空气中取水范文

空气中取水篇1

实验室制取一种气体,必须考虑如下两个问题:

第一,需要研究制取这种气体所需要的发 生装置,就是根据所给药品的状态及实验条件来选择发生装置。利用已有的O2和CO 2制取装置,可将制取气体的发生装置总结为两种类型:实验室用KMnO4制取O2所用 药品的状态为固态,反应条件为加热,所使用的发生装置称为“固热型”(如下图A);实 验室用H2O2和MnO2制取O2与实验室制取CO2所用药品的状态均为固态 和液态混合物,反应在常温下即可进行,所使用的发生装置称为“固液不需加热型”(如下 图B)。据此可根据所给药品及反应条件判断制取其他气体时可选择的发生装置。如果与上 述两种药品状态及反应条件均不相同,则应选择其他的气体发生装置。

第二,需要研究收集这种气体所需要的收集装置,就是根据气体的溶解性及密度(与空气的 密度相比较)来选择收集装置。根据O2和CO2的收集方法,可总结出收集气体的一 般方法:对于不溶于水的气体,如O2、H2、CO,可用排水法收集(如下图C);密度比 空气大且不与空气反应的气体,如O2、CO2、H2S,可用向上排空气法收集(如下图D );密度比空气小且不与空气反应的气体,如H2 、NH3、CO,可用向下排空气法收集( 如下图E)。

一般情况下,气体如果不溶于水,都有两种收集方法,但像易溶于水的NH3、HCl等,气体 只能用排气法收集,NH3 用装置E收集,HCl用装置D收集。

对于有毒的气体,一般不用排空气法收集,如确实需要,可用下图特殊装置收集。

①排水法收集气体:先灌满水,气体从b端进,水从a端排出。

②向上排空气法收集气体:气体从a端进,空气从b端排出。

③向下排空气法收集气体:气体从b端进,空气从a端排出。

二、典例分析及拓展应用

例1.(2009年株洲)已知氨气 是一种无色有刺激性气味、极易溶于水、密度比空气小的气体。某学习小组在探究活动中要 制取一定量的氨气,该小组查阅资料后,得知以下两种方法可以制取氨气:

第一种方法:氮气与氢气在高温、高压、催化剂的条件下生成氨气;

第二种方法:氯化铵固体和熟石灰粉末在加热条件下生成氨气。

(1)该小组同学没有选择第一种方法制取氨气的原因是。

(2)在下图所示装置中,制取氨气的装置是,理由是;收集氨气的装置是,理由是。

(3)请写出上图所示装置中标有序号的仪器名称:①,②。

解析:本题通过给出氨气的性质及常见的制取气体所用的装置,考查同学们 在新情境下制取气体的迁移能力。由于第一种方法制取氨气需在高温、高压、催化剂的条件下完成,实验室很难达到这一实验条件,因此不能选择第一种方法制取氨气。第二种 方法制取氨气所用药品均为固态,反应需在加热条件下进行,与实验室用高锰酸钾制取氧气 相同,因此制取氨气可使用“固热型”的发生装置。由于氨气极易溶于水,且密度比空气小 ,因此,收集氨气不能用排水法,只能用向下排空气法来收集。

答案:(1)第一种方法的操作条件复杂而第二种方法的操作条件简单(2)A

因为该反应是加热固体 D 因为氨气极易溶于水且密度比空气小(3)酒精灯 导(气) 管

点评:有关气体制取知识的考查,同学们不应只满足于熟练掌握氧气和二氧 化碳的制取原理 、发生装置和收集装置、主要操作步骤、注意事项上,也要掌握在新情 景下熟练应用实验室制取氧气和二氧化碳的知识解决其他未知气体有关知识的能力。

例2.(2009年丽水)小岳同学在复习气体的性质时,阅读到以下资料:制取 气体的发生装置取决于反应前的药品状态和反应条件,收集气体的装置取决于气体能否与水 反应、在水中的溶解性以及该气体相对于空气的密度大小。现有甲、乙、丙三种气体的反应 前的物品状态、反应条件以及有关性质如下表所示:

气体反应前的药品状态反应条件气体性质甲固体+液体常温不与水反应,不易溶于水,密度比空气大乙固体+固体加热能与水发生反应,极易溶于水,密度比空气小丙固体+液体加热能与水发生反应,能溶于水,密度比空气大

有关装置图如下:

请你回答下列问题:

(1)能用发生装置A 制取的气体是(填“甲”、“乙”或“丙”)。

(2)收集丙气体应选择的装置是(填字母序号)。

(3)实验室要制取和收集甲气体,请写出一个符合要求的化学方程式:。

解析:本题通过给出制取气体信息,考查同学们在新情境下分析问题及解决 问题的能力。(1)A装置是“固热型”,符合给固体加热条件的才能使用此装置,通过比较 所给三种气体,可判断乙符合。(2)由于气体丙能与水发生反应,能溶于水,故不能用排 水法收集,密度比空气大,因此,只能用向上排空气法收集。(3)制取甲气体所用的药品 为固体和液体,反应条件为常温,联想所学制取氧气和二氧化碳的制取原理,可写出符合要 求的化学方程式。

答案:(1)乙 (2)D (3)2H2O2MnO22H2O+O 2

空气中取水篇2

13～10

14L/L；对空气饱和水进行测试，Xe含量、129Xe/131Xe和132Xe/134Xe的测试结果的相对标准偏差分别为1.00%，0.10%和0.20%，误差分别为0.93%，0.16%和0.50%；分析了造成测试误差的因素，明确了误差的来源。

关键词水样；氙同位素；提取；质谱

1引言

自然界中Xe有9种稳定同位素：124Xe，126Xe，128Xe，129Xe，130Xe，131Xe，132Xe，134Xe和136Xe，核电站反应堆核裂变产生能量过程中，238U产生大量的132Xe和134Xe，235U产生大量的129Xe和131Xe[1＼]。如果在初级循环水内这些同位素的含量明显升高，或者其同位素组成和大气Xe同位素组成有明显的差异，可能指示反应堆存在不同程度的核泄露[2～5＼]。因此建立水中溶解Xe含量及同位素组成的测试方法有非常重要实际应用价值和意义。

水中溶解Xe含量及其同位素组成的测定主要包括水样采集、气体提取纯化以及气体分析等过程。目前国内样品采集方法主要是用两端带有玻璃阀门的玻璃管封装采集[6＼]，这种方法弊端在于阀门死角处极易形成气泡而干扰测定结果。国外采样方法主要用铜管采集法，使水样流经并充满铜管，最后用机械钳将铜管两端夹紧密封，其密封方式及铜管漏率极低，可以最大程度避免空气渗入而污染样品。但是需要谨慎操作，才能确保铜管两端被密封，另外，取样铜管连至系统后，在大气环境中打开铜管，操作不慎，会使铜管夹口壁薄处产生漏孔，导致大气渗入[7＼]。气体提取纯化与分离是将水样引入真空系统，水中难溶气体析出，用吸气剂泵去除活性气体，在采用低温冷泵通过不断升温的方法在合适的温度下分离出Xe气进行以备测量[8～11＼]。由于水中溶解Ar含量高，Ar在水中的溶解度比Kr和Xe高4个量级[9，12＼]，靠不断升温很难将其完全释放，会影响Xe的测定：其一，混合气体中的Ar显著稀释了待测Xe，使Xe的离子化效率降低，影响Xe测试的灵敏度，且导致Xe同位素测试的分馏＼[9＼]；其二，Ar的压力相对较高，质谱仪灯丝寿命会缩短。Xe气的含量及同位素组成分析，主要使用四极杆质谱仪和稀有气体磁质谱仪两种仪器进行测量。四极杆质谱仪的优势在于高效、操作简单，磁质谱仪在灵敏度、分辨率等方面具有明显的优势，而大型磁质谱测量结果更加准确[13＼]。

本研究建立了一种取样可靠、高效分离纯化样品中溶解Xe的方法。采用铜管取样，保证了气体的密封性；循环升温降温纯化分离Xe，实现了水中溶解Xe与其它气体的完全分离，利用稀有气体质谱仪HelixSFT对实验室内部标准水中溶解Xe含量和同位素组成进行了测试，获得了理想的测试结果。

2实验部分

2.1仪器与试剂

HelixSFT稀有气体质谱仪（美国ThermoFisher公司），配备Nier型离子源，飞行管道分叉设计，配备法拉第杯（Cup）及电子倍增器（SEM），其中电子倍增器配备偏转过滤电场，噪音值

试剂主要有干燥剂、吸附剂、无粉活性炭、ST101型吸气剂（ZrAl合金）、液氮、酒精干冰混合液，132Xe纯气、二次去离子水等。

2.2空气饱和水（ASW）的配制

去离子水在一定大气压力和温度下的溶解度是恒定的[7，13＼]，其同位素组成与大气中Xe同位素组成一致，将去离子水放置于大气压和温度恒定的空气中，使其充分溶解空气中的Xe，直至饱和，获得空气饱和水ASW（AirSaturatedWater），作为实验室内部的标准水。

