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[暖通空调] 采暖空调中的冷热源形式

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发表于 2016-3-17 19:49:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
空调以夏季制冷为主,也可用于冬季供暖,采暖则仅仅指冬季供暖。采暖空调需要用冷和用热,提供“冷”或“热”的来源称为冷热源。很多人知道供热用的锅炉、太阳能,也听说过制冷用风冷热泵、地源热泵等,这里系统性地总结一下采暖空调中使用的冷热源形式。

市政热网供热

北方地区由于冬季寒冷,普遍设有城市热力管网供给蒸汽或热水,供给各类工业和民用用户。通常小区接入市政热水或蒸汽,需要设置换热站二次换热后用于供暖或加热生活热水。无论市政热网还是小区换热站,虽然被称为热源,实际上仅仅是热力输配中的一个环节,最终还是来自城市或区域锅炉房。当然,基于能源的综合利用,越来越多的不再是单一供热的锅炉房,而是冷、热、电联供,常称为三联供。但“热”还是以锅炉形式产热,因此下面所说的锅炉才是最传统的热源形式。

锅炉供热

锅炉是最传统的产热形式,实质上就是用“炉子”烧“锅”里的水,一般是热水锅炉,过热后就是蒸汽锅炉,按燃料分为燃煤、燃油和燃气。锅炉是最普遍的供热方式,包括大型的电站锅炉、区域供热锅炉,建筑物内的燃油、燃气锅炉,以及家庭中的燃气热水炉或采暖炉。
锅炉产热最直接,同时也是最不节约的能源利用方式,道理很简单,理论上需要多少热量,就要燃烧多少燃料,而这个燃烧转化过程还有损失,效率不可能100%,损失的热量主要从烟气中带走。现在号称效率高于100%的冷凝式锅炉,实际上就是通过二次回收减少烟气中的损失,是在原先80~90%的效率基准上得出的,真正上还是达不到燃料的100%利用。

太阳能光热

从来源上说,太阳能才是真正意义上的“免费”能源,因为太阳光照不需要花费,并且会一直无限供给。利用太阳能发电称为太阳能光电利用,用于供热则是太阳能光热利用。之所要在“免费”上打两个引号,是因为太阳能转化为“热”后,还是需要输送能耗的。此外,太阳能利用的最大问题就是太阳光照具有“不保证率”,必须与锅炉或电等其他方式联用,才能保证用热的可靠性。因此,太阳能从来不能“单独”用作热源。

电制冷冷水机组

传统空调的冷热源形式就是冷水机组加锅炉,夏季由电制冷冷水机组供给空调用循环冷水,冬季由锅炉供给采暖用循环热水。这里不谈什么卡诺循环或者逆卡诺循环,可以如下简单的理解空调制冷:
空调制冷实际上就是从室内取走热量,按照能量守恒原理,能量转化需要耗能,因此需要冷水机组消耗一定的电能,将取出的热量提升为高位热能,然后后排至室外。
传统冷水机组采用冷却塔蒸发冷却方式排热,称为水冷式冷水机组。当采用其他方式排热,例如排至室外空气或地下,就是下面所说的风冷热泵或地源热泵。

风冷热泵机组

空调制冷时,风冷热泵使用风扇将热量排至室外空气,因此称为“风冷”。在冬季,风冷热泵也可以反过来运行,从室外空气取出低位热能,消耗一部分电能提升为高位热能,再送入室内供暖。风冷热泵冷暖两用时,就由冷水机组变为冷热水机组了,也就是“热泵”,由于供热时是从室外空气取热,又称为“空气源热泵”。当风冷热泵仅用于加热生活热水,称为“空气能热水器”,此时再用“风冷”两字已不合适了,因为全年都是取热,根本需要排热“风冷”。

地源热泵机组

地源热泵与风冷热泵都是“热泵”,因此也可以冷暖两用,并可以生产热水,不同的是,“风冷”利用室外空气,“地源”则是利用地下岩土、地下水或地表水,分别对应土壤源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵,以及依此延伸的污水源热泵,除了利用对象不同,空调采暖原理一致。
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