王心慰

摘 要： 熱源塔熱泵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行性能高，是一種初投資低，同時(shí)不受地質(zhì)條件和場(chǎng)地限制的空調(diào)方案。閉式熱源塔作為熱源塔熱泵系統(tǒng)的核心設(shè)備，對(duì)它的研究可以指導(dǎo)熱源塔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。本文在總結(jié)前人對(duì)空氣與水直接接觸的熱質(zhì)交換和熱源塔的熱力特性的研究基礎(chǔ)上提出了一種新型的熱源塔結(jié)構(gòu)，并根據(jù)武漢的氣象條件提出了閉式熱源塔系統(tǒng)在夏熱冬冷地區(qū)獨(dú)有的冬季運(yùn)行策略。

關(guān)鍵詞： 熱源塔系統(tǒng);熱泵;熱質(zhì)交換;運(yùn)行策略

【中圖分類號(hào)】TU831 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）04-0204-01

1 引言

熱源塔熱泵是一種以空氣為冷熱源，通過(guò)塔體的換熱作用為實(shí)現(xiàn)供暖，供冷，以及生活熱水的一種新設(shè)備[1]。它既可以在夏季供冷，還可以在冬季供暖，為夏熱冬冷地區(qū)的冬季供暖問(wèn)題提供一種可行的解決方案。

2 熱源塔分類

近年來(lái)，熱源塔技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了不同形式的熱源塔。熱源塔系統(tǒng)主要由熱源塔塔體、循環(huán)管路、動(dòng)力設(shè)備、熱泵主機(jī)等部分構(gòu)成[2]，雖然熱源塔系統(tǒng)的分類多種多樣，但是熱源塔系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)的區(qū)別的主要標(biāo)志在于熱源塔塔體，所以按熱源塔塔體的主要區(qū)別進(jìn)行分類比較合理，按不同的塔體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類目前可以分為以下三類：①傳熱介質(zhì)和空氣接觸方式：開(kāi)式熱源塔和閉式熱源塔。②塔內(nèi)的通風(fēng)動(dòng)力：自然通風(fēng)熱源塔和機(jī)械通風(fēng)熱源塔。③空氣與不凍液在塔體內(nèi)的相對(duì)流動(dòng)方向： 橫流塔、逆流塔和順流塔。

此外，開(kāi)式熱源塔根據(jù)塔體內(nèi)有無(wú)填料又可分為有填料型和無(wú)填料型，還有其他的分類這里不一一研究。

3 閉式熱源塔

在傳統(tǒng)閉式熱源塔中，能量的傳遞比較復(fù)雜。當(dāng)閉式熱源塔在冬季工況下運(yùn)行時(shí)，由于盤管內(nèi)溶液溫度和掠過(guò)盤管的空氣參數(shù)隨著熱源塔高度變化，從理論上分析，閉式熱源塔內(nèi)的工況主要分為以下4種：干工況、濕工況、霜工況、半濕半干工況[3]。

干工況運(yùn)行時(shí)，在閉式逆流熱源塔中，空氣從下方進(jìn)入與盤管表面充分換熱后從上方排出。干工況運(yùn)行過(guò)程只有顯熱交換，沒(méi)有質(zhì)交換，換熱過(guò)程較簡(jiǎn)單。筆者對(duì)熱源塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在傳統(tǒng)閉式熱源塔底部增加了一塊填料區(qū)，建立了一種新型的閉式熱源塔模型，增加進(jìn)入盤管換熱區(qū)的空氣濕度，提高盤管區(qū)噴淋液溫度，顯著提高潛熱和顯熱的交換。

4 閉式熱源塔在武漢的運(yùn)行策略

熱源塔的防凍液隨系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)吸收空氣中的水分，濃度會(huì)逐漸降低，冰點(diǎn)也隨之降低，所以運(yùn)行策略比較復(fù)雜，如果不按設(shè)計(jì)要求來(lái)操作很可能使系統(tǒng)效果不好，甚至結(jié)霜，嚴(yán)重的還會(huì)停機(jī)，結(jié)合武漢的氣象參數(shù)并根據(jù)防凍液的熱力性能來(lái)研究閉式熱源塔的運(yùn)行策略。

