能源塔原理、结构、分类
能源塔原理
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。
能源塔热泵系统，主要适用于长江以南冬季温度在-9℃以上的地区。
能源塔结构
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。
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。
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。
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。
塔身
风机
换热器
喷淋装置
防冻、补水系统
能源塔分类
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。
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。
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开式热源塔
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闭式热源塔
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防冻液直接与空气接触，溶液温度易受外界气象条件变化的影响使其冰点不断变化，需要定期启动溶液浓缩装置，管理非常麻烦。
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·克服了以上缺点；
·通过使空气逆向流过低温高效肋片换热器的表面，形成传热面与空气之间的显热和潜热交换；
·由于闭式能源塔的高效换热器的管内防冻液依靠溶液泵强制循环，流动速度快，换热效率高。
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能源塔的系统应用
热源塔热泵空调系统示意图
热源塔热泵供热工艺原理图
热源塔热泵系统图
单制冷系统图
单制热系统图
单制热水系统图
制冷同时制取生热水流程
热泵系统流程
热源塔热泵冬季供热原理图
热源塔热泵夏季制冷原理图
能源塔设计要点与应用对比
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；
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。
能源塔设计要点
依据当地气象资料判断是否适合使用能源塔热泵系统；
确定建筑物的制冷、采暖空调负荷及卫生热水负荷；
选择能源塔热泵型号及数量
1、能源塔热泵主机的选型：
主机总制冷/制热量能够满足建筑负荷要求；
根据负荷要求尽量选择两台以上主机，提高系统安全性；
合理优化，减低系统初投资及运行费用。
2、选型依据的数据：
当地的气象资料；
能源塔热泵的性能参数修正。
例如：根据暖通空调设计规范的规定，冬季空调设计温度为-4℃，对应的湿球温度为-5℃，则载冷剂出口温度-12℃(比湿球温度低7℃)。
夏季按载冷剂进出水温度为29/35℃修正。
3、按供热负荷确定热源塔和低热源热泵机组在最低环境温度下的取低热源和供热量的能力。
4、室外环境温度最低条件下，室内外温差加大，维护结构耗热量增加，要适量考虑设备余量。
5、冷热源侧工艺管道设计安装，要考虑在最低点排空防冻液进入贮池的措施。
6、工艺管道中的换向阀禁止用蝶阀替代。
7、工艺设计采用溶液防霜系统，溶液池的容量调节能力不应低于20升/千瓦，采用环保防霜溶液。
8、采用蓄能池进行喷淋防霜系统工艺设计，可在低温期过后向蓄能池蓄能。
应用及经济性比较
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南方地区10万平米商业
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南方地区全年制取卫生热水
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系统形式
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能源塔热泵
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燃气溴化锂
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能源塔热泵
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电锅炉
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燃气锅炉
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末端形式
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风机盘管
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风机盘管
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1吨45度热水
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1吨45度热水
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1吨45度热水
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制冷/热量
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9000KW 冷
6000KW 热
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9000KW 冷
6000KW 热
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—
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—
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—
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能耗单价
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0.80元/KW·h
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2.5元/Nm3
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0.80元/KW·h
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0.80元/KW·h
|
2.5元/Nm3
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运行费用
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316.70万元
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366.21万元
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26.79万元
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103.95万元
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35.40万元
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费用指标
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31.67元/㎡
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36.62元/㎡
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7.34元
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28.48元
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9.7元
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节约费用/年
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—
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50万元
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—
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77万元
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9万元
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费用比例
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1
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1.66
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1
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3.88
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3.13
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可用空调系统形式
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空气
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噪声
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土壤/水源
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冷媒泄露
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传统—单冷水机+锅炉
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锅炉排放气体宜造成二次污染
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主机位于机房，仅为冷却塔噪声
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无
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无
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传统—风冷热泵
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无
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有，一般需置屋顶且有相关避音措施
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无
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有，且VRV形式泄露较常见
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节能—
地源热泵
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垂直
埋管
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无
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全封闭系统，噪声等级最小
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一般无；如在冷却换热系统中添加极端抗冻物质存在少许
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无
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地下
打井
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无
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全封闭系统，噪声等级最小
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存在水源污染隐患，视工程施工完备性而定
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无
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湖水
换热
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无
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全封闭系统，噪声等级最小
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存在水源污染隐患，视工程施工完备性而定
|
无
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节能—热源塔热泵
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无
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同冷却塔转数且有变频系统可降噪
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无
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无
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可用空调系统形式
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空调投资估算
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运行投资对比
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传统—单冷水机+锅炉
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250-320元/m2
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传统锅炉标准正在被取缔，
新建建筑基本很少使用该形式
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传统—风冷热泵
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250-320元/m2
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平均能效2-2.5
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节能—地源热泵
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垂直埋管
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400-600元/m2
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比传统风冷节能50-60%
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地下打井
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350-400元/m2
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比传统风冷节能50-60%
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湖水换热
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350-480元/m2
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比传统风冷节能30-40%
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节能—热源塔热泵
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350-450元/m2
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比传统风冷节能40-50%
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本比较表可能具有一定的倾向性，不代表暖通南社立场。
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