文｜烟台蓝德空调工业有限责任公司 戚 飞 张新力 于 江 李丽琼 戚 骥

1 前言

我国中部的长江流域及其周围广大地区夏季炎热、冬季阴冷潮湿，目前冬季供热的主要燃料消耗是煤和燃油。燃料价格的不断上涨造成企业经营成本增加；大量燃烧矿物燃料引发的环境问题已日益受到关注，冬季供热的节能环保已经成为“夏热冬冷”地区亟待解决的问题。这些地区目前常见的中央空调系统主要有风冷热泵、VRV、水源热泵、地源热泵，这些系统在应用中存在着不少问题：风冷热泵系统夏季受炎热高温空气的影响，冷却散热能效比低；风冷热泵冬季运行时存在蒸发器易因空气湿度大而结霜，阻塞空气流通，以及频繁融霜导致热泵不能正常工作的问题，供热性能系数极低；水、地源热泵尽管技术日益成熟，机组运行稳定可靠，具有较高的效率，但推广应用因需要有充足的水源或地热资源而受到限制。烟台蓝德空调工业有限责任公司研发的能源塔热泵技术为这些地区的制冷供热开辟了一条新路。

2 系统原理

能源塔利用水和空气接触时的热质交换，将空气中的热量传递给水。冬季制热时，能源塔热泵机组可消耗少量的输入电能，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能，并将其转化为大量的高品位热能，用于供热及提供热水。在春夏秋三季，能源塔可作为热源，用以制取卫生热水（当环境湿球温度在10℃以上时，可采用水作为载体介质）。夏季制冷时，能源塔可为热泵机组冷凝器提供冷却水，散去空调系统中产生的废热。

也就是说：能源塔在夏季制冷时作为冷却塔使用，在机组制热时可视为热源——经过塔的空气传热给载体介质（水或盐溶液），载体介质传热给蒸发器，蒸发器吸收的热量与压缩机功率一起作用于到冷凝器。

系统原理（如图1所示）：制冷时，阀门A开，阀门B关；制热/单制热水时，阀门A关，阀门B开。

图1 能源塔系统原理图

3 系统特点

（1）节能效果显著

冬季，能源塔提取低品位能的性能比风冷热泵相对稳定（整个冬季机组的平均能效比在3.5以上），并且无结霜困扰。

由于是按照冬季提取显热负荷的目标设计的，能源塔在夏季作为冷却塔使用时可拥有更高的换热效率。机组的平均能效比在4.5以上，节能效果显著。

从整体上看，能源塔系统相比风冷热泵机组可节能30%以上。

（2）环保作用突出

能源塔采用了特殊的结构设计，冬季可通过载体循环提取低品位热能，有效地利用湿空气中蕴含的巨大能量。由于利用的是可再生能源，能源塔可大幅降低一次能源的消耗，同时大幅降低废水、废气、废渣等污染物的排放，环保作用突出。

（3）机组寿命长

能源塔热泵机组在冬季提取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机组，这使得能源塔热泵系统有更宽的运行范围。夏季，能源塔有足够承受瞬间高峰空调负荷的蒸发面积，冷却水温低，效率高。在能源塔热泵与风冷热泵均全年运行的情况下，能源塔热泵机组能耗更小，磨损更轻，寿命更长。

（4）应用范围广

能源塔热泵系统适用于室外湿球温度高于-9℃的长江以南地区。就应用范围而言，能源塔热泵系统相比地源热泵系统，具有不受地质条件的制约、占地面积小的优势；相比水源热泵系统，具有不依赖地下水、地表水等热源的优势；相比风冷热泵系统，具有噪音小（能源塔热泵系统的主机放置在机房，而风冷热泵系统的主机一般都放置在室外）、功率大的优势。

（5）系统设计简单

能源塔热泵系统设计简单，既不需要像地源热泵系统设计那样考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡的问题，也不需要像风冷热泵系统设计那样考虑辅助电加热和冬季融霜的问题。此外，单机功率范围大的特点也使能源塔热泵系统可以用更少的机组满足要求，使系统设计得以简化。

（6）适用性强

能源塔热泵系统既可应用于新建建筑又适用于进行节能改造的既有建筑。

4 性能比较

能源塔热泵系统与地下水源热泵系统、风冷系统冬、夏季运行参数如表1、表2所示。

5 技术特点

（1）能源塔热泵机组主要配置如下：

◆ 半封闭螺杆压缩机；

◆ 满液式蒸发器；

◆ 电子膨胀阀；

◆ 热泵专用控制器；

◆ 10.4″彩色触摸屏；

◆ GSM无线监控装置；

◆ 环境温度补偿装置；

表1 能源塔系统冬季运行参数比较表

表2 能源塔系统夏季运行参数比较表

◆ 内置二次油分离器。

（2）能源塔热泵机组技术特点包括：

◆ 主机工况适应范围宽；

◆ 采用满液式防腐蒸发器；

◆ 可对载冷剂浓度、冰点在线监测；

◆ 可根据环境温度自动调整冰点保护值；

◆ 具有自动溶液微调功能；

◆ 制热功率按照能源塔工况标注，充分考虑了冷量衰减；

◆ 具有可选的全热回收功能。

（3）能源塔技术特点包括：

◆ 按照吸热特点组织载冷剂和风的流程；

◆ 采用模块化组合设计；

◆ 加入冬季补水口防结冰信号输出；

◆ 风机、支架、管路采用防腐措施；

◆ 按照吸热功能的要求进行流量设计，夏季兼做高效冷却塔；

◆ 采用低飘水率设计；

◆ 采用低噪音设计；

◆ 采用大容积底盘设计；

◆ 采用防雨雪设计。

6 经济分析

下面利用某项目中能源塔热泵系统与VRV系统在相同条件下的运行情况对比，来说明能源塔热泵系统经济性。

该项目中能源塔热泵系统与VRV系统的运行参数如表3、表4所示（电表为80倍读数电表）。能源塔热泵系统的运行时间为2009年12月1日上午10点到次日上午10点，VRV系统的运行时间为2009年12月2日上午10点到次日上午10点。

表3

表4

如表4所示，与VRV系统相比，能源塔热泵系统节电256度；即在同样满足室内采暖的前提下，使用能源塔热泵系统替代VRV系统可节能40%。此外，能源塔系统可提供24小时卫生热水，而使用VRV系统则需另外制取热水。如在酒店等项目中采用双冷凝器全热回收热泵机组，能源塔热泵系统夏季制冷期间免费制取热水的节能效果将更加显著。

7 应用情况

目前，能源塔热泵系统凭借其优异的性能，已得到了各种类型项目的广泛应用，样板工程主要有南京天京大酒店、南京东园轩大酒店、无锡芙蓉山庄、浙江大学学生公寓、金华人民医院、浏阳市集里医院、贵州金芦笙小镇精品特色酒店、贵州瓮安行政审批中心等。