图片来源:Mayekawa
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在研究和写作出版的建筑产品环境建设新闻在过去的二十年里我有机会介绍一些有趣的突破性的产品和技术。一个这样的技术几周前我写是使用二氧化碳作为热泵的工作流体。
但是让我回了一个关于制冷剂的上下文。这些液体用于冰箱、空调和热泵,将热量从一个地方转移到另一个在冷却或加热空间。这种“vapor-compression-cycle”设备利用的原则,压缩气体吸收热量和扩大释放热量,所以它是一种将热量从一个地方移动到另一个。
当这个压缩和扩张周期导致相变(将它从液体变成气体,反之亦然),重要可以吸收和释放热量。
制冷剂的问题
在过去的35年,制冷剂受到火——对他们的影响地球的臭氧层保护和全球变暖的潜力(GWP)。hydrochlorofluorocarbon hcfc - 22 (R-22),长期以来一直是最常见的制冷剂。但它是被淘汰根据国际条约来保护地球保护臭氧层。
这是一件好事,因为R-22既是重要的臭氧消耗和重要的温室气体。HFC(其)制冷剂hcfc - 22已经取代了是更好的从臭氧消耗的角度看(臭氧损耗潜在或ODP(0),但他们仍然非常重要的温室气体(GWP)高。
使用二氧化碳作为制冷剂
这些担忧结束前和HFC制冷剂导致兴趣其他化学物质,可以用作制冷剂,其中之一是二氧化碳(CO2)。日本人相当大的注意力集中于CO2-based热泵,和一个日本公司,Mayekawa,一直在出售商业规模CO2-based热泵在北美好几年了。
Mayekawa提供了三种不同的二氧化碳热泵,EcoCute水水热泵,Unimo空气水热泵(PDF下载)和热风water-to-air热泵。(产品名称、EcoCute有点拙劣的翻译的日语。“生态”是“生态”在美国的缩写,而“可爱”是来自日本kyA«助教,意思是“供应热水。”)“EcoCute”一词通常用来的日本制造商,其开发工作由政府和公用事业公司东京电力公司。
三个Mayekawa热泵有25千瓦(千瓦)汽车,所以他们要大于热泵用于家庭。
这种系统的效率高是一个重要的好处;他们在性能系数(COP)约为4.0。如果他们提供空间配置冷却除了热水(只是水水和空气水模型),警察可高达8.0。
高输出的温度
从性能的角度来看,CO2-based热泵最大的区别在于,它们可以产生更高的温度输出。为什么他们可以这么做很复杂,与二氧化碳作为制冷剂“超临界”和不完全改变阶段像其他制冷剂——我就不说细节了,尽管我描述它文章Mayekawa热泵我写的8月的问题环境建设新闻(需要订阅BuildingGreen.com)。
的EcoCute水水热泵和Unimo空气水热泵水可以产生高达194°F -远比标准,由热泵热。这是重要的,因为这让他们可行的液体循环加热的加热(踢脚板热水)。作为我的朋友和能源工程师马克·罗森鲍姆体育告诉我,如果可以遍布全球,这将是一个“游戏规则改变者”。
CO2-based热泵的一个挑战是,他们需要一个相当大的提升温度来操作。这是之间的温差在热循环供应并返回温度。
标准的燃气或燃油锅炉可能交付180°F水热水供暖,并返回水加热循环150°F的温度后交付其热透护壁板散热器。所以锅炉“提升”从150°F到180°F。没有足够的升力CO2-based热泵。EcoCute需要约45°F的最小有效提升功能。
更高的压力
另一个挑战是,二氧化碳制冷剂循环运作的压力远远高于标准vapor-compression-cycle设备。在蒸发器侧的压力可以约600磅每平方英寸(psi),而在气体冷却器(取代了冷凝器在标准compression-cycle设备),压力可以1500 - 1800 psi。
更高的压力和需要更健壮(也更昂贵)的组件包含压力放缓CO2-based热泵的发展。
CO2-based热泵的未来
我收集一些制造商的流行minisplit热泵发展residential-scaled CO2-based热泵和那些热泵目前正在进行测试。
这将是有趣的,看看会发生什么。让我兴奋的是,这样的热泵增加潜在的提供更多的能源需求利用阳光发电燃烧化石燃料的替代品。有挑战,当然,但此类产品可以帮助我们过渡到一个太阳能的未来。
亚历克斯的创始人是BuildingGreen公司。和执行主编环境建设新闻。2012年,他创立了弹性设计研究所。跟上阿历克斯的最新文章和沉思,你可以报名参加他的微博上。
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10评论
