《空气源热泵高效供热系统与应用》

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该项目属于能源与环境技术领域。

随着国民经济的发展和城镇化率的提高,人民对于生活热水和供热品质的需求日益提升。但是,化石燃料供热导致严重的污染和排放,太阳能供热具有间歇性和不稳定性的缺陷、直接电加热的运行经济性不合理。空气环境蕴含了巨大低品位热能,从中吸收热能提升热能温度品位就可以解决生活热水和供热问题,这需要热泵机械来实现。如何高效吸收空气热能,高效提升热能品位,有效输出热能供热,是空气源热泵供热系统的关键技术。十五年来项目团队率先研发成功空气源热泵热水器、空气源热泵结合小温差换热末端的热泵空调系统和超低温空气源热泵冷热水机组,彻底改变了中国空气源热泵供热技术发展滞后的局面。主要技术创新内容如下:

(1)首创从空气热源吸热并高效制取生活热水的空气源热泵热水器技术。该技术根据产业链成熟度分别提出了采用双毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀节流形式实现季节适应性的变流量控制;利用热水箱温度分层特性,首创锥形结构铜管冷凝器,节约材料并实现高效换热;提出了空气源热泵热水机组全年综合能效评定方法,并制订了《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》国家标准。在长三角地区的气候条件下,平均制热效率达到电热水器的4倍。总体性能指标处于国内领先,国际先进水平。

(2)发明了空气源热泵结合小温差换热末端的供暖系统新模式,实现了空气源热泵高效舒适供热。提出了末端的小温差换热设计方法,在较低温度热水供应下足量供热,提高系统能效并显著提高了供热舒适度;利用建筑围护结构和供暖水系统的热容解决了化霜过程所带来的供暖间歇性;开发了小管径铜管串波纹铝翅片的风机盘管,实现了换热能力的显著提升。形成针对长江流域冬季舒适性供暖的系统定型方案,冬季典型工况下系统制热量高达输入电能的3倍以上,满足了室内热舒适和高效供暖的要求。

(3)创新研发了能满足中国北方低温气候区供热的超低温空气源热泵热水机组。准二级压缩喷液冷却实现了机组在超低温环境下的安全可靠运行;压花型螺旋槽纹管高效换热技术优化了套管换热器,提高机组的循环效率;基于运行参数识别的专家系统除霜技术降低了严寒地区的除霜频次及除霜能耗。多种技术耦合拓展了空气源热泵供暖的安全运行范围,满足-30℃左右超低温环境下热水供暖的需求。

该成果获得授权国际专利1项、国家发明专利23项、实用新型专利54项;制定国家标准4项、行业标准及规范7项;发表论文20篇。为主起草的住建部《空气热能纳入可再生能源范畴的指导手册》已成为空气源热泵作为可再生能源的政策依据。首次提出的不同气候区的空气源热泵类型与换热末端型式的优化匹配体系得到了行业的广泛认可。热泵成果获得国际制冷J&E HALL金牌、亚洲制冷成就奖等奖励。系列产品近三年累计新增产值81.2亿元,利税13.45亿元。成果引领了中国热泵热水器产业的形成与发展,为北方“煤改电”和南方舒适性供暖做出了显著贡献。

成果说明

该项目相关产品上市以来,已广泛用于住宅、办公、医院、学校等各类民用建筑和工业建筑。首创的空气源热泵热水器具有高效节能的优势,引领了行业的发展;首次提出的空气源热泵结合小温差换热末端供暖技术受到行业的高度认可,成为热泵供热的一项热点技术,开拓了南方舒适性供暖的新市场;开发的超低温空气源热泵冷热水机组是高效节能环保的采暖新产品,为中国北方“煤改电”做出了显著贡献。该项目的系列产品近三年累计新增产值81.2亿元,利税13.45亿元。

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