本实验室将20L二次去离子水放置于室内环境温度为20℃、大气压力977Torr（130kPa）、通风良好的环境中，不断搅拌24h，使去离子水与空气充分交换平衡，将其封装待用。

2.3取样方法

采用外径为6.35mm，壁厚为0.9mm的无氧铜管取样，依次用酒精、去离子水、丙酮冲洗干净，60℃烘干待用。

取样时，将铜管竖直放置，水样通过微型水泵从铜管下端流经铜管并从上端排出，取样过程中连续敲击铜管赶走内部气泡，使得铜管内部全部充满水，用压力钳先把铜管上部夹断冷封，然后在距上部密封约30mm处，将底部夹断密封，放置待用。

2.4Xe馓崛》掷

采集的水样中不仅溶解有He，Ne，Ar，Kr，Xe稀有气体，而且含有更多的N2，O2，CO2等活性气体，因此Xe的提取过程主要包括水中溶解气体的析出，析出气体中活性气体的吸附，稀有气体中Xe气的分离3个过程。本实验自主设计了一套JP水样Xe提取装置（图1），整套装置全部为金属连接，可在300℃高温条件下烘烤，真空泵组采用无油干泵，最大程度降低系统本底，整套系统真空度优于1.0×10

6Pa。

将装满空气饱和水样品的铜管用金属卡套密封连接至提取装置，将提取系统抽真空约1.0×10

6Pa，关闭真空泵阀门，高真空环境下压开铜管一端密封面，使水溶液扩散至一个约100mL的不锈钢罐内，用超声波振荡不锈钢罐底部，加速溶解气体析出，析出气体通过毛细管及冷阱，在冷阱和分子筛上套上液氮，将Ar，Kr和Xe以及少量水蒸汽冷凝，He和Ne则通过分子泵组抽走。将冷阱和分子筛加热至100℃，充分释放Ar，Kr，Xe以及少量的水蒸气，通过干燥剂阱充分除水，将其冷冻至干燥剂另一端的活性炭冷阱中，根据真空规检测除水程度，待干燥气体全部转移至活性炭冷阱后，加热活性炭冷阱至100℃，释放其中的气体，用锆铝泵充JP分吸附纯化其中的活性气体，低温冷泵温度调至60K，Ar、Kr和Xe冷冻至低温冷泵内，通过循环升温降温过程除去其中的Ar，将分离出的Kr和Xe引入质谱仪进行分析。

2.5质谱分析

优化Xe同位素测量参数，根据信号强度大小选用法拉第杯或者电子倍增器，用跳峰的方式依次测量整套系统本底值、大气Xe同位素组成和样品溶解Xe的同位素组成。

实验采用的标准气体为大气Xe，取0.1mL的空气样品引入纯化系统，采用与上述水样中Xe的纯化过程同样的步骤进行分离，用质谱进行测定。因大气Xe含量及同位素组成恒定，通过峰高比较法计算待测样品的Xe含量。测定空气中Xe同位素组成，并与实际值相比，用Linearlaw[15＼]计算质量歧视因子，对水中测得溶解Xe同位素组成进行校正，得到水中溶解Xe同位素组成。

3结果与讨论

3.1取样铜管密封性

采用液压钳将已装满水样的铜管从两端夹断，利用铜管粘性进行冷封，将该铜管与氦质谱检漏仪连接，在其密封处利用氦气测试其漏率大小（表1），检测结果说明其密封性可靠。

Xe在20℃、1个标准大气压下的溶解度约为3.25×ZH（10

13mol/g，即10g水样中约有3.25×10

12mol的溶解Xe。空气中Xe的丰度约为8.7×10

8L/L[12＼]，按照铜管的最大漏率2.87×10

13mol/s计算，则空气中Xe在1个月内渗入到铜管量仅为6.47×10

15mol，造成的分析误差约0.2%，由于Xe的扩散能力比He更差，因此，Xe在铜管中由于漏率造成的误差小于0.2%。

3.2系统本底值

一个样品的提取、分离及测试过程需要1～2h，提取装置系统本身在这段时间内管壁或者密封焊接处自身会释放气体，因此，必须对整套系统的本底进行测试。选用大气Xe含量最高132Xe（26.9%）作为监测系统本ZH）底的指标。将取样铜管连入系统后，不打开铜管密封面，采用与样品提取及测试完全一致的步骤，对系统本底产生的132Xe进行扫描测定（图2）。

图2显示，质谱仪的本底约0.02fA，打开连接提取分离装置系统与质谱仪的进气阀门后，整套系统本底值约为0.10fA。对约10g空气饱和水中溶解Xe的测定，其132Xe的强度在3000fA左右，因此，本底值仅占实际信号强度0.0033%左右，整套装置系统的本底值对样品中Xe的测量可忽略不计。

3.3分离温度

稀有馓He，Ne，Ar，Kr和Xe在空气饱和水中的含量大小为Ar>>Ne>Kr>He>Ne[16＼]，由于水中溶解的Ar的含量远高于Xe和其它稀有气体的含量，大量Ar不但会稀释Xe，导致Xe的测试重现性差，还会引起测试Xe过程中的同位素分馏效应。利用Ar与Xe在活性炭冷阱凝固点的差异，可对Ar进行分离移除。引入0.1mL纯Ar气，调节装有活性炭冷阱的低温冷泵至60K，将其完全冻入冷阱内，逐渐升温，通过质谱仪信号大小确定了其释放温度曲线。引入0.1mL纯132Xe，采用和纯Ar同样的步骤，确定Xe的释放温度曲线（图3）。

由图3可知，在150K温度下，可以将Ar充分释放，而Xe几乎依然保留在活性炭冷阱内，实验过程中分别引入Ar和132Xe纯气，且两者信号强度几乎一致的情况下而获得的释放曲线。但在实际样品测量过程中，Ar和Xe是以混合气体的形式存在的，即使在60K时将Ar，Kr和Xe全部转移至低温冷阱内，再升至150K，释放并用分子泵抽走Ar，发现Ar信号强度依然很高。Stanley[17＼]指出，这可能是因为Xe的原子半径比较大，虽然含量较低，在低温条件下，“包裹”住大量Ar原子而使其难以释放，实验采用了不断升温降温的循环释放气体的办法，即先关闭真空泵组阀门，将低温冷阱升至325K，充分释放Ar，Kr和Xe，再降温至150K，冷冻住Xe，打开泵组阀门，抽走在冷阱上部的Ar，然后循环此过程4～5次，相比于单一的150K冷冻Xe而抽走Ar的方式，可以更高效分离掉其中大量的Ar气（图4）。

DZ（K1

本实验每个样品循环测定20次，由于稀有气体质谱仪采用静态模式下测量，因此每次循环测定的结果均按回归曲线计算零点回归值，然后计算每个样品在90%置信水平下的置信区间。

由表2可知，Xe含量、129Xe/131Xe和132Xe/134Xe的测定值的相对标准偏差分别为1.00%，0.10%和0.20%，而其相对误差分别为0.93%，0.16%和0.50%，说明水中溶解Xe的含量及其同位素组成的测量，结果重现性好，准确度高。

3.5方法的检出限

方法的检出限与仪器的灵敏度、噪音值以及方法的本底值稳定性有关。仪器的灵敏度越高，噪音值越低，整套系统本底值越低且稳定，则该方法的检出限越低[14＼]。灵敏度和噪音值是由质谱仪的性能来决定的，与其离子源、聚焦透镜及检测器等有关。本实验所采用的HelixSFT稀有气体质谱仪灵敏度极高，对于Xe，可以达到1.0×10

5A/Pa，而接收器采用1012Ω高阻法拉第杯及电子倍增器，电子倍增器的噪音值

如前所述，整套系统的132Xe本底值非常低。根据质谱仪对Xe的测试灵敏度计算，取约10g空气饱和水样品，132Xe可以产生3000fA左右的信号。分析未知Xe含量的样品的测试误差小于1%范围内，根据系统本底的不确定度，如果水样中132Xe产生大于5fA的信号强度，则样品的本底对测试结果造成的误差小于1%，通过与空气饱和水中132Xe产生的强度比较，可知产生5fA的信号强度水中Xe的含量可以低至7.3×10

14L/L。因此，本方法对水中溶解Xe浓度低至10

13～10

14L/L的水样，在一定误差范围内可以准确测定。

3.6误差分析

为了对水中溶解Xe含量和同位素组成测定的准确度进一步评估，分析了误差的主要来源（表3）。

6[18＼]，存在1.10%的不确定度。取空气的体积也存在0.40%的误差，而水中溶解Xe的含量是由一定量空气中Xe含量校正得到，因此会导致结果有1.30%的测试误差。但由于一定温度和压力下空气饱和水中Xe含量的理论计算值也是由空气中Xe的含量计算而得，因此，由于空气中Xe含量的不确定性引起的误差可能会减小甚至消除[8，11，19＼]。JP