良好的概述
漂亮的二氧化碳作为制冷剂的概述,亚历克斯。你在一开始就做了一个声明,但并不完全正确。
压缩气体温度增加和扩大它降低了温度。这不是相当于添加或删除热,两个过程发生在蒸发器和冷凝盘管,分别。是负责添加或删除的相变热,而不是压缩和扩张。
压缩和扩张是必要的工作流体的温度足够高或低,热力学第二定律可以接管。热量来自更高的温度更低的温度,你知道的。
我写了一个详细说明蒸汽压缩(又名制冷)周期的几年前:
冷的魔力
别人想二氧化碳
最近kickstarter项目试图利用二氧化碳作为工作流体。http://www.kickstarter.com/projects/1876426552/supercritical-co2-turbine-generator?ref=category
也许这两个可能的总和。
三洋……
…一直在营销住宅二氧化碳制冷剂空气水热泵系统在欧洲一个5年多了:
http://www.elektricno-ogrevanje.si/db/file/SANYO_CO2_ECO_v2.pdf
http://www.transitionedinburghsouth.org.uk/blog/sanyo-co2-eco-air-source-heat-pump-operation
热输出9千瓦(30000英热单位/小时)在小豪宅,但足够大热2009 ~ 2500的IRC code-min房子在美国气候区5(和许多区6。)
我不清楚是什么让他们从北美市场,除了对空调的需求(空对空R410A系统更容易卖。)
这不是新技术,我期望它取代R410A对于许多应用程序在不太遥远的未来,特别是在R410A变得更规范作为一种温室气体,因为它是GWP (~ 2088 x二氧化碳)比R22更高(~ 1810 x二氧化碳)在100年的基础上。二氧化碳最近成为新的标准取代HFC134a (~ 1400 x二氧化碳GWP)在欧洲汽车空调的应用程序——更多的技术来了。
马丁的下一篇文章…
达纳,如果这些三洋(现在松下?)或类似的单位会在美国本土,马丁能够写另一篇文章——“太阳热能(真的)死了”。
三洋二氧化碳热泵
丹娜,
我也看到了三洋文学在这些住宅二氧化碳热泵几年前,但我还没见过因为松下收购三洋。你知道这个二氧化碳热泵产品线已经继续在欧洲吗?
碳封存?
经常思考和听到碳封存方法降低碳足迹等……
我想这不会去在部门....吗?不要上班的许多磅。在一个系统…
和/或在这些不是他们会使二氧化碳捕获…lol
但我想在一个大的商业应用程序,可能会稍微重要——如果安装在数以百计的位置。
δT高需求是有趣的,将会是很有趣的设计。
松下三洋系统停止,保持技术
看到的:http://www.r744.com/companies/view/panasonic(看起来像商业应用)
不知怎么的我错过了关闭的生产线。的技术仍然存在,但显然不再捆绑&销售家用供暖系统。松下有一个竞争“Aquarea”空气水热泵系统使用R410A在欧洲推出后不久接管对大金的直接竞争Altherma空气水热泵系统(也R410A),这可能是一个因素在停药。看到的:http://www.pmcoppack.com/shop/datasheets/product_datasheets/Aquarea.pdf
SFAIK松下Aquarea不是在N(还)销售。美国(但大金Altherma。)
斯特拉斯克莱德大学的工程系运行三洋系统通过一系列的测试,重点可以在这里找到:
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/10-11/ASHP_CO2/introduction.html
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/10-11/ASHP_CO2/lit-sanyoEcoCute.html
效率呢?
我看到的数据表明,对于典型用途,比R410A二氧化碳产生的低效率。异丁烷似乎显示更好的结果。
低效率只是一个方面……
是的,二氧化碳低于R410A与R22系统对于低温系统,但对于更高的临时操作那些HFC系统效率下降二氧化碳是一种非常独特的优势。的有效热量输送系统的设计的一个问题与二氧化碳是弗吉尼亚州的需求大于25 c的制冷剂循环,共同的约束不完全相变制冷剂与vapor-only制冷剂系统。
在热泵辐射板
如果二氧化碳需要一个更大的三角洲,路线返回到辐射板校正后返回临时下降。
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