二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及其應(yīng)用第1頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用2第2頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，無(wú)論在工業(yè)生產(chǎn)或日常需求上，對(duì)供熱的需求越來(lái)越多，供熱系統(tǒng)消耗的能耗也越來(lái)越大。供熱量需求占總耗能的53%挪威奧斯陸市60m2建筑能耗分析3第3頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)什么是二氧化碳熱泵？二氧化碳熱泵是以二氧化碳?xì)怏w作為制冷工質(zhì)的熱泵。為什么選擇二氧化碳?xì)怏w作為工質(zhì)？

CO2不破壞大氣臭氧層，ODP=0；

CO2的全球氣候變暖指數(shù)很小，GWP=1；

CO2是天然工質(zhì)，價(jià)格低廉，且無(wú)回收問(wèn)題；良好的安全性、化學(xué)穩(wěn)定性；在低溫的條件下，也可以擁有很高的效率；可以很輕松的獲得90℃的高溫?zé)崴?第4頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)制冷劑類(lèi)型ODPGWPR22HCFC0.0551700R134aHFC01300R410aHFC01700R744（co2）自然工質(zhì)01CO2與其他制冷劑的比較從上表可以看出，二氧化碳作為制冷工質(zhì)有著優(yōu)良的環(huán)保特性。前國(guó)際制冷學(xué)會(huì)主席G.Lorentzen教授認(rèn)為CO2是無(wú)可取代的制冷工質(zhì)。5第5頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)61341＋Electricity3HeatfromtheAir＝4HWSupplyEnergy二氧化碳熱泵循環(huán)示意圖6第6頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)跨臨界循環(huán)

由于CO2氣體的獨(dú)特特性，臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.37MPa，熱泵供熱循環(huán)采用跨臨界循環(huán)。高壓可以達(dá)到120bar，低壓也在20bar以上。

壓力大、壓比小

雖然高壓和低壓都較常規(guī)熱泵高，但壓縮比小于常規(guī)熱泵。7第7頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)CO2的放熱過(guò)程溫差較大，非常適合于熱水的加熱。氣體冷卻器放熱過(guò)程8第8頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)名稱(chēng)熱泵熱水器燃?xì)鉄崴麟姛崴魈?yáng)能熱水器能源種類(lèi)電源天然氣電源電+熱單價(jià)0.8元/度3.2元/m30.8元/度0.8元/度(輔助)熱效率410%85%95%300%熱水費(fèi)用/噸7.94元34.69元34.27元11.27元安全性安全危險(xiǎn)較危險(xiǎn)安全環(huán)保性無(wú)污染輕污染無(wú)污染無(wú)污染初投資較高低低高產(chǎn)品壽命12-15年8年8年8年實(shí)用性供水量大水溫恒定區(qū)域性用水間斷性供水受天氣影響注：太陽(yáng)能熱水器以每年陰雨天數(shù)120天計(jì)算，需輔助電加熱。9第9頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)

二氧化碳熱泵可以制取高溫?zé)崴糜跓崴墓?yīng)和建筑物的供熱，替代現(xiàn)有的燃煤、燃?xì)?、燃油或電鍋爐等傳統(tǒng)的供熱方式，減少礦物能源的消耗，降低溫室氣體、粉塵和廢熱排放。

與常規(guī)熱泵相比，除了工質(zhì)更環(huán)保以外，二氧化碳熱泵可以制取高溫?zé)崴當(dāng)U大了熱泵的應(yīng)用領(lǐng)域，并且可以在較低的環(huán)境溫度下正常使用，擴(kuò)展了熱泵的應(yīng)用范圍，尤其對(duì)北方地區(qū)的建筑供熱具有重大意義。

日本是世界上二氧化碳熱泵發(fā)展最快和應(yīng)用最多的國(guó)家，據(jù)日本熱泵蓄熱中心(HPTCJ)的2007年研究報(bào)告表明,在日本采用熱泵技術(shù)可以削減10%的二氧化碳排放量，其中的2%是用二氧化碳熱泵熱水器更換現(xiàn)有熱水器的貢獻(xiàn)。10第10頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用11第11頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新