其次，稀有气体在水中的溶解度受温度、压力的影响，尤其对于Xe，其溶解度对温度的变化最为敏感，温度每升高1℃，其溶解度变化可以达到4.2%[20＼]，因此在空气饱和水制备的过程中，压力计和温度计对于周围环境大气压力和温度的测量会带来0.12%的误差。

Xe在从水中提取分离的过程中，难以将其中的溶解Xe全部提取完成[8＼]，在Xe与其它气体分离的过程中，由于不断升温降温的反复循环过程，即使在Xe完全冷凝的温度下，依然可以在电子倍增器上检测到略高于本底水平且稳定的Xe计数，图7为132Xe的时间扫描图，活性炭冷阱全部释放Xe后，132Xe的强度约为3000fA，在150K时，依然有约3fA的132Xe气体，可能是冷阱存在一定的温阶，极少量的Xe吸附在冷阱上端管壁不断释放引起的，该过程造成0.10%的误差。

最后，部分误差可能源自取样铜管本身的漏率及铜管本身的释气过程，该误差随着取样铜管放置时间的延长而变大。在保证取样铜管密封良好的情况下，应尽早分析样品，减小误差。

水中溶解Xe同位素组成测试过程中的误差主要源于空气中Xe同位素组成的不确定性，即使仪器存在质量歧视效应，经过大气Xe同位素组成的测试，可获得相应的校正因子，对水样中溶解Xe同位素组成测测试结果进行校正，可减小由此带来的测试误差[21～23＼]。有研究者称不同的气体含量会对本身的同位素组成造成一定的影响，即压力歧视效应[24＼]，目前尚没有这方面具体的研究报道。与水中溶解Xe含量的测定相比，水中Xe同位素组成的测定的影响因素明显减少，其误差值要远低于水中Xe含量测定的误差值。

4结论

建立了一种水中溶解Xe的提取分离、含量c同位素组成测试的方法，整套系统具有低漏率、低本底、低检出限等优点。循环升温降温分离Xe中Ar的方法，可高效分离其中的Ar。对空气饱和水中溶解Xe的含量和同位素组成测定，结果重现性好、准确度高。分析了测试过程中的误差来源，提出了准确分析水样中溶解Xe的含量及同位素组成过程中值得注意的影响因素。

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AbstractAmethodwasestablishedtoanalyzethedissolvedXeconcentrationandXeisotopesinwaterpreciselywiththeselfdesigndeviceofXeextractionandseparationlineincombiningwiththeHelixSFTnoblegasmassspectrometer.Theleaktestandthebackgrounddeterminationofthewholesystemprovedthesystemwasreliable.ThelargeamountofArgonfromXecouldbeeffectivelyremovedbycyclingtemperaturerisingandfallingmethod，whichresultedintheeliminationoftheinterferencetotheanalysisofXeconcentrationandisotopes.ThelimitofdetectionofthemethodforXeconcentrationcouldreachaslowas10

13-10

14L/L.ThemethodwasusedforthemeasurementofthedissolvedXeinairsaturatedwater（ASW），andtheRSDsofXeconcentration，129Xe/131Xeand132Xe/134Xewere1.0%，0.10%and0.20%respectively，whiletheerrorswere0.93%，0.16%and0.50%respectively.

KeywordsWatersample；Xenonisotopes；Extraction；Massspectrometry

空气中取水篇3

（青岛绿城房产建设管理有限公司，山东 青岛 266000）

【摘　要】结合某住宅工程实例，介绍了非煤质供暖在项目中的应用。

关键词 采暖；海水源热泵；空气源热泵；空气源超导辐射；天然气锅炉集中采暖

0　引言

项目为回迁安置房项目，因地处较为偏远，市政供热无法到达，且当地居民对采暖要求较高，要求采暖项目统一集中管理，按建筑面积缴纳供热费。

1　专业工程特点

某拆迁安置房项目建筑面积4.5万平米，采暖面积约3万平米，共计11个住宅、1个商业，地上最高为5层，地下一层，共计300余户。项目距海岸线约800米。根据项目市政配套条件，市政热力管线无法达到项目周边。项目最初采暖方案为气片采暖方式。在进行本方案选型时，室内安装工程暂未施工。在参建各方协助下收集整理多种供暖备选方案。依据项目现状及多方提供的数据，现对海水源热泵（地暖）、空气源热泵（地暖）、空气源超导辐射（超导辐射、类似于地暖）、燃气锅炉（暖气片）各项指标进行比对。

2　海水源热泵（地暖）

工作原理：将海水中存在的大量的低位能收集起来，借助压缩机系统，通过消耗少量电能，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热；这种机组的最大优势在于对资源的高效利用，首先它虽然以海水为“源体”，但不消耗海水，也不对海水造成污染；其次它的热效率高，消耗1千瓦的电能，可以获得3千瓦至4千瓦的热量或冷量，从根本上改变了传统的能源利用方式。

（1）工程总造价构成：设备投资600万+室外热力管网费用200万+项目内机房至取水点管线费用约100万，约90万电力配套费（配电室增加容量）。

（2）采暖季单平方运行费用：23.15元/m2。

（3）因不易取得高温水，室内调整为地暖，造价增加20元/m2。

（4）环保性：消耗电能，基本无污染。

（5）常见性及性能：目前青岛项目较多，技术成熟. 因从海水中搬运能量,受气温影响小, 采暖效果较好。

（6）对现有工程综合影响：①需将暖气片变更为地暖，单平方总造价增加20元，室内净高减少约3厘米。②重新出室内、室外、机房采暖施工图。③增加变电站容量。④用地红线至海边管线较长,且要在海边建换热站（需要征地）。

3　空气源热泵（地暖）

空气源热泵工作原理：空气源热泵热水器顾名思义就是把空气中的热量通过冷媒搬运到水中，通过消耗少量电能，在冬季把存于海水中的低品位能量“取”出来，给建筑物供热。

（1）总造价构成：设备费300余万+室外热力管网费用约200万+90万电力配套费（配电室增加容量）

（2）采暖季单平方能耗费用为24.68元/m2。

（3）因不易取得高温水，室内调整为地暖，造价增加20元/m2。

（4）环保性：消耗电能，基本无污染。

（5）常见性及性能：目前青岛项目较多，技术成熟。因从空气中搬运能量,受气温影响大,气温较低时,采暖效果一般。

（6）对现有工程综合影响：①需将暖气片变更为地暖单平方总造价增加20元，室内净高减少约3厘米。②增加变电站容量。③室外需60至80平方空地，集中摆放室外机。

4　空气源超导辐射（地暖）

空气源超导辐射（工作原理）：与空气源热泵相似，但采用铜管为地暖盘管，每户单独设置室外机，类似于家用空调，因此省略了室外管网，但因为需要统一管理需由机房至每户设置电源线和控制线。

（1）工程总造价构成：设备费约450万（160元/m2）+70至90万电力配套费。

（2）采暖季单平方能耗费用为45元/m2。

（3）室内造价减少80元/m2，总价约200万（暖气片系统取消）。

（4）环保性：消耗电能，基本无污染。

（5）常见性及性能：因从空气中搬运能量,受气温影响大,气温较低时,采暖效果一般。山东无成熟项目，运行情况无从查考。优势：室内盘管为铜管，并采用特殊冷媒，稳定性较好。因无室外热力管网，热损失少，若小区入住率较低时，能耗在四种采暖方式中能效最低。

（6）对现有工程综合影响：①将暖气片变为超导辐射，每户增加电源至配电室，增加控制线至控制室，每户单独设置室外机。②增加变电站容量，需重新签订居民供电合同（还可能增加配电室面积）。③单独考虑室外机位置和摆放，并考虑电源线和控制线走向。需要设置室外空调机位，且每户设置室外机有一定噪音。

5　天然气锅炉采暖（暖气片）

工作原理：以市政天然气为能源，项目运行燃气锅炉，达到集中的目的。

（1）工程总造价构成：设备费约250万（含燃气配套）+室外热力管网费用约200万。

（2）采暖季单平方能耗费用为45元/㎡。

（3）因能取得高温水，无需调整为地暖，因此室内造价无变更。

（4）环保性：消耗天然气及少量电能，对环境有极少量污染。

（5）常见性及性能：传统供热方式，技术成熟，受气温影响小,运行情况较好。

（6）对现有工程综合影响：①对现有设计影响：无。

目前政府大力鼓励非煤质采暖，但目前笔者未收集到具体优惠政策，且无较为可行性的项目可参考。项目采用新能源取暖，政府能给予相应补贴，争取得到补贴使日常运行费用降低（若能争取到居民用电价格，费用将有较大幅度降低，而燃气锅炉运行的主要费用为天然气，若能降低天然气价格，运行费用也随之降低。

海水源热泵、空气源热泵、空气源超导地暖的采暖方式的原理均是采用空调的采暖原理，即从介质（海水或空气）中“搬运”能量来采暖。消耗的能量及达到的采暖效果主要受空调的能效比和被“搬运”的介质的温度决定，根据这个原理推算海水源热泵的耗能是最少的（因冬天海水温度高于空气温度，且水的比热大。），第二、三种的能耗应差不太多，主要节能应着重依靠各厂家的性能及相关参数。前期投入较大，尤其是海水源热泵采暖前期投入巨大，建议既考虑冬季采暖又考虑夏季制冷且距海岸线较近的高端项目使用，则海水源热泵的优势将会较明显。在考虑设备寿命和后期维护的费用，前三种采暖方式因设备费在整个系统中占据的比例很大，后期更换或维护的费用较大。而天然气采暖的主要优势为能取得高温水，采暖效果较好，受环境温度影响小，噪音小，且锅炉价格较以上三种设备价格较低，更换和维护费用也较低。传统的空气源空调在室外温度低于-5℃，能效会有衰减，尤其是极寒条件时节能效果一般。在综合考虑了多种因素之后项目最终采用了燃气锅炉加暖气片的集中供暖方式。

备注：电价采用工业用电的价格，并充分考虑波峰、波谷的价格，在计算平均后，均按照0.9元/kWh计算，非居民用管道天然气价格按照4.2元/立方米。工程造价因设备的档次会有较大的差别，本文中设备的选择为较为常见的，档次为中档左右的产品。

参考文献

［1］GB 50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范[S].

