双碳背景下热泵在湿度控制技术的应用-Midea&楼宇科技.pdf-solarbe文库

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1 MBT Midea Building Technology 美的楼宇科技碳中和制冷技术发展论坛- “热泵与碳中和”分论坛双碳背景下热泵在湿度控制技术的应用江宇先行研究中心美的楼宇科技2 报告内容 CONTANTS CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望 4. 总结3 高效空调技术研究是碳中和背景下提高建筑能效的最重要发展趋势。降低建筑负荷需求→超低能耗建筑的推行提高暖通系统生产力→进一步提高暖通系统能效 1. 技术和市场背景- 双碳战略碳中和背景下，多地发布超低能耗/近零能耗建筑技术标准，推动建筑行业节能减排。超低能耗建筑标准下，空调整体负荷下降，但是新风负荷在其中的占比显著提高。 →可以实现显热和潜热处理的新风机（热回收，带盘管新风机等）对建筑节能尤为重要4 显热显热潜热显热潜热过冷显热潜热空调能力建筑负荷潜热余湿传统热泵空调系统通过低蒸发温度下冷凝除湿集中处理显热和潜热负荷 →室内舒适性无法得到完美解决的同时，制冷循环能效因为蒸发温度限制而无法进一步提升 Case1 蒸发温度根据显热负荷控制（20℃） →潜热无法得到有效处理，室内潮湿 Case2（现状）蒸发温度根据潜热负荷控制（7 ℃） →显热被过度处理，室内较冷（造成空调频繁启停，能效低下的原因之一）空调能力建筑负荷 1. 技术和市场背景- 传统除湿技术5 温湿度独立控制空调技术伴随着空调技术的发展，其研究可以追溯到上世纪湿度处理子系统通过固体吸附/溶液吸收等原理对空气中的水分进行处理，从而使得空调系统可以提升蒸发温度专注于温度控制。 →由于材料技术的限制，传统技术的再生温度多数在100 ℃以上固体吸附技术学术界致力于通过优化空气循环提升转轮使用效率。瓶颈再生温度高溶液吸收技术溶液除湿技术自20 年前开始推广，市场端应用案例有限。瓶颈腐蚀送风带液问题 1. 技术和市场背景- 温湿度独立控制6 美的大金中国格力海尔产品类型小风量新风大风量新风全热交换器全热交换器风管式新风大风量新风大风量全热交换器多联式新风机全热交换器新风处理机全热交换器风量（CMH ） 10806000 12006000 20012000 8002000 1080-6000 25006000 30006000 12006000 15002800 12006000 100016000 尺寸（mm） W*D*H 1150*970*457 2010*905*680 1300*691*420 1989*902*668 858*661*266 2340*2340*1633 1110*832*3871 110*1214*785 744*1100*470 1980*850*665 1170*510*1670 1470*720*1870 1790*1400*960 2100*1200*1500 1400*700*3001 700*1100*650 1210*1215*452 1340*1550*572 1500*700*2481 943*1172*542 1107*892*3782 400*998*2130 除湿/ 加湿形式冷凝/ 无冷凝/ 无热回收热回收冷凝/ 无冷凝/ 无热回收冷凝/ 无热回收冷凝/ 无热回收新风方式单向送新风单向送新风双向新风双向新风单向送新风单向送新风单向送新风单向送新风双向新风单向送新风双向新风  国内主流厂家新风产品线较为简单，并没有对湿度进行特殊处理功能。  