二氧化碳熱泵技術(shù)為一系統(tǒng)技術(shù)，包含了壓縮機(jī)、換熱器、控制閥件、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、系統(tǒng)組裝等。其核心為壓縮機(jī)、換熱器和控制系統(tǒng)。12第12頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新熱水出冷水進(jìn)二氧化碳熱泵系統(tǒng)示意圖13第13頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵研發(fā)過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)（包括氣體冷卻器、回?zé)崞鳌⒄舭l(fā)器、儲(chǔ)液器）。二氧化碳熱泵系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。基于能效比最優(yōu)化的系統(tǒng)控制技術(shù)。二氧化碳熱泵系統(tǒng)油溫控制技術(shù)。二氧化碳熱泵化霜技術(shù)。出水溫度精確控制技術(shù)。二氧化碳熱泵系統(tǒng)應(yīng)用整體解決方案。14第14頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)關(guān)鍵部件除壓縮機(jī)和電子膨脹閥需要進(jìn)口外，氣體冷卻器、回?zé)崞?、蒸發(fā)器、儲(chǔ)液器關(guān)鍵部件均為我公司自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。氣體冷卻器是二氧化碳?xì)怏w與水換熱唯一部件，相當(dāng)于常規(guī)熱泵的冷凝器，正常運(yùn)行中的二氧化碳側(cè)的高壓可以達(dá)到120bar。國(guó)外的設(shè)計(jì)方案有套管式、雙層套管式、微通道換熱器、板式換熱器。微通道換熱器纏繞式換熱器15第15頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)考慮到熱泵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的高壓和國(guó)內(nèi)水質(zhì)的狀況，為保證效率和設(shè)備的可靠性，我司采用單層套管式形式，管內(nèi)為水管，外管為氣管，材質(zhì)選用無(wú)縫不銹鋼管以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。單層套管換熱器16第16頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)回?zé)崞饕脖环Q(chēng)為內(nèi)部換熱器，其功能是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)吸氣與氣冷出來(lái)的高壓氣體之間的換熱，以提高熱泵的效率?？梢赃x擇的形式有釬焊板式換熱器、并聯(lián)管式換熱器、板翅式換熱器等，我司設(shè)計(jì)為獨(dú)特的多通道殼管式換熱器，高壓側(cè)多通道、低壓側(cè)單通道。并聯(lián)管式換熱器板式換熱器17第17頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)一、二氧化碳熱泵關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)蒸發(fā)器是從空氣中吸熱的部件，在設(shè)計(jì)形式上選擇管翅形式，翅片間距加大，片型設(shè)計(jì)為不開(kāi)窗波紋片，銅管耐壓需要達(dá)到80bar。儲(chǔ)液器是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中多余的二氧化碳進(jìn)行存儲(chǔ)的容器，便于控制系統(tǒng)對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，此外還要增設(shè)回油孔，便于系統(tǒng)回油。儲(chǔ)液器使用壓力要能能承受80bar。蒸發(fā)器儲(chǔ)液器18第18頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)二、二氧化碳熱泵系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)技術(shù)

二氧化碳熱泵各部件之間的連接和裝配，解決了以下問(wèn)題：1、冷媒在高壓運(yùn)行時(shí)防止泄漏的連接工藝和材料；2、二氧化碳在超臨界狀況下的對(duì)密封材料的影響分析；3、潤(rùn)滑油在各部件之間的滯留和回油分析；4、管路的設(shè)計(jì)和布置要盡可能減小震動(dòng)，避免震動(dòng)帶來(lái)的影響；5、系統(tǒng)的過(guò)壓過(guò)載等保護(hù)功能設(shè)計(jì)；6、冷媒充注量和潤(rùn)滑油充注量的確定。19第19頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)三、基于能效比最優(yōu)的系統(tǒng)高壓控制技術(shù)。在CO2跨臨界熱泵循環(huán)系統(tǒng)中，超臨界壓力區(qū)內(nèi)并無(wú)兩相區(qū)域存在，溫度和壓力間彼此獨(dú)立，為相互獨(dú)立的變數(shù)，則高壓側(cè)壓力對(duì)制冷劑焓值也有影響，高壓側(cè)壓力變化對(duì)制熱量、壓縮機(jī)功耗和COP值也會(huì)產(chǎn)生影響。經(jīng)試驗(yàn)研究分析可得，CO2跨臨界循環(huán)的高壓側(cè)存在著一個(gè)最優(yōu)的運(yùn)行控制壓力，在該壓力下，循環(huán)的性能系數(shù)COP可達(dá)到最大。我公司建立了高壓壓力控制模型，結(jié)合氣體冷卻器出口溫度、蒸發(fā)壓力、環(huán)境溫度等參數(shù)的綜合分析，控制最優(yōu)的高壓壓力目標(biāo)值，使熱泵的效率達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。20第20頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)四、二氧化碳熱泵系統(tǒng)油溫控制技術(shù)油溫是二氧化碳熱泵系統(tǒng)正常運(yùn)行需要控制的一個(gè)重要指標(biāo)，油溫需要控制在35℃-60℃之間，以保證壓縮機(jī)處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。用空氣冷卻時(shí)，要注意氣溫變化對(duì)油溫冷卻的影響。我公司通過(guò)多次試驗(yàn)和測(cè)試，成功的掌握了油溫的控制技術(shù)。技術(shù)點(diǎn)五、二氧化碳熱泵化霜技術(shù)

二氧化碳熱泵目前沒(méi)有專(zhuān)用的四通閥可以進(jìn)行換向化霜，即使有四通閥，由于水流溫升大，流量小，也不可能從水里吸熱化霜。我司針對(duì)化霜的技術(shù)難點(diǎn)，先后采取了多種綜合措施，成功的解決了化霜問(wèn)題。21第21頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)六、出水溫度精確控制技術(shù)