［2］GB50366-2005 地源热泵系统工程技术规范[S].

［3］马最良,吕悦.地源热泵系统设计与应用[M].机械工业出版社.

空气中取水篇4

摘要：对机组的空气侧换热量、水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数等参数进行综合分析，寻求对空气源热泵冷热水机组结霜特性影响最小的空气侧换热器的结构参数。用变化后的结构参数结合夏季运行工况，其空气侧换热系数、管壁温度、空气侧压降也有所改善。将模拟结果与实验数据进行了比较，两者吻合很好，进一步验证了所建模型的可靠性。

关键词：空气源热泵冷热水机组 动态模型 稳态模型 结霜 　1 空气源热泵冷热水机组模型建立

空气源热泵冷热水机组由压缩机、空气侧换热器、水侧换热器、节流机构等设备组成。

在质量守恒、能量守恒、动量守恒的基础上，利用空气源热泵冷热水机组的四大部件的数学模型，并利用制冷剂在各部件的进出口状态参数把所建的四个部件模型耦合在一起，就构成了空气源热泵冷热水机组冬、夏季工况的模型。耦合过程中的质量守恒是指各部件中的制冷剂质量流量相等，单位时间内流入某部件的制冷剂质量等于流出该部件的制冷剂质量；能量守恒是指机组的制冷量与压缩机对制冷剂作功之和等于冷凝器的热负荷；动量守恒即压力平衡，是指经过压缩机后制冷剂压力的提高值等于制冷剂在空气侧换热器、膨胀阀、水侧换热器等部件中的压力降之和。

2 典型冬季工况的模拟与分析

对于所建立的空气源热泵冷热水机组的动态数学模型[1]，采用计算机求解，计算工况见表1，计算从某一时刻压缩机吸入口开始。调用各子程序，可以计算出空气侧换热器的换热量以及结霜等情况。

我国大部分地区处于季风气候区，热泵适宜应用的地区湿度普遍比较大，例如长江以南地区，相对湿度一般都在75%以上，若温度在0℃左右，极易结霜。下面将采用机组的动态数学模型，分别计算机组在一些典型地区，如对于重霜区—成都所对应的工况B（0℃，85%）、一般结霜区—上海、杭州所对应的工况C（-4℃，75%）[2]，用变化后的空气侧换热器的结构参数，进一步对空气源热泵冷热水机组结霜工况进行计算及分析。

2.1 工况B（0℃，85%）

空气侧换热器结构参数采用变化后值：管径为8mm，分液路数10，管间距为27.4mm，翅片间距分别为3.5mm和4mm时，与采用原始的结构参数（管径为10mm，分液路数10，管间距为25.4mm，翅片间距为2mm）相比，分析空气源热泵冷热水机组结霜工况下，机组性能参数随时间的变化。

图1至图4是机组空气侧换热量、水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数随时间的变化。由图可见，水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数在翅片间距取3.5mm时优于翅片间距取4mm时。

图1 空气侧换热器换热量随时间的变化

图2 水侧换热器换热量随时间的变化

图3 压缩机轴功率随时间的变化

图4 供热性能系数随时间的变化

采用原始的结构参数与变化后的结构参数对空气源热泵冷热水机组各性能参数的影响作了对比，从而得出结论：结构参数变化后，机组运行到35分钟时，压缩机轴功率从72.36kW增加到72.9kW，增加了0.75%；水侧换热量从285.843kW增加到287kW，增加了0.4%；因此，对于工况B，采用变化后的结构参数（翅片间距3.5mm），机组结霜工况性能改善明显。

2.2 工况C（-4℃，75%）

空气侧换热器结构参数变化后值：管径为8mm，分液路数10，管间距为27.4mm时，翅片间距分别取2.5mm和3mm时，与采用原始的结构参数相比，分析空气源热泵冷热水机组结霜工况下，机组性能参数随时间的变化。

图5至图8是机组空气侧换热量、水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数随时间的变化。由图可见，空气侧换热量、水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数在翅片间距取2.5mm时明显优于翅片间距取3mm时。

采用原始的结构参数与变化后的结构参数对机组各性能参数的影响作了对比，从而得出结论：结构参数变化后，机组运行时间延长，供热性能系数从4.1172增加到4.1267，增加了0.27%；压缩机轴功率从59.1kW增加到59.55kW，增加了0.76%；水侧换热量从243.35kW增加到245.75kW，增加了0.58%,因此，对于工况C，采用变化后的结构参数（翅片间距2.5mm），机组结霜工况的性能改善明显。

图5 空气侧换热器换热量随时间的变化

图6 水侧换热器换热量随时间的变化

图7 压缩机轴功率随时间的变化

图8 供热性能系数随时间的变化

3 典型夏季工况的模拟与分析

通过对结霜工况B～C，空气侧换热器结构参数对空气源热泵冷热水机组结霜特性影响的计算和研究，得出结论：采用变化后的结构参数，对机组性能尤其是减少结霜、延长机组运行时间有明显效果。机组夏季按制冷工况运行，用变化后的换热器结构参数在夏季工况对机组运行是否产生影响，下面分别对工况B、C所对应的夏季工况D、E用变化后结构参数对机组进行计算和验证。

3.1 工况D（31.6℃，86%）

空气源热泵冷热水机组夏季运行时，空气侧换热器作为冷凝器使用。空气侧换热器是以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量。夏季工况机组运行时，随着时间的变化，机组各性能参数基本不改变，因此，夏季工况采用稳态模型进行计算。

图9至图10分别为夏季工况下，空气侧换热器在采用变化前后的结构参数，空气侧换热系数、管壁温度沿管长的变化。可以看出，变化后的空气侧换热系数明显增大，空气侧管壁温度提高。这是因为随着翅片间距的增大，使流过换热器的空气产生扰动变化，空气侧换热能力增强，冷凝热量迅速传递给空气，降低了空气与管壁的温差。

图9 空气侧换热系数沿管长的变化

图10 空气侧管壁温度沿管长的变化

采用变化后的结构参数，对于夏季工况D，制冷性能系数为4.59，制冷量为339.115kW，空气侧平均温度为35.585℃，平均相对湿度为71.3%。这是由于空气侧换热器作为冷凝器向空气中传递冷凝热量，使空气温度升高，绝对含湿量不变，相对湿度降低。

因此，对于夏季工况D，机组空气侧换热器采用变化后的结构参数，机组紧凑性差，设备庞大，空气侧压降从319.028Pa降低到244.54Pa，降低了23.3%，空气侧管壁温度也升高了5.65%，使管壁温度与空气温度的温差减小，空气侧换热系数增大，强化了空气侧换热。

3.2 工况E（34℃，83%）

图11至图12分别为空气侧换热器结构参数在变化前后空气侧换热系数、空气侧管壁温度沿管长的变化。可以看出，变化后的空气侧换热系数明显增大，空气侧管壁温度提高。

图11 空气侧换热器换热系数沿管长的变化

图12 空气侧管壁温度沿管长的变化

因此，用变化后的结构参数，对于夏季工况E，制冷性能系数为4.59，制冷量为339.115kW，空气侧平均温度为37.571℃，平均相对湿度为69.1%。这是由于空气侧换热器作为冷凝器使用，向空气中传递冷凝热量，使空气温度升高，绝对含湿量不变，相对湿度降低。除机组紧凑性差，设备庞大，空气侧压降从322.289Pa降低到264.436Pa，降低了17.95%，管壁温度升高6.4%，使管壁温度与空气温差减小，空气侧换热系数增大，强化空气侧换热。

4 结论

在质量守恒、动量守恒、能量守恒的条件下建立了空气源热泵冷热水机组全年运行工况的数学模型。采用该模型对机组的冬季工况B、C进行了计算分析，通过改变翅片管换热器的片距、管径、管间距等结构参数，从减少结霜量，延缓结霜，延长融霜时间间隔为出发点，采用变化后的换热器结构参数，计算分析各参数对空气源热泵冷热水机组性能的影响，得到了机组的空气侧换热量、水侧换热量、压缩机轴功率和供热性能系数随时间的变化规律。结合夏季工况，运用变化后的换热器结构参数，采用夏季稳态模型对机组的夏季工况进行计算分析，得到了机组空气侧换热系数、空气侧管壁温度等的变化规律。

