热泵与中央空调节能技术内容简介

《热泵与中央空调节能技术》是“工业设备节能技术丛书”的一个分册，全书共分10章，包括热泵与制冷基础理论、主机优化技术、工程实施技术、节能管理与评价四个部分，在对常规技术介绍的同时，重点对热泵和中央空调领域的实用新技术进行了讲解，并特别介绍了自复叠压缩、三维设计在主机设计中的应用、数码涡旋、复合蓄能技术、蓄能除湿技术等新技术。《热泵与中央空调节能技术》内容“系统、实用”，适应工程技术人员和管理人员的需求。

1 热泵与制冷基础理论1

1.1 热泵与制冷的历史1

1.1.1 制冷技术的历史1

1.1.2 热泵技术的历史1

1.1.3 土壤源热泵技术的历史2

1.1.4 水源热泵技术的历史2

1.1.5 空气源热泵和空调冷凝热回收3

1.2 热泵与制冷理论循环3

1.2.1 液体汽化热泵与制冷4

1.2.2 气体膨胀制冷6

1.2.3 涡流管制冷7

1.2.4 热电制冷7

1.2.5 其他制冷技术8

1.2.6 制冷方法的选择8

1.3 压缩式热泵与制冷循环的设计参数10

1.3.1 冷凝温度的确定10

1.3.2 蒸发温度的确定11

1.3.3 压缩机吸气温度的确定12

1.3.4 节流前液态工质过冷温度的确定13

参考文献13

2 蒸气压缩式热泵与制冷循环形式15

2.1 单级蒸气压缩式热泵与制冷的循环形式15

2.1.1 过冷循环15

2.1.2 过热循环16

2.1.3 回热循环17

2.2 双级压缩热泵和制冷循环18

2.2.1 采用双级压缩热泵和制冷循环的目的18

2.2.2 双级压缩热泵和制冷循环19

2.2.3 双级压缩热泵和制冷循环中间压力的确定19

2.3 复叠式压缩热泵和制冷循环21

2.3.1 复叠式压缩热泵和制冷循环系统的组成21

2.3.2 复叠式压缩制冷循环参数和工质的确定21

2.3.3 自复叠式压缩制冷循环的热力计算22

2.4 压缩式热泵与制冷循环中工质的选择23

2.4.1 工质选择的原则23

2.4.2 工质对热泵和制冷系统的经济性影响26

2.4.3 非共沸混合工质对热泵和制冷系统的经济性影响26

参考文献27

3 热泵与制冷装置仿真优化设计28

3.1 最优化方法简介28

3.1.1 最优化问题的数学模型28

3.1.2 最优化问题的求解方法30

3.1.3 多目标优化设计方法33

3.1.4 现代优化计算方法36

3.2 热泵和制冷装置建模仿真36

3.2.1 压缩机模型优化37

3.2.2 毛细管38

3.2.3 冷凝器模型38

3.2.4 蒸发器模型39

3.2.5 围护结构动态热负荷模型39

3.2.6 工质物性计算40

3.2.7 单级蒸气压缩制冷系统的仿真算法45

3.3 热泵和制冷装置仿真优化设计的实例47

3.3.1 三维设计软件的应用47

3.3.2 仿真优化软件的应用实例53

参考文献54

4 热泵空调系统中主机设备节能技术55

4.1 制冷压缩机的型式及选型55

4.1.1 制冷压缩机的型式55

4.1.2 压缩机的选型61

4.2 制冷压缩机的能量调节61

4.2.1 活塞式制冷压缩机的能量调节61

4.2.2 滚动转子式制冷压缩机的能量调节63

4.2.3 涡旋式制冷压缩机的调节方式63

4.2.4 螺杆式制冷压缩机的能量调节65

4.2.5 离心式制冷压缩机的能量调节66

4.3 制冷压缩机的节能66

4.4 冷凝器的选择与节能68

4.4.1 冷凝器的类型68

4.4.2 冷凝器的节能70

4.5 蒸发器的选择与节能71

4.5.1 蒸发器的类型71

4.5.2 蒸发器的节能72

4.6 节流装置的选择与节能73

4.7 整机设备的节能优化与选择75

4.7.1 各种类型的冷水机组75

4.7.2 冷水机组的选择77

参考文献77

5 蓄能空调节能技术78

5.1 蓄能空调技术概述78

5.2 水蓄冷空调系统79

5.3 冰蓄冷空调系统82

5.3.1 冰蓄冷设备82

5.3.2 冰蓄冷空调系统概述88

5.3.3 复合冰蓄冷空调系统91

5.4 其他蓄能空调系统98

5.4.1 共晶盐蓄能空调系统98

5.4.2 蓄能除湿空调系统99

参考文献100

6 太阳能制冷与热泵空调节能技术103

6.1 太阳能概述103

6.2 太阳能制冷空调技术103

6.2.1 太阳能光热转换制冷空调104

6.2.2 太阳能光电转化制冷空调113

