热泵技术与节能减排

热泵技术与节能减排

齐云方

大唐环境产业集团股份有限公司北京100097

摘要：本文探讨了热泵技术在供热中的应用。

关键词：热泵供热节能

一、技术背景

我国大气污染的来源主要是煤炭的燃烧。散煤价格低廉，是北方冬季取暖的主要燃料。提高供热效率无论是从大气污染治理的角度，还是从节约能耗方面都有重要意义。热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力、热能驱动，输出高品位热能的设备。现在我国主要应用三种热泵技术，分别是水源热泵，地源热泵，以及空气源热泵。

二、基本技术方案介绍

现在主要应用三种热泵技术，分别是水源热泵，地源热泵，以及空气源热泵。热泵在清洁能源供热中可通过三种方案加以利用，一是利用水源、地源、空气源热泵就近取热，并结合空调技术，实现对建筑物供暖、制冷；二是利用离心式大温差换热技术优化供热系统；三是通过回收工业余热，通过热泵输出高品位热源进行供热。

2.1热泵中央空调技术方案

水源、土壤源、空气源热泵是利用水、土壤、空气中所含的热量，进行转换的空调技术。工作原理是通过输入少量品位能源（如电能），实现低温位热能向高温位转移。

以水源热泵空调为例，利用附近水源，如地下水、地表的河流、湖泊和海洋中的热量及工业余热，实现水和空调主机的能量交换目的。在夏季将建筑物的热量“取”出来，释放到水体中去，以达到夏季给建筑物制冷的目的；而冬季，则是通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。

当机组在制冷模式时，通过热泵机组将室内热量提取后，把热量释放到水体中，以达到室内制冷目的。

当机组在制热模式时，就从土壤／水中吸收热量，通过电驱动的压缩机和热交换器把大地的热量提取，并以较高的温度释放到室内。

在实际应用中可以实现一套设备同时满足供热和制冷的要求，并提供生活热水，减少了设备的初投资。

2.2供热系统优化技术方案

利用热泵技术优化供热系统是采用溴化锂吸收式热泵有效利用电厂的循环冷却水进行供热，并结合离心式大温差换热机组，降低供水温度，提高供回水温差，减少供热输送能耗并减少热量耗散，增加供热面积。

2.2.1循环冷却水温度调节

抽凝机组在冬季供热负荷较大的工况下，抽汽供暖较多，可能存在冷却循环水温度过低的情况，影响机组运行效率。可在机组的冷却循环水侧，增加供回水连通控制，通过混水调节循环冷却水回水温度。

2.2.2发电机组供暖改造

新增吸收式热泵进行供暖改造，利用循环冷却水中的低温热源，补充热网中的热量。该供暖改造方案增加了供回水温差，提高总供热量，增加供热部分是通过增加吸收式热泵来提供的。

2.2.3离心式大温差换热方案

在供暖末端增加高效离心式水源热泵与换热器的组合，可以有效地利用低温的热源，增大末端供回水温差，扩大供热区域。

本方案有效地利用了循环冷却水中的废热，从而实现循环冷却水的价值。通过梯级利用能源，有效利用低温热源，减少了高温蒸汽等高品位能源消耗，经济性更好；通过连通调节循环冷却水温度，使得冬季循环冷却水温度不会过低，达到废水零排放要求的15℃以上，保障机组运行效率；通过离心式大温差换热机组，降低一次管网回水温度，提升供回水温差，在保障供热品质的同时，减少了供热输送能耗，降低了热量耗散。

2.3回收工业余热的技术方案

2.3.1工业余热回收低温余热的热泵技术

低温热泵将热量从低温部提取出来，创造比该低温部更低的温度，需要利用一种中间介质（即工质）的蒸发与冷凝来完成，且其饱和温度具有随压力升高的特性。通常采用压缩机将蒸发的工质蒸汽不断吸进，压缩到以获得供热为目的的冷凝温度所对应的冷凝压力，这样就可以由低温部吸取热量传给冷却水，使该冷却水变为我们需要的热水。而工质将热量释放给冷却水的同时自身液化，然后减压返回低温部，再从低温部吸取热量变成蒸汽，这种过程反复进行，使低温部热量不断地传向高温部。

2.3.2工业余热回收高温余热的热泵技术

在高温热泵研究中，工质的选取是关键。对高温热泵工质的要求为：1、适中的冷凝压力，若考虑采用现有的常规部件，则冷凝压力要低于2.4MPa；2、蒸发压力在0.1MPa以上，防止在系统中形成负压；3、尽可能高的单位容积制热量和COP，防止系统规模过于庞大；4、尽可能低的压比、排温；5、不可燃、化学稳定性好，与系统材料和润滑油兼容；6、具有零臭氧消耗潜能值(ODP)，较低的全球变暖潜能。目前，对高温热泵的研究多集中在适宜工质的选择和制热效率提高这两个方面。

参考文献：

[]叶明玖.热泵技术及其在火电厂节能中的应用[J].中国新技术新产品.2015.NO.1(下).

[2]孙小燕,孙鹏,向文国,等.热泵节能技术在供热机组中的应用[J].化工进展.2009,28.

[3]刘明军,葛茂清,卢尚有,等.吸收式热泵在热电厂乏汽余热回收领域的应用[J].流体机械.2013,41(2).