模拟结果表明，处于重霜区的成都所对应的冬季工况B（0℃，85%），相对湿度比较高，冬季温度处于易结霜温度范围内，得出结构参数：翅片间距取3.5mm，管径取8mm，分液路数取10，管间距取27.4mm；处于一般结霜区的上海、杭州所对应的冬季工况C（-4℃，75%），得出结构参数：翅片间距取2.5mm，管径取8mm，分液路数取10，管间距取27.4mm，结合全年运行情况，机组处于较好的运行性能。因此对于不同地区应用的空气源热泵冷热水机组，应根据结霜情况的不同，配置不同结构参数的空气侧换热器。

参考文献

1. 程卫红.空气侧换热器结构参数对空气源热泵结霜特性影响的研究.哈尔滨工大硕士学位论文.2004

空气中取水篇5

【关键词】空气能热水器；SWOT方法；战略

目前国内热水器市场上，基于热源来源的不同，热水器可以分为燃气热水器、电热水器、太阳能热水器及空气能热水器。大多数消费者对前三种热水器都早已熟知，而对空气能热水器（空气源热泵热水器）却不十分了解。空气能热水器是一种高效、节能、低碳的热水器，其基本原理是利用热泵技术，把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能后用于加热水温，制取生活用水。

空气能热水器自上世纪90年代末开始进入中国市场，当时产品品牌及市场定位模糊，专业生产空气能热水器的企业不足5家，运用的是分体式空气能热水器技术。2002年以后，由于热泵技术的出现，制成了空气能热泵热水器，做成了一体机。2005年针对整体式空气能热水器价格高、功能单一的情况研制出了家用多功能空气能热水器。该类产品集节能、中央热水、厨房（卫生间）制冷、局部除湿功能于一体，大大挺高了产品的性价比和使用性能，为更多家庭享受高品质生活提供了条件。如今空气能热水器产品有400余家企业，在热水器市场中占有一席之地。

SWOT分析法（也称TOWS分析法、道斯矩阵）即态势分析法，20世纪80年代初由美国旧金山大学的管理学教授韦里克提出，经常被用于企业战略制定、竞争对手分析等场合。SWOT方法自形成以来，广泛应用于战略研究与竞争分析，成为战略管理和竞争情报的重要分析工具。分析直观、使用简单是它的重要优点，即使没有精确的数据支持和更专业化的分析工具，也可以得出有说服力的结论。其中，S（Strength优势）是组织机构的内部因素，W（Weakness弱势）是指在竞争中相对弱势的方面，O（Opportunity机会）是组织机构的外部因素，T（Threat威胁）也是组织机构的外部因素。

空气能热水器产品的优势与劣势

S（Strength优势）：

安全

空气能热水器获取热能的来源是空气含有的热能，其实是间接的利用太阳能。不使用燃气，所以完全可以排除一氧化碳中毒的安全隐患。水电完全分离，不存在泄漏、火灾、爆炸、漏电、干烧等隐患，机组内设有高压、低压保护，压缩机过流过载保护，启动延时，水流保护，水温超高保护，水箱水位保护等多重安全保护，产品运行稳定。

节能

空气能热水器颠覆传统资源，以空气为能源，从空气中获取免费能量，高效节能、安全环保、运行成本低。吸收空气中的大量热能，与传统的电热水器相比节能70%～90%，比燃气热水器节省一半。空气能热水器是通过大量获取空气中免费热能，消耗的电能仅仅是压缩机用来搬运空气能源所用的能量，因此热效率高达380%～600%，制造相同的热水量，空气能热水器的使用成本只有电热水器的1/4，燃气热水器的1/3。

舒适

一年四季全天候运行，不受夜晚、阴天、雨雪等恶劣天气的影响。立体加热，内胆外周+底部盘管加热，水温均匀，恒温大水量供应。低位水平多点层流注水，冷水有序沉淀在水箱底部，冷热水不混合，分层效果好。空气源热泵热水器是蓄热式的，加热功能根据水箱内的温度自动启动，保证热水24小时充足供应，因此不会出现像燃气热水器那样无法同时满足多个水龙头用热水的问题，也不会出现电热水器容量小，多人洗澡需要等待的问题。即开即用热水，出水量大，出水温度稳定，满足用户对热水的期望。

低碳

因为空气能热水器不使用燃气，所以也就不会产生废气，从而不会对臭氧层进行破坏，还因为它省电，而每减少消耗一度电量，可以减少发电时的1.5磅的二氧化碳产生，也就可以减少对臭氧层破坏。所以使用空气能热水器也就可以延缓“地球变暖”。另外，由微电脑智能控制机组自动运行，根据水箱水温和用户用水情况，可设置定时开关机，根据水温和用水情况自动停启，无需专人值守，使能耗进一步降低。

W（Weakness弱势）

容易受周围空气环境的影响

空气能热水器的热量来源是空气，而作为一种节能产品，其节能程度的好坏，都与COP值（能效比）密切相关。由于目前市场上，大部分的空气能热水器设计正常工作温度在0-40℃，故在环境温度比较高的南方，空气能热水器往往有上佳的表现，而冬季气温只有-10℃的北方城市，空气能热水器很难达到设计中预想的效果。在天气较冷、环境温度较低时，其制造热水量的多少会略有降低，特别是在-10℃下容易结霜，在-20℃以下，机组就停止工作了。

水垢的祛除是一大难题

水与热泵中的热交换器换热，水温度可达到50-60℃，在这个温度范围内水是最易结垢的，热交换器主要是靠铜管导热，铜的导热率为398，水垢的导热率为1.32，相差300倍。如果水垢厚度是铜管厚度的1/300，热交换器就形同缩小一半体积，尤其是水温超过40℃之后结垢更加活跃，时间越长水垢结得越厚。

行业标准未统一

整个产品还处于一种松散的发展状态，缺乏专业机构的引导和协同，企业之间各自为政，缺少合作。因此迫切需要一个专业的空气能协调机构，协同产业链上、中、下游的合作，加强沟通和交流，引导产品健康发展。400余家空气能热水器企业，规模大小不一，水平良莠不齐，虽然其中不乏美的、海尔、天舒等知名品牌，但也有一些小企业靠产品组装和贴牌赚取利润，挫伤了消费者对空气源热泵热水器质量的信任度，干扰了市场的正常秩序。

价格过高

与传统热水器不同，空气能热水器需配置一个室外压缩机，同样也是为了与室外压缩机相匹配，水箱的体积也不能太小，否则热水器不能发挥最大效益，所以导致其整体成本过高，动辄数千甚至上万元，最小型号的空气能热水器的价格也要4000～5000元，让普通消费者敬而远之。

广告宣传不到位

在宣传方面，由于对空气源热泵热水器的宣传推广的力度不够，许多消费者甚至从未听说过“空气源热泵热水器”一词，即使在北京、上海等大城市，人们对空气源热泵热水器的认知度也不高，阻碍了市场发展。

空气能热水器产品的机会与威胁

O（Opportunity机会）：

全球变暖，节能减排

在全球能源危机和环境保护问题日益严峻的同时，我国节能减排的压力也在不断增大。“十二五”期间单位GDP能耗下降目标确定为16%，落实到日常的家电产品上，对产品的节能性也提出了更高要求。作为人们生活的必需品，热水器日常的应用也成为家庭能耗的大头。据相关数据统计，城镇家庭能源消耗主要集中在暖通以及热水供应这两部分，这两块的能源消耗大约占到整体家庭能源消耗的70%以上。在节能减排成为全球大趋势的环境下，人们对于节能的意识也在不断提高，尤其是作为能源消耗重要环节的热水器。

阶梯制电价实行

我国阶梯电价政策形成历时4年，2008年开始研究，2010年形成了初步指导意见，并通过互联网公开征求社会各方意见，共收到13484人的21794条建议。2012年5月以后，全国各省份先后召开听证会，就施行阶梯制电价广泛听取意见。目前，我国有25个省份已经实施了阶梯电价。阶梯式电价的具体内容为：第一阶梯为基数电量，此阶梯内电量较少，电价也较低；第二阶梯电量较高，电价也较高一些；第三阶梯电量更多，电价更高。据统计，假设全国25%的家庭使用空气能热水器的话，在实行阶梯电价后，将节省1420亿度电，对于第二档电价来说就意味着可节省近七百亿元，对于第三档电价来说就意味着节省成本可超过一千亿元，这将是空气能热水器产品发展的良机。

国家的节能家电政策扶持

2012年6月，国家发展改革委、财务部和工信部公布了《节能产品惠民工程高效节能空气源热泵热水器（机）推广目录》，首次将空气源热泵热水器纳入补贴范围。这好比一针“强心药”，给空气能热水器行业注入新的活力，将迎来行业繁荣发展的黄金时期。政策的发展趋势是补贴空气能热水器，并逐步加大对其补贴。

