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 1 MBT Midea Building Technology 美的楼宇科技 CONTANTS 目录 报告内容 CONTANTS 2 1. 2. 3. 4. 技术和市场背景 技术发展现状 技术课题和展望 总结 双碳战略 1. 技术和市场背景- 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 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 3 传统除湿技术 1. 技术和市场背景- 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 建筑负荷 空调能力 潜热 余湿 潜热 显热 显热 建筑负荷 空调能力 潜热 潜热 显热 显热 过冷 4 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） 温湿度独立控制 1. 技术和市场背景- 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 5 国内商用新风产品 1. 技术和市场背景-  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 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） 1080~6000 1200~6000 200~12000 800~2000 1080-6000 2500~6000 3000~6000 1200~6000 1500~2800 1200~6000 1000~16000 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*387~1 110*1214*785 744*1100*470~ 1980*850*665 1170*510*1670~ 1470*720*1870 1790*1400*960~ 2100*1200*1500 1400*700*300~1 700*1100*650 1210*1215*452~ 1340*1550*572 1500*700*248~1 943*1172*542 1107*892*378~2 400*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 松下日本 大金日本 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） 500~1000 1000~2000 1080-2100 1080~2100 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*470~1 250*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 6 国内家用新风产品 1. 技术和市场背景- 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 主流厂家“X恒”系统对比 7 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 8 日本新风产品 1. 技术和市场背景-  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 8 CONTANTS 目录 报告内容 CONTANTS 9 1. 2. 3. 4. 技术和市场背景 技术发展现状 技术课题和展望 总结 -双碳背景下提出新产品需求 总览 2. 技术发展现状- 近年来，温湿度独立控制空调技术主要从以下几方面展开 MOFs 选型/成本 改性硅胶 吸附气味 高分子聚合物 吸水形变 内冷式除湿 除湿换热器 工艺/冷媒控制 无腐蚀除湿剂 离子溶液 腐蚀/粘度/成本 无机硅改性溶液 性能/粘度 低温再生材料 固体吸附技术： 溶液吸收技术： 。。。 10 除湿换热器 2. 技术发展现状- 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 叉流式内冷除湿床 日本大金公司-DESICA 11 除湿换热器 除湿换热器热泵系统 2. 技术发展现状- 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。 Joint SDHP and VRF system Outdoor Unit VRF indoor units SDHP Joint HRV and VRF system Outdoor Unit VRF indoor units HRV 名称 概况 地点 房间尺寸 窗户 设备运行时间表 内部热负荷及通风 人员负荷 照明强度负荷 办公设备负荷 设计室内温度 渗透风量 新风量 12 参数描述 上海 11.2m×6.4m；高度3m Low-e 双层玻璃，东朝向玻璃幕墙，高度2.7m 工作日设备运行时间 7:30-17:00；节假日关闭 15人 400W 1500 W 冬季温度22 oC，相对湿度50% 夏季温度26 oC，相对湿度50% 每小时0.5次换气 30m³/人小时 除湿换热器热泵系统 2. 技术发展现状- 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% JDVS-室内状态20.5oC,7.9g/kg,53%RH JHVS-室内状态20.2oC,4.2g/kg,29%RH 0.016 % 40 20% 13 30 35o Temperature / [ C] % 50 Winter Comfort Zone 0.016 0.012 0.008 Summer Comfort Zone 25 0.020 10% 40 0.004 45 -5 0 5 10 15 20 o Dry Bulb Temperature ( C) 25 0.014 0.012 Humidity Ratio (kg/kg) 0.024 % 30 20 JDVS Indoor Condition JDVS Outdoor Condition JHVS Indoor Condition JHVS Outdoor Condition Humidity Ratio / [kg/kg] 50 % 60 % 90 % 80 % JDVS Outdoor Condition JDVS Indoor Condition JHVS Outdoor Condition JHVS Indoor Condition 70 % 0.028 10 0% 90 % 80 % 7 60 0% % JDVS-室内状态26.2oC,11.0g/kg,52%RH JHVS-室内状态26.0oC,11.9g/kg,57%RH 0.010 % 40 0.008 % 30 0.006 20% 0.004 10% 0.002 0.000 30 MOFs 2. 技术发展现状- MetalOrganicFramework材料技术： 近年来发展迅猛的金属框架有机物材料技术