為達(dá)到需要的熱水出水溫度并保持穩(wěn)定，需要對(duì)水流量進(jìn)行精確的控制，在環(huán)境溫度、進(jìn)水溫度不斷改變的條件下，我司對(duì)出水溫度控制采用水泵變頻調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合高壓側(cè)最優(yōu)調(diào)節(jié)技術(shù)綜合實(shí)現(xiàn)，使水溫能精確地穩(wěn)定在設(shè)定溫度上。22第22頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)七、二氧化碳熱泵系統(tǒng)應(yīng)用整體解決方案

二氧化碳熱泵在熱水供熱系統(tǒng)和采暖供熱系統(tǒng)上或者熱水采暖聯(lián)合供熱系統(tǒng)上均與常規(guī)熱泵方式有所不同，主要區(qū)別在于通過(guò)綜合熱水應(yīng)用技術(shù)，保證二氧化碳熱泵的進(jìn)水溫度盡可能的低，以確保二氧化碳?xì)怏w在氣體冷卻器的出口溫度較低，從而保證熱泵的較高效率。供熱系統(tǒng)解決方案，分為生活熱水供熱系統(tǒng)解決方案，飲用熱水供熱系統(tǒng)解決方案，采暖供熱系統(tǒng)解決方案。23第23頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新生活熱水供熱系統(tǒng)解決方案示意圖24第24頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新飲用熱水供熱系統(tǒng)解決方案示意圖25第25頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新采暖供熱系統(tǒng)解決方案示意圖26第26頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新額定制熱量kW62供水溫度℃15出水溫度℃65熱水流量L/h1000最高出水溫度℃90給水溫度范圍℃3-35壓縮機(jī)額定功率kW18額定運(yùn)轉(zhuǎn)電流A34.8使用環(huán)境溫度℃-25～40噪聲dB（A）70冷媒類(lèi)型

co2充注量g14000電源

380V～50Hz設(shè)備重量kg880設(shè)備尺寸mm2670×1400×2150二氧化碳熱泵27第27頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵特點(diǎn)與綠色經(jīng)濟(jì)二氧化碳熱泵關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用前景與展望3214二氧化碳熱泵供熱技術(shù)及應(yīng)用28第28頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用沈陽(yáng)市兒童醫(yī)院洗浴熱水項(xiàng)目：每天制取生活熱水60噸，采用太陽(yáng)能與二氧化碳空氣源熱泵相結(jié)合，太陽(yáng)能集熱器面積200平方米，二氧化碳空氣源熱泵熱水機(jī)2臺(tái)。已經(jīng)運(yùn)行1年。沈陽(yáng)市兒童醫(yī)院熱水項(xiàng)目熱水供熱項(xiàng)目29第29頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用

武漢大學(xué)學(xué)生飲用開(kāi)水項(xiàng)目：選用CO2空氣源熱泵1臺(tái)，與電鍋爐配合使用，為學(xué)生提供飲用熱水。項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行1年。武漢大學(xué)飲用開(kāi)水項(xiàng)目熱水供熱項(xiàng)目30第30頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用

太原市建龍洗浴中心熱水供熱項(xiàng)目：該項(xiàng)目為洗浴中心用熱水項(xiàng)目，每天熱水需求量70噸，原使用燃煤鍋爐供熱水，后因政府拆除鍋爐，選用3臺(tái)二氧化碳熱泵制取熱水。熱水出水溫度50℃。該項(xiàng)目已經(jīng)使用3年，運(yùn)行良好。據(jù)用戶(hù)測(cè)算，每年可以節(jié)省供熱費(fèi)用12萬(wàn)元，節(jié)省燃煤330噸。熱水供熱項(xiàng)目31第31頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用采暖供熱項(xiàng)目

該項(xiàng)目為青藏鐵路的一個(gè)新建維修工區(qū)的采暖，建筑面積3000平方米，選用3臺(tái)二氧化碳熱泵。該地區(qū)海拔高度4800米，最低氣溫-30℃，是國(guó)內(nèi)安裝海拔最高的、使用環(huán)境溫度最低的熱泵項(xiàng)目。青海省青藏鐵路布瑪?shù)鹿^(qū)32第32頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用煙臺(tái)古現(xiàn)鎮(zhèn)政府采暖

該公共機(jī)構(gòu)建筑面積2400平方米，原使用煤鍋爐采暖,因節(jié)能減排需要，改用2臺(tái)CO2熱泵機(jī)組，室內(nèi)采用暖氣片散熱，已經(jīng)運(yùn)行1個(gè)冬季，采暖效果良好。采暖供熱項(xiàng)目33第33頁(yè)，課件共35頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二氧化碳熱泵供熱工程應(yīng)用甘肅白銀市鐵路供電工區(qū)采暖該工區(qū)采暖面積1000平方米，建于30年前，原使用200kW煤鍋爐采暖，暖氣