蓄冷箱體積，減少乙二醇水溶液的復雜流程和冷損失，還可以提高制冷系統的蒸發(fā)溫度，增大機組的制冷量，降低機組成本。 外融冰方式可讓空調回水與蓄冷箱內的冰直接換熱，融冰速度快，釋冷溫度可大于等于1～2℃，與空調回水混合后，可直接提供7℃的冷凍水。5、結論及建議 綜上所述，目前生產(chǎn)和使用的空氣源熱泵戶(hù)型中央空調存在有一些急待解決的問(wèn)題，研究開(kāi)發(fā)地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調，對節能、降低用戶(hù)運行費用和電網(wǎng)調峰有著(zhù)十分重要的意義和發(fā)展前景。為了加快地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的發(fā)展和應用，建議電力部門(mén)盡快建立完善鼓勵低谷用電的優(yōu)惠政策，如盡可能拉大峰谷電價(jià)比，給予蓄冰空調設備的開(kāi)發(fā)和使用補貼等。同時(shí)也建議有關(guān)廠(chǎng)家加強地源熱泵戶(hù)型蓄冰中央空調的開(kāi)發(fā)研究，降低造價(jià)，提高綜合效益，為戶(hù)型蓄冰中央空調開(kāi)辟更廣闊的市場(chǎng)。
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