基于真空管换热储能式热泵供热技术

国家重点推广的低碳技术目录

（第四批）技术简介

一、 技术名称：基于真空管换热储能式热泵供热技术

二、 技术类别：零碳技术

三、 所属领域及适用范围：可再生能源  建筑供热领域

四、 该技术应用现状及产业化情况

近年来，我国大力推进清洁取暖工作，散煤治理取得良好的进展， 但高寒偏远地区冬季取暖依然缺乏行之有效的方案。我国北方中小城镇建筑体形系数大、建筑密度低、太阳能资源较好，但传统的太阳能集热器是以水为换热介质，存在低温环境容易冻裂、泄漏、锈蚀等问题， 难以从根本上解决供热问题。基于真空管换热储能式热泵供热技术是一种将太阳能、储能和热泵融为一体新型供热技术，既解决了寒冷地区热泵供热难的问题，又解决了太阳能利用的周期性问题，可为北方地区分散供热提供一套经济可行的综合解决方案。目前，该技术产品已经在四川、西藏、新疆、宁夏等地多个清洁供暖项目上推广应用，应用建筑类型包括边防哨所、站房、民用住宅、综合性办公楼以及农业大棚温室等，累计供暖面积超过1000万m²。

五、 技术内容

1. 技术原理

该技术集相变蓄能技术、空气式太阳能集热技术和热泵技术于一体。太阳能集热器吸收太阳辐射热，并通过其内置的高效蓄能核芯直接原位贮存，可以在晚间利用白天积蓄的热量；蓄能核芯作为热源经空气与热泵机组实现换热，由于冷/热源温差变小，能大幅提高热泵供热系数。当太阳能不足时，热泵主机引入室外空气，开启双级复叠增功功能，确保不同工况高效供暖。同时，该技术产品可在夏季作为空调进行制冷，进一步提高项目的经济性。

2. 关键技术

（1） 真空集热管尾部通风设计技术。釆用太阳能真空集热管尾部通风设计，实现集热管双向导通；以相变蓄热材料代替“水”贮存热量，可直接用于加热空气介质。

（2） 高效储热材料设计技术。研发并釆用了高蓄能密度、高热传导性、无毒无害环保型的相变蓄热材料，贮能密度为410MJ/m³,是水蓄热能力的5倍以上。

（3） 双级复叠机增功技术。热泵主机釆用双级复叠机增功技术, 可实现太阳能和热泵机组联合双驱供暖，零下35°C仍可实现较高制热系数。

3.工艺流程

图 1 储能式热泵工艺流程图

六、 主要技术指标

1.热泵机组设计出水温度最高 60℃，名义工况 COP 大于 3；

2.真空管镀膜采用干涉膜工艺，吸收率大于90%，散射率低于6%；

3.空晒温度≥280℃、最低运行温度-40℃；

4.真空管真空度＜5.0×10-3Pa。

七、 技术鉴定及获奖情况

该技术已获得国家发明专利1项，实用新型专利6项，外观专利1项，国际PCT发明专利1项。参与编制“太阳能供热釆暖工程技术” 国家标准1项，参与编制中国电力企业联合会行业标准1项。2019年，该技术获得由国家建筑节能质量监督检验中心出具的性能检验报告。

八、 典型用户及投资效益

典型用户：青海省玉树州称多县拉布寺、内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站等

典型案例1

案例名称：青海省玉树州称多县拉布寺太阳能热泵供暖系统工程

建设规模：该项目包含活佛住所和两栋住宅楼，总建筑面积为 5525.2m²。

建设条件：最低温度大于-35°C。

主要建设内容：将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。

主要设备：太阳能集热器28台，热泵7台。项目总投资60万元，建设期为3个月。年碳减排量6801，碳减排成本为60~80元/tCO₂。年经济效益15万元，投资回收期约4年。

典型案例2

案例名称：内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站太阳能釆暖系统工程项目

建设规模:该项目为单层建筑，钢混结构，总建筑面积为260.1m², 总供暖面积为231.2 m²。

建设条件：最低温度大于-35°C。

主要建设内容：将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。

主要设备：太阳能集热器 12台，热泵1台。项目总投资12.7万元，建设期为1个月。年碳减排量26tCO₂,碳减排成本为320~340元/tCO₂。年经济效益4万元，投资回收期约3年。

九、推广前景和减排潜力

预计未来5年，该技术预期推广比例将达到10%,项目总投资12亿元，可形成的年碳减排能力约80万tCO₂。

往期全部

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——多孔表面高通量管高效换热技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——多腔孔陶瓷复合保温绝热材料

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——绕组式永磁耦合调速器技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——高效翼型轴流风机技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——基于相变抑制传热材料的LED照明灯具技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——基于碱土金属复合盐类的绝热（保温隔热）涂料技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——基于新型一体式低氮燃烧冷凝燃气锅炉的智能供热控制技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——数据中心高效节能喷淋液冷技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——数据中心垂直制冷能效控制技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——双系统互备机柜热管背板空调末端节能技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——基于物联网控制的储能式多能互补高效清洁供热技术