T（Threat威胁）

燃气热水器

自上世纪八十年代进入我国以来，经过行业不断努力，仅仅只用了二十几年时间，燃气热水器技术已接近世界发达先进水平。从已被淘汰的直排式热水器发展到烟道式热水器，又发展到强排热水器、恒热式热水器、平衡热水器，现在已经向冷凝式发展。目前的热效率高达百分之八十五至百分之九十，部分高端品牌的冷凝式燃气热水器热效率达105%以上。燃气热水器使用的安全性也进一步提高，燃烧方式也由大气式向强排式、全预混合式发展，燃烧强度增加、燃烧室减小、热效率提高，从而更环保。针对消费者的习惯，现在燃气热水器呈多样化发展，有3升以下的小厨宝型，也有6―8升的一般流量型以及10升、10升以上的大流量型，仍占据销售市场相当的份额。

电热水器

分储水式和即热式，储水式存在着热水时间长，须等候，临时用热水用不上；需要的热水量不好把握，长时间烧好水，不及时用掉就冷却了，浪费电，体积一般偏大等缺点，正逐渐被即热式电热水器替代。即热式电热水器安全小巧美观，干净环保；即开即热，3-5秒出热水无须等候，热水使用时间不受限制，想用多久就用多久；用多少烧多少，省电省水，没有损耗；内置温控仪保证温度在30-50度之间，解决温度持续高温导致的结垢漏水问题。即热式电热水器具有安装条件简单、价格相对较低、使用寿命长的优势。总体而言，电热水器在热水器市场上占据了相当大一部分。

太阳能热水器

平板太阳能方案的出现解决了真空管太阳能热水器受安装楼层限制和天气影响的难题，可安装在阳台或墙壁上，实现全楼层安装；配以电辅助加热，在阴雨天可以自动启动电加热，实现全天候使用。平板可以承受较大压力，清理方便，防风、防尘、防雹，实现全方位防护，以其清洁，环保，低碳的优势，正在实现从农村进入城市，重新占领热水器市场。

空气能热水器产品的SWOT矩阵战略分析

SO战略：最优方案，将自身优势与机会紧密结合起来，赢得大发展，在全球变暖，要求节能减排的情况下国际大环境下，国内实行阶梯制电价，并试点碳交易，消费者对节能的敏感性要求仅次于安全性，而空气能燃气热水器兼具这二者的优势，比其他几种类型的热水器更加明显。根据空气能热水器的优势，开发适合中国消费者适用的产品。向有关部门宣传普及空气能热水器，争取更大的政策投资与补贴支持。

ST战略：利用自身优势，规避减少威胁。相对来说，燃气热水器，需要有稳定的气源，国内除了大城市外，中小城市和农村很难满足这一条件。空气能热水器就没有这方面的困扰。即热式电热水器对电线线路，承载功率有较高要求，很多老区、农村无法满足这种要求，虽然空气能热水器的容积通常比较大，但功率却可以很低，小功率长时间加热是它的最大特点。如PHNIX（芬尼克兹）推出的小精灵/小玲珑系列产品，容积为150L 和190L 产品的平均输入功率只有328W，在国标工况下将水从15℃加热到55℃，平均输出功率为1000W，平均能效达3.0，即可满足3-5口之家的热水需求。太阳能热水器仍然主要是以真空管太阳能为主，平板太阳能未大量普及，空气能热水器与之相比仍具有一定的优势。在此战略中，可以进一步强化空气能热水器的节能优势，拓宽用于搬运空气能的电力来源，引入太阳能、风能转化电力来源，进而实现完美零能耗解决方案。

WO战略：利用国家科技政策扶持加强科技创新，解决水垢及除霜问题，消除产品自身的弊病。由大品牌龙头企业牵头，尽快制定行业统一标准，协调产业链上、中、下游关系。争取国家投资开展大规模化生产，降低产品价格。加大宣传力度，针对即将到来的传统金九银十销售旺季，采取适当促销措施。

WT战略：拓宽销售渠道与加强宣传是一个重要出路。空气能热水器应进入传统销售渠道，进入苏宁、国美等家电大卖场，与市场消费者见面，让消费者能现场体验。同时开辟电子商务销售渠道，实现多渠道销售，降低仓储运输成本。另外建设专门网站，发放宣传册，开展多种活动等形式宣传介绍空气能热水器，让安全、节能、舒适、低碳的消费理念传达到每位消费者。

空气能热水器产品的SWOT矩阵综合分析图

本文通过SWOT矩阵分析法，分析了空气能热水器产品在我国市场的优势、劣势、机会、威胁，并指出了应对的策略如下：抓住机遇，开发适合中国消费者的空气能热水器产品，争取政府更大的投资与补贴，加大宣传普及力度，拓宽销售渠道，加强科技创新解决目前存在的一些弊病，制定规范的行业标准，与太阳能、风能转换电能相结合，进一步实现零能耗完美解决方案。

参考文献：

[1]美海因茨・韦里克（HeinzWeihrich）等管理学：全球化与创业视角（第13版？英文影印版）经济科学出版社2011.11

[2]许忠良.浅谈空气能热水器的应用《工程与建设》2012年26卷第2期227-231页

[3]罗伟强.《水垢将严重制约空气能热水器行业发展》《机电信息》2010年第1期总第247期第43页。

[4]廉乐.明工程热力学（第5版）北京：中国建筑工业出版社，2007

[5]李凡.空气源热泵热水器重庆：重庆大学出版社，2010

[6]刘远辉根据中国消费者使用热水特点开发空气能热水器产品.《现代家电》20111060-61页

空气中取水篇6

一、雾的形成原因及特点

（一）什么是雾？在水气充足、微风及大气层稳定的情况下，如果接近地面的空气冷却至某程度时，空气中的水气便会凝结成细微的水滴悬浮于空中，使地面水平的能见度下降，这种天气现象称为雾。雾的出现以春季二至四月间较多。凡是大气中因悬浮的水汽凝结，能见度低于1千米时，气象学称这种天气现象为雾。

（二）雾形成的条件：一是冷却，二是加湿，增加水汽含量。

（三）雾的种类：1、辐射雾：多出现在晴朗、微风、近地面水汽比较充沛且比较稳定或有逆温存在的夜间和清晨。2、平流雾：暖而湿的空气作水平运动，经过寒冷的地面或水面，逐渐冷却而形成的雾，气象上叫平流雾。3、混合雾：有时兼以上有两种原因形成的雾叫混合雾。4、蒸发雾：即冷空气流经温暖水面，如果气温与水温相差很大，则因水面蒸发大量水汽，在水面附近的冷空气便发生水汽凝结成雾。这时雾层上往往有逆温层存在，否则对流会使雾消散。所以蒸发雾范围小，强度弱，一般发生在下半年的水塘周围。

5、烟雾：城市中的烟雾是另一种原因所造成的，那就是人类的活动。早晨和晚上正是供暖锅炉的高峰期，大量排放的烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的条件下，不易扩散，与低层空气中的水汽相结合，比较容易形成烟尘（雾），而这种烟尘（雾）持续时间往往较长。

（四）雾出现的特点：一般来说，秋冬早晨雾特别多，为什么呢？我们知道，当空气容纳的水汽达到最大限度时，就达到了饱和。而气温愈高，空气中所能容纳的水汽也愈多。1立方米的空气，气温在4℃时，最多能容纳的水汽量是6.36克；而气温是20℃时，1立方米的空气中最多可以含水汽量是17.30克。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量，多余的水汽就会凝结出来，当足够多的水分了与空气中微小的灰尘颗粒结合在一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小水滴或冰晶。空气中的水汽超过饱和量，凝结成水滴，这主要是气温降低造成的。如果地面热量散失，温度下降，空气又相当潮湿，那么当它冷却到一定的程度时，空气中一部分的水汽就会凝结出来，变成很多小水滴，悬浮在近地面的空气层里，这就是雾。它和云都是由于温度下降而造成的，雾实际上也可以说是靠近地面的云。

二、雾天容易引起事故的原因

（一）驾驶员方面存在的原因：1、大雾阻碍视线，驾驶员缺乏对前方[文秘站:]路面信息的有效判断；2、超载、超员、超速车辆发现前方情况异常后，不能有效制动；3、大雾多发在早晨，部分驾驶员经过一夜的长时间驾驶，存在一定程度的疲劳，注意力不够集中；4、遇到前方堵塞，大部分驾驶员停车后采取措施不够，容易引发二次事故。

（二）路面设施方面存在的原因：1、监控设施不足，不能满足对路面的全天候监控；2、引导设施不足，出现大雾天气后，在来车方向缺乏必要的可变信息板等提示设施，在高速公路收费站等经常分流的地点缺乏路面广播等指挥引导手段。