日本新风市场对舒适性较为重视，多数新风处理机标配了加湿功能，在除湿方面，大金推出唯一的DESICA 无水调湿新风机大金日本松下日本三菱电机日本产品类型无水调湿新风机风管全热交换器天花嵌入式商用新风小型柜式商用新风大型柜式商用新风风管全热交换器天花嵌入式商用新风天花嵌入式商用新风风管全热交换器风量（CMH ） 5001000 10002000 1080-2100 10802100 3600-6000 1000 950 1080-2100 1080-2000 尺寸（mm） W*D*H 1216*1468*450 1112*1288*387 1115*1319*785 630*1100*470 1230*1100*470 767*475*2000 1187*475*2000 2090*660*1581 2380*660*1981 1376*1287*404 1302*1706*398 850*1400*4701 250*1400*470 808*1277*1004 除湿/ 加湿形式吸附/ 吸附热回收冷凝. 无冷凝/ 湿膜冷凝/ 湿膜热回收热回收/ 湿膜冷凝/ 湿膜热回收新风方式双向新风双向新风单向送新风单向送新风单向送新风双向新风双向新风单向送新风双向送风 1. 技术和市场背景- 国内商用新风产品7 主流厂家“X恒”系统对比松下三菱重工海尔天加朗诗等（户式对流）恒温多联机多联机（低温强热）两管制多联机恒洁纳诺怡（离子）新风UVC 杀菌新风（带冷媒）新风恒静无无无无恒风风之翼3D面板 AirFlex菱动风翼无无风恒氧新风新风新风（带冷凝盘管）新风（带冷凝盘管）恒湿新风盘管加湿/ 除湿恒温除湿风管机加湿多孔板湿膜加湿新风除湿家用X 恒空调系统近年来，为提高高端楼盘售价，地产企业联合空调厂家开始推广X恒空调系统其中可以高效处理显热和潜热负荷的新风机是主要差异点 1. 技术和市场背景- 国内家用新风产品8 8 1. 技术和市场背景- 日本新风产品  日本市场对建筑节能和舒适性的重视，促使更多厂商投入新风调湿市场中  全热回收结合吸附除湿是采用较多的技术方案  采用热泵技术为系统提供冷热源是共识9 报告内容 CONTANTS CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望 4. 总结 -双碳背景下提出新产品需求10 近年来，温湿度独立控制空调技术主要从以下几方面展开固体吸附技术溶液吸收技术 2. 技术发展现状- 总览低温再生材料内冷式除湿无腐蚀除湿剂 MOFs 改性硅胶高分子聚合物除湿换热器离子溶液无机硅改性溶液。。。吸附气味吸水形变工艺/冷媒控制腐蚀/粘度/成本性能/粘度选型/成本11 除湿换热器通过第二流体（空气、水、制冷剂）吸收吸附热，显著提升除湿效果，同时降低再生温度 2. 技术发展现状- 除湿换热器叉流式内冷除湿床日本大金公司-DESICA12 VRF indoor units SDHP Outdoor Unit VRF indoor units HRV Outdoor Unit Joint SDHP and VRF system Joint HRV and VRF system 2. 技术发展现状- 除湿换热器热泵系统名称参数描述概况地点上海房间尺寸 11.2m6.4m ；高度3m 窗户 Low-e 双层玻璃，东朝向玻璃幕墙，高度2.7m 设备运行时间表工作日设备运行时间 730-1700；节假日关闭内部热负荷及通风人员负荷 15人照明强度负荷 400W 办公设备负荷 1500 W 设计室内温度冬季温度22 o C ，相对湿度50 夏季温度26 o C ，相对湿度50 渗透风量每小时0.5次换气新风量 30m³/ 人小时为了研究温湿度独立控制空调系统在舒适性和节能性上的实际效果，在上海某办公楼内建立两套多联机新风空调系统的对比验证试验。13 20 25 30 35 40 45 0.004 0.008 0.012 0.016 0.020 0.024 0.028 90 80 70 60 50 40 30 20 Humidity Ratio / [kg/kg] Temperature / [ o C] 10 JDVS Outdoor Condition JDVS Indoor Condition JHVS Outdoor Condition JHVS Indoor Condition Summer Comfort Zone JDVS-室内状态26.2 o C,11.0g/kg,52RH JHVS-室内状态26.0 o C,11.9g/kg,57RH 夏季JDVS-日累计耗电19.2kWh ；日平均COP4.6；JHVS-日累计耗电22.5kWh ；日平均COP3.5；JDVS 省电15 ，COP 提高31 冬季JDVS-日累计耗电19.3kWh ；日平均COP4.5；JHVS-日累计耗电21.1kWh ；日平均COP3.1；JDVS 省电8 ，COP 提高45 2. 