4.1 武漢氣象參數(shù)

熱源塔系統(tǒng)的溫度適用范圍為干球溫度-8℃—2℃。

考慮到系統(tǒng)的安全可靠節(jié)能，將冬季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度的下限設(shè)為-8℃.這是因?yàn)楦鶕?jù)冬季測(cè)試分析，在室外空氣干球溫度為-8℃時(shí)相對(duì)濕度為60%時(shí)，熱源塔進(jìn)液溫度為-15.5℃、出液溫度為-13℃，滿液式熱源塔熱泵機(jī)組蒸發(fā)溫度將低至-18℃，如采用干式蒸發(fā)器，蒸發(fā)溫度將會(huì)低至-20℃這是螺桿壓縮機(jī)蒸發(fā)溫度的下限。而目前低溫型水源熱泵主機(jī)大部分采用的是螺桿壓縮機(jī)，所以設(shè)置-8℃的下限。

以下是武漢地區(qū)的冬季空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)，和名義工況不一致的地方可以用系數(shù)修正從而得到系統(tǒng)真實(shí)的運(yùn)行能效。

4.2 防凍液的選擇

常見(jiàn)的防凍液有氯化鈣、甲醇、乙醇（俗名酒精）、乙二醇、丙三醇等，但甲醇和乙醇都很容易揮發(fā)，作為熱源塔系統(tǒng)的防凍液不用作空調(diào)的防凍劑所需濃度太大，成本高，也不實(shí)用。這里選取乙二醇和氯化鈣溶液進(jìn)行對(duì)比，選出最合適的防凍液。武漢冬季室外設(shè)計(jì)溫度和兩種溶液的冰點(diǎn)，選擇20%氯化鈣溶液和25%的乙二醇溶液，考慮到成本和安全，綜合比較選擇氯化鈣溶液作為防凍液。

運(yùn)行過(guò)程中必須保證某個(gè)密度下防凍液的對(duì)應(yīng)的冰點(diǎn)溫度要小于蒸發(fā)器出口溫度。據(jù)此得到運(yùn)行策略表。

5 結(jié)論

本文在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)型閉式熱源塔結(jié)構(gòu)，分析了各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。具體工作和結(jié)論如下：①提出一種新型閉式熱源塔結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)閉式熱源塔底部增加了一塊填料區(qū)，增加進(jìn)入盤管換熱區(qū)的空氣相對(duì)濕度，提高盤管區(qū)噴淋液溫度，顯著提高潛熱和顯熱的交換。改進(jìn)型閉式結(jié)構(gòu)較好地結(jié)合了開(kāi)式塔換熱效率高和傳統(tǒng)型閉式結(jié)構(gòu)腐蝕污染小的優(yōu)點(diǎn)，而且，冬季運(yùn)行提高了噴淋液溫度，運(yùn)行更可靠。②根據(jù)熱源塔系統(tǒng)防凍液的熱力特性結(jié)合武漢的氣象條件提出了閉式熱源塔系統(tǒng)在武漢地區(qū)在冬季運(yùn)行策略，對(duì)在實(shí)際操作中促進(jìn)節(jié)能減排具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王志林，劉秋克，李靜，等.熱源塔[P].中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局，ZL 200620073647.8， 2007.8.8.

[2] 劉秋克.閉式熱源塔[P]：中國(guó)200810031368.9.2008-10-08.

[3] 章文杰，李念平，王麗結(jié).熱源塔熱泵系統(tǒng)相變潛熱的應(yīng)用研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011， 34 （Z） ：58-61.

[4] 方國(guó)明.熱源塔熱泵在空調(diào)工程中的應(yīng)用實(shí)踐[J].制冷空調(diào)工程技術(shù)，2008， （3）： 13-16.