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。
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
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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。
能效比较高、系统稳定可靠，无污染 需要有湖水、河水等良好换热条件
适合长江中下游地区，能效比高、无需辅助加 热热泵、适合中大型项目
4 2.5 4.5-5
5-6 4
4.5
<1 1.5-2或 无法开机
4-4.5
4-5 3-4
4
热源塔与常用中央空调对比
可用空调系统形式
空气
噪声
土壤/水源
冷媒泄露
传统—单冷水机+锅炉 锅炉排放气体宜 主机位于机房，
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
坐标轴标题
所加抗冻剂数量（吨） 25
20
15
10
5
0 2℃ 0℃ -2℃ -4℃ -6℃ -8℃ -10℃ -15℃
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 度就能够达到一个动态的平衡。
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。热源塔与常用中央空调对比
可用空调系统形式
系统形式特点
平均-
平均-
制冷能效 制热能效
传统—单冷水机+锅炉 传统—风冷热泵
节能— 地源热泵
垂直 埋管
地下 打井
湖水 换热
节能—热源塔热泵
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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；
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 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；
综合能效比较低、设计施工简单 耗能大、存在二次污染 综合能效比较低、设计施工简单、无需锅炉 耗能大、冬季存在化霜困难及无法开机的隐患 冬季制热效果差、需辅助加热设备
全封闭系统，稳定可靠，能效比高、无污染 投资相对较大、需要专业设计及有经验施工 需要场地埋管
能效比高，系统效果稳定可靠、无污染 对地下水温、水量有要求
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；
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。
工程施工完备性而定
无
全封闭系统，噪 存在水源污染隐患，视
无
声等级最小
工程施工完备性而定
无
同冷却塔转数且
无
无
有变频系统可降
噪
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
传统—风冷热泵
空调投资估算 运行投资对比 250-320元/m2 传统锅炉标准正在被取缔，
新建建筑基本很少使用该形式 250-320元/m2 平均能效2-2.5
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。
节能—地源 热泵
垂直埋管 地下打井
400-600元/m2 比传统风冷节能50-60% 350-400元/m2 比传统风冷节能50-60%
湖水换热 350-480元/m2 比传统风冷节能30-40%
节能—热源塔热泵
350-450元/m2 比传统风冷节能40-50%
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
[4] 刘晓茹. 地埋管地源热泵系统热平衡及其地域性分析[J]. 暖通空调, 2009, 38(9): 57-59. [5] 彭金梅, 罗会龙, 崔[国1] 民, 等. 热泵技术应用现状及发展动向[J]. 昆明理工大学学报 (自然科学版),
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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。
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
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所加抗冻剂数量（吨） 2
3
4
6 10 14 16 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
热源塔的组成部分
塔身 风机 换热器 喷淋装置 防冻、补水系统
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
热源塔热泵系统特点3
不受地质条件与场地限制：
与地源热泵比：不受地质条件的制约，占地面积小； 与水源热泵比：不依赖地下水、地表水等热源； 与风冷热泵比：主机放置在机房，噪音小，功率大。
热源塔热泵系统特点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，使得机组比风冷热 泵机组有更宽的运行范围；