（三）交通管理部门存在原因：1、应付大雾等恶劣天气的快速反应能力不强，采取措施相对滞后；2、路面管控存在漏洞，依靠人力巡逻在空间和时间上有一定的缺陷；3、遇有大雾等恶劣天气，路面巡逻民警能够采取的措施较为单一、低效，例如：路面巡逻当中发现前方有团雾，巡逻民警有两种选择，一是继续向前巡逻查看路况，同时向上级汇报；二是马上停车,先在雾区后方采取紧急交通管制（封路）阻止后方车辆驶入雾区。两种选择都存在着一定的弊端，选择第一种方案，极有可能也被大雾包围，遇到堵塞则进退两难。选择第二种方案，则对前方路况不能有效掌握，并且与关闭高速公路的相关规定相抵触，当事民警思想上有一定的顾虑。

（四）高速公路交通管理体制方面的原因：按照目前我省的高速公路交通管理模式，恶劣天气情况下采取交通管制措施时有以下几点不足。1、指挥调度环节过多。采取交通管制措施牵扯交警、路政、经营等部门，各个部门再层层上报，等候命令，环节过多；2、相邻部门、单位之间联动机制不健全。分流、封闭等交通管制措施的实施，往往需要相邻几个基层高管大队和相关部门共同配合，这中间的协调指挥环节需要一定时间，再加上部分单位存在这样那样的客观原因，对驶入管制区域的车辆远程控制不够，路面滞留车辆仍然可以源源不断驶入雾区。

三、通过“四个提高”，积极采取的应对措施：

1、加大投资力度，努力提高高速公路交通管理科技含量。国务院《收费公路管理条例》、《湖北省高速公路管理条例》等法律法规明文规定高速公路经营部门“遇有公路损坏、施工或者发生交通事故等影响车辆正常安全行驶的情形时，在现场设置安全防护设备，并在收费公路入口进行限速、警示提示，或者利用收费公路沿线可变信息板等设施予以公告……”和“收费站入口处及高速公路上设置电子信息牌及时交通管制信息和交通运行信息”。

国内外其他高速公路交通管理先进地区的经验表明，健全路面电子监控手段，做到对路面全方位、全天候的电子监控，使监控信息及时得到相关部门的反馈，增加监控信息的利用效率；利用可变电子信息板，及时路况信息，在路侧设立大功率高音广播提醒司乘人员提前做好应变准备，是一项行之有效的交通安全措施，也是相关法律明文规定采取交通管制时必须履行的一项法定义务。

2、定期组织实战演练，努力提高各部门快速反应能力。组织人员认真开展恶劣天气高速公路交通管理的专题调研，详细分析一线民警和不同的基层大队在恶劣天气处置过程中可能遇到的各种情况，有针对性制定详细周密的措施，使一线民警和基层大队在处置环节上有章可循，有法可依。并定期组织相关部门和人员按照预先设定的各种“突况”开展贴近实战的演练，一方面警钟长鸣，提高一线人员的快速反应意识；另一方面使各个部门和人员熟练掌握遇有恶劣天气时应该采取的具体措施。

3、加强沟通，努力提高相邻单位的协作配合能力。针对采取分流、封路等交通管制措施时，部门之间存在的配合不力问题，一方面应从管理体制等方面查找深层次原因，经过上级部门的充分调研和论证，以行政手段加以解决；另一方面应在目前状况下，研究具体可行性方案，明确各部门的工作职责和工作标准，弥补在指挥调度环节上普遍存在的滞后现象。

空气中取水篇7

关键词：游泳池 通风 计算 难点 对策

随着人民生活水平的日益提高以及对生活质量的追求,一些星级宾馆或小区在建设中都配建了室内游泳池。为此,这类设计也就越来越受到关注。本文结合笔者所做的工程,介绍了通风量计算的方法,对设计过程中遇到的难点问题进行了分析并给出了一些技术对策。

本游泳池位于南通一四星级宾馆内,游泳馆高度3m，池厅面积380,其中游泳池长17m,宽12m,池面面积204，池边面积176，池内人数按0.25人/计算，池内和池边共可容纳55人。为了满足星级宾馆的要求,笔者对游泳池进行了详细的计算。

一、游泳池通风计算

1、散湿量计算

设计时参数选取如下：

干球温度28 ℃

湿球温度23.5 ℃

露点温度22 ℃

相对湿度70%

室内游泳池空气的饱和水蒸汽分压力2650Pa

池水表面温度下的饱和空气的水蒸汽分压力3771Pa

室内游泳池空气含湿量16.8g/kg干空气

室内游泳池空气焓值70.8kj/kg干空气

（1）池水表面散湿量：

W1=0.0075(0.0152Va+0.0178)(Pw-Pi)×Fw× =0.0075×（0.0152×0.23+0.0178）×(3771-2650）×204×1.2=43.83kg/h

式中W1――池水表面散湿量,

Va――游泳池水面风速,一般定在0.2m/s左右，计算时取0.23m/s，

Pw――池水表面温度下的饱和空气的水蒸汽分压力,

Pi――室内游泳池空气的饱和水蒸汽分压力,

Fw――游泳池池面面积,

――湿空气的密度。

(2）泳池边湿润地面散湿量:

W2=0.0171(tn-ts)×F×n=0.0171×(28-23.5) ×58×0.4=1.78 kg/h

其中F=（17+12）×1×2=58

式中W2――泳池边湿润地面散湿量,

tn――馆内空气干球温度,

ts――馆内空气湿球温度,

F――池边湿润地面面积,

n――润湿系数,一般取0.2-0.4。对于人员密集的场所,计算时取0.4。

(3)人体散湿量：

W3=mq =55×0.134=7.37 kg/h

式中W3――人体散湿量,

m――馆内可以容纳的人数,

q――每个人的散湿量。

(4)游泳馆室内散湿量合计:

W= W1+ W2+ W3=43.83+1.78+7.37=52.98 kg/h

2、通风量的计算

(1）过渡季节为排除室内湿气所需的通风量:

=1.1×L过=14715 /h

式中L过――过渡季节送风量，

W――室内散湿量,

dn――馆内空气含湿量，

d ――过渡季节送风点含湿量，

――湿空气的密度。

(2）冬季为排除室内湿气所需的通风量：

=1.1×L冬=3281 /h

式中L冬――冬季送风量,

W―― 室内散湿量,

dn――馆内空气含湿量,

dw――室外空气含湿量,

――湿空气的密度。

(3）人员所需要的新风量:

=55×30=1650 /h

式中55――游泳馆内共可容纳人数，30――每人所需要的新风量。

(4）为控制空气中含氛量所需的通风量:

=380×3×2=2280 /h

式中380――游泳馆池厅面积, 3――游泳馆高度, 2――换气次数。

因为室内游泳池池水表面和池边不断蒸发水份，池厅内主要有害物质为水蒸汽和含有少量氯离子的气体，所以通风量通常在排除余湿后确定。由于南通地区冬季室外温度较低, 空气干燥, 除湿能力较大; 夏季虽然含湿量低但干球温度高, 除湿能力较低, 所以本设计按过渡季节计算池厅通风量，在本工程实例中通风量取14715 /h。

二、难点分析及技术对策

1、防结露

结露主要发生在冬季或梅雨季节。结露不仅会造成各种霉菌的生长，使墙体池体表面发霉，造成室内环境污染及人员的不舒适, 甚至可能会影响主体结构的力学性能，所以游泳池围护结构的防结露问题一直是游泳池设计的一个关键, 也因此备受设计人员的重视。必须采取合适的措施避免结露的发生，归纳起来有以下几点:

(1) 保温、隔汽层的布置位置应该合适，材质选择需要正确

保温层必须布置在室外侧。保温材料一定要选用水蒸气渗透阻小,不吸水或憎水性强的材料,同时要避免毛细现象的产生; 隔汽层应布置在室内侧，隔汽层最好采用水蒸气渗透阻较大的不锈钢板或铝板。

(2) 提高内壁的温度

游泳馆内水蒸气分压力较大,所以计算时内壁温度要高于馆内温度,且最好高1-2 ℃ 。

(3)降低室内的相对湿度

在设计中池面空气的相对湿度一般为50%-70%，相对湿度不应该超过75%。

（4)控制室内的排风量

适当增大排风量可以在第一时间及时排出池面及池边空气中含氯的水蒸气,降低空气中氯的浓度，但是也会加速刚出水面的游泳者皮肤表面的水分蒸发,让其产生寒冷感。因此为了控制室内所需的热负荷, 降低运行费用，最好在满足卫生条件、防止房间结露的前提下,有效地控制室内的排风量。

另外，防结露的方法还有很多，如沿窗下设置若干组散热器，如沿两侧的高窗设置向上的送风口，以提高其室内表面温度,并形成风幕,阻止冷空气的侵入。

2、防腐蚀

为防止游泳馆内氯气对人体的危害以及氯气与水蒸气相结合形成的酸性气体对馆内的金属构件产生严重腐蚀作用, 可以通过机械通风控制其浓度, 并做好防腐处理。也可以将空调器外壳和内部挡水板等部件采用不生锈的材料, 散热器采用铝合金制品, 铁件表面采用高级防锈涂层, 池厅内风管采用不燃型玻璃钢风管, 并按定坡度敷设,在最低点设排水管。