6.2.3 太阳能光化转换制冷空调113

6.3 太阳能热泵空调技术114

6.3.1 太阳能热泵热水系统114

6.3.2 太阳能热泵辐射供暖系统119

6.3.3 太阳能"para" label-module="para">

6.4 工程实例122

参考文献124

7 水源热泵节能技术126

7.1 水源热泵的工作原理与组成126

7.2 水源热泵的热源及热源形式选择128

7.2.1 水源热泵的热源形式128

7.2.2 水源热泵的常用型式128

7.2.3 热源及热泵形式选择130

7.3 水井式采热装置132

7.3.1 概述132

7.3.2 水资源管理部门的许可132

7.3.3 水井装置的技术要点133

7.3.4 水井的老化及其防止措施135

7.3.5 回灌水井的清洗措施137

7.3.6 井水需求量的计算与水井开凿数量的计算137

7.4 地表水式采热装置138

7.5 地埋管式采热装置138

7.5.1 土壤的供热能力138

7.5.2 土壤的换热过程139

7.5.3 土壤热交换器型式139

7.5.4 布管强度计算方法141

7.5.5 布管管径与管内流速的选择141

7.5.6 不同埋管形式的适用范围142

7.5.7 高效节能的独立循环大地耦合水环式水源热泵系统及其工程实例分析143

7.6 水源热泵系统综合优化技术146

7.7 水源热泵系统存在问题与对策147

7.7.1 水源热泵大规模应用可能引发的生态问题147

7.7.2 环保制冷剂的研究与使用148

7.7.3 海水热泵需要解决的技术问题148

7.7.4 对水源热泵系统的研究型设计148

7.7.5 新型高效热泵技术开发148

7.7.6 水源热泵技术发展建议148

7.8 水源热泵的节能工程应用实例149

7.8.1 工程实例1149

7.8.2 工程实例2151

7.8.3 工程实例3152

7.8.4 工程实例4153

参考文献154

8 空气源热泵节能技术156

8.1 空气源热泵的工作原理与组成156

8.2 空气源热泵的热源及其相关问题探讨157

8.2.1 空气源热交换器157

8.2.2 空气源热泵热源158

8.2.3 空气源热泵的型式159

8.2.4 空气源热泵中央空调系统的特点160

8.2.5 空气源热泵中央空调主机系统的节能方向161

8.2.6 空气源热泵中央空调主机系统的其他问题162

8.3 VRV多联式空气源热泵中央空调系统163

8.3.1 多联式空气源热泵中央空调系统的特点163

8.3.2 VRV多联式空气源热泵空调系统的类型164

8.3.3 多联式热泵空调系统的控制系统166

8.3.4 多联式热泵空调系统的最大管长与最大高差166

8.3.5 VRV空气源热泵中央空调系统技术及其发展167

8.3.6 VRV热泵中央空调系统的几个关键技术167

8.4 采用地板辐射采暖的VRV空气源热泵中央空调系统168

8.4.1 地板辐射采暖VRV热泵系统的组成168

8.4.2 地板辐射采暖VRV热泵系统的特点169

8.4.3 地板辐射采暖VRV热泵系统的类型169

8.4.4 节能环保舒适的地板辐射采暖VRV热泵中央空调系统170

8.4.5 地板辐射采暖VRV热泵中央空调系统的优势172

8.4.6 地板辐射采暖VRV热泵中央空调系统的选用及安装方法173

8.5 空气源热泵冷热水中央空调系统173

8.5.1 系统特点173

8.5.2 空气源热泵冷热水机组组成及主要部件型式174

8.5.3 空气源冷热水机组选用要点174

8.5.4 空气源热泵冷热水机组的末端系统174

8.5.5 空气源热泵冷热水机组制冷运行的热回收技术175

8.6 空气源"para" label-module="para">

8.6.1 空气源"para" label-module="para">

8.6.2 空气源"para" label-module="para">

8.6.3 空气源"para" label-module="para">

8.6.4 空气源"para" label-module="para">

8.7 空气源热泵热水器177

8.7.1 空气源热泵热水器的特点177

8.7.2 空气源热泵热水器的应用展望178

8.8 空气源热泵系统综合优化技术178

8.8.1 空气源热泵系统节能关键技术178