基于真空管换热储能式热泵供热技术

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（第四批）技术简介

一、 技术名称：基于真空管换热储能式热泵供热技术

二、 技术类别：零碳技术

三、 所属领域及适用范围：可再生能源  建筑供热领域

四、 该技术应用现状及产业化情况

近年来，我国大力推进清洁取暖工作，散煤治理取得良好的进展， 但高寒偏远地区冬季取暖依然缺乏行之有效的方案。我国北方中小城镇建筑体形系数大、建筑密度低、太阳能资源较好，但传统的太阳能集热器是以水为换热介质，存在低温环境容易冻裂、泄漏、锈蚀等问题， 难以从根本上解决供热问题。基于真空管换热储能式热泵供热技术是一种将太阳能、储能和热泵融为一体新型供热技术，既解决了寒冷地区热泵供热难的问题，又解决了太阳能利用的周期性问题，可为北方地区分散供热提供一套经济可行的综合解决方案。目前，该技术产品已经在四川、西藏、新疆、宁夏等地多个清洁供暖项目上推广应用，应用建筑类型包括边防哨所、站房、民用住宅、综合性办公楼以及农业大棚温室等，累计供暖面积超过1000万m²。

五、 技术内容

1. 技术原理

该技术集相变蓄能技术、空气式太阳能集热技术和热泵技术于一体。太阳能集热器吸收太阳辐射热，并通过其内置的高效蓄能核芯直接原位贮存，可以在晚间利用白天积蓄的热量；蓄能核芯作为热源经空气与热泵机组实现换热，由于冷/热源温差变小，能大幅提高热泵供热系数。当太阳能不足时，热泵主机引入室外空气，开启双级复叠增功功能，确保不同工况高效供暖。同时，该技术产品可在夏季作为空调进行制冷，进一步提高项目的经济性。

2. 关键技术

（1） 真空集热管尾部通风设计技术。釆用太阳能真空集热管尾部通风设计，实现集热管双向导通；以相变蓄热材料代替“水”贮存热量，可直接用于加热空气介质。

（2） 高效储热材料设计技术。研发并釆用了高蓄能密度、高热传导性、无毒无害环保型的相变蓄热材料，贮能密度为410MJ/m³,是水蓄热能力的5倍以上。

（3） 双级复叠机增功技术。热泵主机釆用双级复叠机增功技术, 可实现太阳能和热泵机组联合双驱供暖，零下35°C仍可实现较高制热系数。

3.工艺流程

图 1 储能式热泵工艺流程图

六、 主要技术指标

1.热泵机组设计出水温度最高 60℃，名义工况 COP 大于 3；

2.真空管镀膜采用干涉膜工艺，吸收率大于90%，散射率低于6%；

3.空晒温度≥280℃、最低运行温度-40℃；

4.真空管真空度＜5.0×10-3Pa。

七、 技术鉴定及获奖情况

该技术已获得国家发明专利1项，实用新型专利6项，外观专利1项，国际PCT发明专利1项。参与编制“太阳能供热釆暖工程技术” 国家标准1项，参与编制中国电力企业联合会行业标准1项。2019年，该技术获得由国家建筑节能质量监督检验中心出具的性能检验报告。

八、 典型用户及投资效益

典型用户：青海省玉树州称多县拉布寺、内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站等

典型案例1

案例名称：青海省玉树州称多县拉布寺太阳能热泵供暖系统工程

建设规模：该项目包含活佛住所和两栋住宅楼，总建筑面积为 5525.2m²。

建设条件：最低温度大于-35°C。

主要建设内容：将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。

主要设备：太阳能集热器28台，热泵7台。项目总投资60万元，建设期为3个月。年碳减排量6801，碳减排成本为60~80元/tCO₂。年经济效益15万元，投资回收期约4年。

典型案例2

案例名称：内蒙古通辽科左中旗花胡硕加油站太阳能釆暖系统工程项目

建设规模:该项目为单层建筑，钢混结构，总建筑面积为260.1m², 总供暖面积为231.2 m²。

建设条件：最低温度大于-35°C。

主要建设内容：将原有电锅炉替换为太阳能热泵系统。

主要设备：太阳能集热器 12台，热泵1台。项目总投资12.7万元，建设期为1个月。年碳减排量26tCO₂,碳减排成本为320~340元/tCO₂。年经济效益4万元，投资回收期约3年。

九、推广前景和减排潜力

预计未来5年，该技术预期推广比例将达到10%,项目总投资12亿元，可形成的年碳减排能力约80万tCO₂。

往期全部

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国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——多腔孔陶瓷复合保温绝热材料

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——绕组式永磁耦合调速器技术

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国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——基于新型一体式低氮燃烧冷凝燃气锅炉的智能供热控制技术

国家重点推广的低碳技术目录（第四批）技术简介——数据中心高效节能喷淋液冷技术

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