技术发展现状- 除湿换热器热泵系统 -5 0 5 10 15 20 25 30 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 100 90 80 70 60 50 40 30 20 Humidity Ratio kg/kg Dry Bulb Temperature o C 10 JDVS Indoor Condition JDVS Outdoor Condition JHVS Indoor Condition JHVS Outdoor Condition Winter Comfort Zone JDVS-室内状态20.5 o C,7.9g/kg,53RH JHVS-室内状态20.2 o C,4.2g/kg,29RH14 MetalOrganicFramework 材料技术近年来发展迅猛的金属框架有机物材料技术，可以通过金属原子和有机酸的选择性搭配，设计出适合不同行业应用的新型材料，是Nature/Science期刊的常客，除湿行业也迎来新的技术契机 2. 技术发展现状-MOFs15 因为MOF 材料的可设计性，除湿行业可能迎来技术突破，最理想的除湿剂需要同时具有两个特征特征1- 饱和吸附量高 →单位质量水蒸气吸附潜力可提升数倍，转轮尺寸减小特征2-S型曲线 →高低吸附量转折点设计，使冷凝温度可实现转轮再生 2. 技术发展现状-MOFs16 通过三管制热回收多联机结合无水调湿新风机实现显热负荷和潜热负荷独立处理 →冷媒系统蒸发温度提升，并高效利用冷凝废热，实现系统节能同时提升舒适性显热潜热 Te7 ℃，启停机运行热湿处理不佳制冷除湿工况显热 Te15 ℃，连续运行热湿精确匹配潜热过处理显热潜热常规空调温湿独立建筑负荷显热潜热蒸汽加湿能耗高湿膜加湿易凝露制热加湿工况显热热泵原理驱动无水加湿回收排风水分潜热显热潜热常规空调温湿独立建筑负荷室内负荷新风负荷冬季加湿为Bonus 项 2. 技术发展现状- 基于MOFs的分布式热泵新风17 参考某办公建筑模型 0 50 100 150 200 250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 建筑负荷/[kW] 设计日负荷建筑显热负荷建筑潜热负荷新风显热负荷新风潜热负荷项目单位方案1 方案2 方案3 热源常规多联机常规多联机高显热多联机热回收多联机新风设备新风机全热交换器新风转轮除湿机室外机设备制冷量 18HP 18HP 20HP 24HP 台数 4 4 2 1 新风设备风量 500CMH 台数 11 建筑负荷新风负荷模拟计算 3 种方案空调系统选型 V6 新风 V6HRV V6R 温湿度独立新风设备 3941.3 3941.3 3933.6 热回收多联机 5795.9 常规多联机 45413.8 37909.3 19851.3 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 全年能耗/[kWh] 系统能耗Breakdown 150.0 100.0 50.0 0.0 50.0 100.0 1 267 533 799 1065 1331 1597 1863 2129 2395 2661 2927 3193 3459 3725 3991 4257 4523 4789 5055 5321 5587 5853 6119 6385 6651 6917 7183 7449 7715 7981 8247 8513 建筑负荷/[kW] 全年负荷制热- 显热负荷制热- 潜热负荷制冷- 显热负荷制冷- 潜热负荷 -40 相较于新风机搭配常规多联机，基于热回收多联机的温湿度独立控制空调系统可实现节能40 2. 