8.8.2 空气源热泵系统优化技术179

8.8.3 空气源热泵系统优化发展方向179

参考文献180

9 热泵中央空调系统的节能运行与保养181

9.1 概述181

9.2 热泵中央空调系统的维护保养事项181

9.2.1 正式运行前的全面检查事项181

9.2.2 运行中的定期维护182

9.2.3 热泵中央空调系统的开停机顺序182

9.2.4 节能措施183

9.3 热泵中央空调系统主机的维护与保养184

9.3.1 系统与机组运行参数的选择与确定184

9.3.2 压缩系统的气密性试验186

9.4 热泵机组的维修187

9.4.1 机组类型与常见故障187

9.4.2 机组维修事项188

9.4.3 具体故障分析与维修方法188

9.5 水系统的故障分析与保养191

9.5.1 水垢的形成与去除191

9.5.2 冷媒水系统的腐蚀与防治191

9.5.3 井水系统泥沙的去除与防治191

9.5.4 水流方面的故障原因与排除191

9.5.5 水的输送设备的故障种类与排除192

9.5.6 冷凝水系统的故障种类与排除192

9.5.7 空气源热回收式水环热泵系统的运行与保养192

9.5.8 中央空调系统室内空气品质与清洗消毒保养192

9.5.9 空调维护技术人员要求193

9.6 特殊场所热泵中央空调系统的运行与保养193

9.6.1 医院中央空调的运行与保养193

9.6.2 电子设备机房中央空调的运行与保养194

9.7 热泵系统特、重大问题的预防与处理195

9.7.1 蒸发器和冷凝器内漏196

9.7.2 末端阀门焊缝开裂197

9.7.3 水井塌陷197

9.8 热泵中央空调系统稳定节能运行的有效管理197

9.8.1 热泵中央空调系统的常见问题197

9.8.2 建设过程与运行过程的管理198

9.8.3 稳定节能运行的计划管理198

参考文献198

10 热泵中央空调系统技术经济评价指标与节能运行199

10.1 中央空调系统技术经济评价的意义和作用199

10.2 中央空调系统技术经济评价指标综述200

10.2.1 节能评价指数200

10.2.2 空气调节中的能量利用评价指数200

10.3 中央空调系统较为合理的评价指标——CAPC和CFE203

10.4 以CAPC和CFE为主要评价指标的技术经济评价体系206

10.4.1 评价指标206

10.4.2 评价运用的基础数据206

10.4.3 评价原则212

10.4.4 评价体系212

10.4.5 评价结果的分析与结论的获得213

10.4.6 用CAPC和CFE对典型中央空调系统案例的评价分析213

10.5 热泵中央空调系统节能运行218

10.5.1 建筑物的节能219

10.5.2 热泵中央空调系统的节能222

10.6 节能标准化与节能运行管理的难点重点234

10.6.1 建筑节能标准化234

10.6.2 节能运行管理的难点重点及解决办法235

参考文献237

……2100433B

节能技术政策是在特定区域和时期内节能技术应达到的目标、水平和途径的政策规定。根据节能法规和产业政策，从合理利用和节约能源的角度出发，由能源管理部门指定。用以在当前及今后一段时期内，对企业的工艺、技术和装备进行分类、分期指导。一般分为开发、推广、限制和淘汰等几类。是在节能技术方面国家实施宏观控制的一项主要政策措施。

2021年4月30日，《节能技术评价导则》发布。

2021年11月1日，《节能技术评价导则》实施。

发电节能技术燃煤发电过程中常用的节能技术

①IGCC节能技术

IGCC（整体煤气化联合循环发电系统）技术具有高效及清洁的特点，能有效减少燃煤发电能耗，在燃煤发电领域中得到了广泛应用。在应用 IGCC技术的过程中可对含碳燃料，包括重渣油、石油焦、生物质及煤炭等进行气化处理，经过气化处理后将会得到可用于发电的合成气，在发电前需对合成气进行净化处理，以确保蒸汽、燃气可实现联合循环。IGCC技术的机组设备主要包括两大部分，第一部分中的设备有煤气净化装置、空分设备及气化炉等，余热锅炉、燃气轮机系统及蒸汽轮机系统则属于另一部分。从 IGCC技术的发电设备制造与系统构成角度来看，该发电技术融合了燃煤发电系统中的多种先进技术，能优化集成燃气轮机循环技术、煤气净化工艺、煤气化工艺及空气分离工艺等。因此可优化整个发电系统的运行状态，同时可梯级利用燃煤化学能，减少燃煤能耗，具有减少污染物如