3、防噪音

可以使用合适的建筑材料解决噪音的问题。如在游泳池大厅四周内墙面设预制混凝土吸声块；组合式空调机组设消声段, 水泵、风机等设备设减振台座；换热站、空调机房、水处理间、穿越人员活动区的风管等都可以作消声处理。

4、节能

由于游泳池的室内外温差较大, 而且需要排出多余的氯气和湿气, 排风量较大, 耗热量也就相当可观, 因此可以考虑在适合的地区使用热回收的方式对通风系统中的能量进行回收利用, 以达到节能的效果。如采用带温度传感器的室内湿度变送器的屋顶防结露空调系统, 利用变频调速控制风机，节约电能。

5、美观

当室内游泳池在建筑设计上采用大面积落地玻璃时, 为了保持视觉上的通透和美观, 一般不考虑采用沿窗设置局部散流器或专用风机盘管的采暖方式,可以考虑采用热风采暖或地板辐射采暖等辅助采暖方式。

6、通风运行

空调系统冬季送热风并采用部分回风, 其他季节送自然风且采取全新风。根据不同季节的使用要求,开启空调机组,调节供应空调机组中换热器的蒸汽阀门的开关。

以上仅仅是笔者的一些不成熟的看法，还需要进行很多实践方面的检验。

参考文献：

【1】.星级宾馆内游泳池的空调设计.安梅.低温与特气.2005（04）.24-30.

【2】.娱乐性游泳馆的空调设计.虞霞.制冷空调与电力机械.2005（03）.43-49.

【3】.游泳馆空调设计及难点分析.文继卿.暖通空调.2007（07）.101-104.

空气中取水篇8

[关键词]酒店；空气能；热水系统；节能效益

中图分类号：TU822.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0277-01

1、引言

能源是人们生存和发展的基础，随着我国经济的快速增长，能源消耗量也在与日俱增，越来越突出的能源危机和环境污染问题，困扰着人们。我国作为世界第二能源生产国和能源消费国，消耗的能源大部分是国家自给，主要消耗的能源是煤炭、石油、天然气等不可再生资源，特别是煤炭消耗，据专家预计按照现在的消耗速度，未来煤炭将使用不足60年。为了节约能源和环境保护，各国提倡开发环境友好的可再生资源，并提高资源利用率。空气能热水系统则是利用空气的可再生性，且具备高效、节能、安全等特点，适应世界主题，值得我们去研究推广。

2、分析比较传统锅炉、电热水器、太阳能与空气能热水系统的优劣

（1）传统锅炉

传统锅炉是在锅炉中输入一定的化学能、电能等具有能量的燃料，后锅炉输出一定热量的高温水、蒸汽、有机热载体等，为人们生活提供热能。

优点：较好的稳定性和安全性，在区域的采暖系统、集中供应热水中应用广泛。

缺点：①烟气排放污染，大量的气、油、煤等燃烧后产生的烟气含有大量氮氧化物、二氧化硫物质，造成大气污染；②粉尘污染，锅炉燃烧后的烟囱常会漂浮下很多粉尘，特别是北方地区，严重影响附近居民的生活健康，严重的会出现雾霭现象；③煤渣污染，煤炭燃烧不充分留下很多煤渣，当做废弃物处理，产生污染；④安全问题，锅炉燃烧易燃易爆，特别是燃煤锅炉在煤炭质量影响下很容易造成爆炸事故。

（2）电热水器

电热水器采用电子加热元件进行水的快速加热，主要分为封闭式和敞开式储水式热水器，不产生有害气体，且调温方便。

优点：外型小巧，不受天气变化影响，即开即热，满足酒店顾客需求；长时间通电可以获取大流量的热水；安装简单，不受资源限制，只要有电就可以使用。

缺点：体积较大，占据卫生间空间；容易产生水垢，造成大量电能浪费；线路老化问题，存在漏电隐患。

（3）太阳能热水器

太阳能热水器中应用技术最高的是真空集热管太阳能热水器，主要通过对真空管内水在吸收太阳能后，热水上浮、冷水下沉进行温差循环，从而升高储水箱内的水温。太阳能热水器应用市场广泛，是实用的节能设备。

优点：安全、环保、节能、经济，应用广泛。特别是具备电加热功能的太阳能热水器，通过电辅助功能，使太阳能热水器具备全天候使用功能。

缺点：安装过程复杂，太阳能热水器一般安装在太阳受热面积大的地方，会影响房屋建筑的美观等；安装后维修较困难，一般安装在房顶、楼顶等位置，不利于维护；太阳能具有间歇性和波动性，不稳定；存在能量即时性，保存不便。

（4）空气能热水器

在传统锅炉、电热器水、太阳能热水器后的新一代热水装置――空气能热水器，综合了电热水器和太阳能人水汽的优点，通过压缩空气转化来加热水，可以实现全天候的运转，具有更好的节能、环保特点。

优点：不受天气影响，实现全天候运转；节能、环保、安全，不存在漏电危险，也不会排放废气造成污染；安装方便。

缺点：缺乏国家行业标准规范，造成生产厂家小型化，没有自己的技术优势；产品质量不高；体积较大，存在安全地方限制；高价格。

3、酒店空气能热水系统实际应用分析

3.1 空气能热泵技术

通过蒸发器对空气中的热能进行吸收后，后经热泵中的工质蒸发，产生高温低压过热气体，该气体经过压缩机后，在绝热压缩中转变为高温高压气体，进入到冷凝器中，经过定压冷凝转变为低温高压液体，一方面输出热水，一方面将热量传递给进入的冷水，后再次进入蒸发器定压吸收空气热能，转变为热蒸汽重复上述过程。

3.2 空气能热水系统的应用条件

空气能热水系统的应用受外界气候条件影响较大，因此，必须先进行酒店所处位置的地理、气候特点进行研究。全国建筑热工设计分区图将我国划分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区五类。如晋城地区处于寒冷地区，但归属暖温带半湿润大陆性季风气候区，受大陆性季风影响，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，适合空气能热水系统的应用。

3.3 酒店空气能热水系统应用

酒店采取空气源热泵机组进行卫生热水供应、供暖、供冷等，根据酒店大小、客流量、热量需求等，选取合适数量的空气源热泵冷暖热水机组和一个主设备，进行冬季的供暖、夏季的制冷和一年四季的供热水需求。如酒店为中型接待酒店，客房数量130间，空调供应面积为4500m2，根据公共建筑单位面积空调负荷指标可知，酒店建筑热负荷指标为60～70w/m2，选取60w/m2，冷负荷指标为80～90w/m2，选取85w/m2，则酒店大致上冬季空调总热负荷为270kW，夏季空调总冷负荷为382.5kW，一年四季生活热水供应20～30吨/天，温度在45oC～55oC。

投入使用空气能热水系统，运行稳定且满足酒店需求。但由于外界环境对空气能热水系统的较大影响，如图3-1所示。

从图3-1所示，夏季，当外界温度在34oC以下时，制冷量下降趋势较为缓和，当外界温度在34oC以上时，制冷量下降明显。冬季，空气能受外界温度变化更加明显，温度越低，制热量越小，特别是0oC以下时，剧烈下降。

实际应用空气能热水系统可分为三种情况：

（1）春秋过渡季节仅需要提供生活热水

开启单独制取生活热水的空气能热水机组，通过空气热量的吸取来进行水加热，满足生活热水供应。

（2）夏季制冷同时提供生活热水

夏季天气炎热，需要开启冷水机组，并通过管道输送冷水至房间吸收热量，并通过机组本身的冷凝热回收提供生活热水。

3.4 实际运行节能效益分析

该类型的酒店采取空气能热水系统进行制冷、供暖和生活热水供应，根据实际运行情况，可以得出，春秋过渡季节供热水的4个月，每天供应25吨热水，耗电量312kWh/d，总计约3.7万kWh，夏季制冷、供热水的4个月内耗电量约2000度/天，总计24万kWh，冬季供暖、供热水的4个月内耗电量约3000度/天，总计36万kWh。将耗电量折合为标煤大致为257吨左右。

对比该类型的酒店全年采取电加热进行制冷、供暖和生活热水供应，可知只用于制冷、供暖年耗电320万kWh，加上供应生活热水，三项全年总消耗1291吨标煤。可见，空气能热水系统消耗能量更少、没有其他废气物排放，更加节能、环保，且空气能是可再生能源，经济性更好。

4、结语

酒店经营作为服务性行业，不仅要对顾客负责，也要对国家负责。在不断加强的环境保护，节能减排、低碳环保国际主题下，使用空气能热水系统才是符合未来发展主题的，具有相当大的发展前景，且能产生更大的经济效益，提高酒店竞争力。

参考文献

[1] 付百林；吴昊.空气源热泵应用原理及发展趋势[J].技术专题.2007年06期.

[2] 俞丽华.低温空气源热泵的现状与发展[J].建筑节能.2007年.

[3] 付玉成.一种新型空气源热泵除霜方式的实验研究[J].制冷学报.2009年.