技术发展现状- 基于MOFs的分布式热泵新风18 报告内容 CONTANTS CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望 4. 总结 -交叉学科催生新技术方案19 3. 技术课题和展望-MOFs转轮课题现有MOFs除湿相关文献主要从以下方面入手  MOFs的静态特性（曲线形状，稳定性，合成性）  MOFs在转轮除湿系统中的仿真研究  MOFs在除湿换热器系统中的试验研究而缺乏MOFs转轮的实验性研究结合转轮中发生的传热传质现象与MOFs材料的吸附机理，才能找到最适合的MOFs吸湿材料20 选项小计比例多送多回 75 17.56 多送少回 202 47.31 单向送风 302 70.73 其他 7 1.64 选项小计比例 500CMH 以下 19 4.45 500-1000CMH 31 7.26 1000-2000CMH 175 40.98 2000-5000CMH 332 77.75 5000-10000CMH 106 24.82 10000CMH 以上 51 11.94 选项小计比例室内设备间 333 77.99 室内吊顶 328 76.81 室外室外平台 32 7.49 室外屋顶 72 16.86 其他 3 0.7 选项小计比例普通冷凝除湿 398 93.21 双蒸发温度 42 9.84 溶液除湿 36 8.43 转轮除湿 83 19.44 其他 7 1.64 面向全国设计院伙伴展开商用多联机新风空调系统问卷调研 →Q 风路双向送回风，回风口送风口 →Q 风量段小型1000CMH 和中型2000CMH →Q 安装位置中小型- 设备间/ 吊顶；大型- 屋顶 →Q 除湿方式转轮除湿技术接受度相对较高 →温湿度独立现状优势舒适/ 节能/ 健康课题成本高/ 控制困难/ 维护复杂基于热回收多联机的温湿独立控制空调系统，成本可控，控制高度集成化，维护简单有效问卷回收量427份 3. 技术课题和展望- 分布式热泵新风调研21 干燥/ 溶剂回收 49.8 47 除湿空调间 31.2 29 其它 25.3 24 数据来源 Manufacturingenergyanalysisoflithiumionbatterypackforelectric.ChrisYuan,etc.CIRPAnnals- ManufacturingTechnology66201753–56. 不含外围动力设备kWh/kWh 动力型锂电池Fab能耗 102 132 159 324 600 0 200 400 600 800 2018 2019 2020 2021 2022 中国锂电池出货量GWh  动力、储能电池均迅速增长  新建产能增加更快  2022年中国锂电池组装工厂制造能耗将达到600亿千瓦时，涂布烘干/ 溶剂回收、工艺除湿空调的能耗达到467亿千瓦时，且将随着电池产量、产能的扩张快速增长序原系统新方案涂布干燥/ 溶剂回收电加热/ 锅炉供热、外冷源冷凝喷淋回收溶剂除湿热泵一体化干燥、冷却冷凝转轮除湿空调新风转轮除湿机电加热/ 锅炉为再生热源转轮热泵组合式除湿机高温热泵再生工艺供热正极配料、极片干燥、电芯烘烤、化成等40120°C 供热需求与涂布干燥热泵排热或冷冻水为热源的热泵系统 3. 技术课题和展望- 工业领域拓展22 报告内容 CONTANTS CONTANTS 目录 1. 技术和市场背景 2. 技术发展现状 3. 技术课题和展望 4. 总结 -机遇和挑战并存23 1 个方向双碳背景下，温湿度独立控制空调系统可以进一步提高暖通系统能效，助力建筑行业减碳 4. 总结双碳目标的实现需要各行业各学科协同并进 1 个方案基于MOFs 的除湿转轮技术和分布式热泵新风系统是一种具有潜力的解决方案 2 个问题最优材料和新风末端方案需要结合MOFs的吸附机理和转轮传热传质现象进一步研究最佳系统方案需要结合建筑行业和设计院的现状 1 个机会低温再生MOFs转轮技术在工业场景中存在更广阔的应用前景24 期待与您共同开创新辉煌 MAKE IT HAPPEN, TOGETHER