②煤粉炉节能运行技术

煤粉炉是常用的火力发电设备，该设备的燃烧效率较高，因此被许多发电厂引进使用。煤炭质量、煤种波动等外界因素可对煤粉炉运行质量产生影响，在煤炭质量降低时还可能导致设备无法正常运行，进而造成设备燃烧效率降低，这样就会增加用电量，不利于节能。因此，可根据发电要求对煤粉炉运行状态进行适当调整或改造锅炉设计结构，以实现节能运行。以300MW煤粉炉为例，为实现节能运行，则可合理调整送风量、引风量。在调节引风量时需要考虑煤粉炉运行负荷情况，在需增加煤粉炉运行负荷时，应提前加大引风量，以免造成炉膛内部出现正压，加大引风量之后才能增加燃料量与送风量，以提高燃料利用率及确保煤粉炉实现节能运行。在降低煤粉炉的运行负荷前，先将送风量与燃料量减少，随后再将引风量减少。在调整煤粉炉送风量时应将氧量作为参考依据，确保送风后煤粉炉中氧量为3%～6%；同时在送风后观察火焰变化情况，如火焰处于炽白刺眼状态或暗红不稳状态，则表明风量不合理，需及时调整送风量。在煤粉炉改造方面，首先可优化选择煤粉炉的型号，在发电时采用性能相对稳定，燃烧效率较高的W型火焰炉或R型火焰炉，同时采用反向切圆、反吹风等方法优化射流配置，或将烟气回流装置安装在燃烧器出口处等，确保煤粉在局部富集，并在燃烧过程中充分利用火热。此外，可通过改造煤粉炉辅助设备，如磨煤机等确保煤粉炉实现节能运行。

发电节能技术燃煤发电节能技术的应用

以青海华电大通发电有限公司中的燃煤发电机组为例，深入分析节能技术的应用情况。该公司中的1号发电机组与2号发电机组煤粉炉存在粉管积粉及堵管问题，且炉渣含碳量较高，不但会对机组安全运行构成威胁，还会导致煤粉化学能利用率降低，不利于实现节能。对煤粉炉进行检修后发现其辅助设备磨煤机中的分离器存在设计缺陷，因此为使煤粉炉实现节能运行，决定适当改造及优化分离器的设计形式。该公司采用的锅炉为悬吊式、单炉膛及平衡通风亚临界汽包炉，机组容量为 2×300 MW。煤粉炉中配备的磨煤机为BBD 4054型，共为 6 台，分离器共为 6 台。分离器的直径为 290 cm，出口温度为70 ℃，入口温度为 330 ℃，出口风压为 2.8kPa，入口风压为 9.2kPa，总风压为 12.4kPa，一次风温为70 ℃，一次风速为 24m/s。磨煤机的电机型号为YTM710- 6，额定出力为54t/h，额定电流为163A，额定电压为6000V，额定功率为1300kW，煤粉细度在18%～20%之间。

①分离器存在的问题

由于分离器与磨煤机不属于同一生产厂家的产品，在使用过程中难以实现配套，主要表现为分离器实际容积过大，利用率偏低，且在工作过程中需克服较大阻力，在燃煤杂质含量较大时，分离器极容易发生堵塞问题，且分离煤粉效果不理想。同时需增大磨煤机负荷才能有效分离煤粉，造成能耗量增加 。另一方面，分离器在回粉过程中入口气流可将帘板吹起，造成含尘气流进入到帘板下部内椎体中，内椎体中煤粉无法得到有效分离，直接进入到风管道当中，因此炉膛中煤粉均匀性就会受到影响，粗大颗粒煤粉比例增加，造成燃烧效率明显降低。

②分离器的节能改造

1）需对分离器进行合理选型。合理选择分离器的目的在于有效调节煤粉细度，降低循环倍率、减少分离后粗大颗粒所占比例，进而提高燃烧效率与实现节能 。由于磨煤机的风量为 80 t/h，风煤比为1.4，出力为 55t，出口温度为70℃，因此将分离器煤粉细度调整为15%，选择直径为310cm的分离器。

2）选择好与磨煤机运行工况相符合的分离器后，采用以下方法进行安装：在粉管入口与磨煤机的出口之间安装好分离器，同时适当增加挡板角度，以便加快分离器流速；根据煤粉炉运行需要适当增加回粉管直径，以避免回粉管出现堵塞，还将耐磨性能良好的陶瓷粘贴于椎体内侧，以增强分离器抗磨损能力，进而起到改善运行工况及节约煤炭能源的作用。

煤炭资源具有不可再生的特点，提高煤炭资源利用率有助于保证能源供应稳定性，同时可减轻使用煤炭能源时产生的大气污染。在火力发电中需使用大量煤炭，因此要注重应用节能发电技术，包括IGCC节能技术及空冷节能技术。此外，在应用节能技术的过程中重视强化发电节能管理，如在启动发电机组时应做到连续监督大气疏水过程，从而降低启动机组时的能耗。