论文部分内容阅读
摘要：本文介绍了中高温热泵国内外研究与应用现状，并提出研究开发中高温热泵，以工业废水为低位热源的中高温热泵技术的开发，对于我国北方城市区域供热及其他用热领域具有十分重要的意义。
关键词：中高温热泵节能区域供热
Abstract: this paper introduces the high temperature heat pump in the domestic and foreign research and application status, and put forward the research and development of high temperature heat pump, industrial waste water as low heat source temperature of the heat pump technology development, for our country the northern city of district heating and other hot field has the very vital significance.
Key words: high temperature heat pump in energy conservation district heating
中图分类号：TS737+.2 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
我国地大物博，资源储量丰富。但是由于人口众多，煤的人均储量仅为世界平均的1/5，石油的人均储量仅为世界平均的1/8，天然气则仅为世界平均的1/25。我国的能源短缺也将面临重大问题。近年来，热泵作为一种既节能又环保的技术越来越受到人们的重视，并且逐步向大型热泵装置的方向发展。热泵是这样一种装置，它按照逆向热力循环，利用少量的高位能去提取周围环境中的无直接用途的热量，使其能位提升，从而获得更多的可利用热能。
我国的工业废水中蕴涵着大量的低位热能。在原油生产过程中将分离出大量的含油污水，大庆油田的污水排放量为4.014万吨/小时，水温38℃左右；辽河油田的污水排放量为4.89万吨/小时，水温43℃；胜利油田的污水排放量为5.38万吨/小时，水温40℃。为了保证原油产量，这些污水必须回注到地下，如果不加以利用的话，其中的能量就会被浪费掉。在钢铁工业、电力工业和石化工业中也存在大量的低温废水，温度在30～70℃之间。如果将这部分低温废水排入河流和大海中，不仅会造成能源的极度浪费，而且会导致环境的严重污染。利用中高温热泵技术将废水中的低位热能提取出来，使其成为高位热能，就可以应用到城市集中供热和原油拌热输送等民用和工业用热领域中，从而實现了能源的合理利用。
2 中高温热泵国内外研究与应用现状
2.1 中高温热泵国外研究与应用现状
瑞士被称为传统的热泵国家，由Sulzer公司生产的大型高温热泵机组不仅历史久远而且广泛地应用于世界各地。该公司于1938年生产的高温热泵机组至今仍然服务于瑞士的苏黎世市政厅，其供水温度为60℃，这也是欧洲第一台高温热泵机组。美国Trane公司生产的大型离心式热泵机组的最高供水温度为49℃，主要用于热水供应。其型式主要有两种：一是在原有冷水机组上增设辅助冷凝器；二是直接生产的热回收型的冷水机组。美国McQuay公司生产Templifier（天威）系列离心式热泵机组的最高供水温度为60℃，其低位热源为10～49℃的余热。2001年，瑞士的Matin教授提出了在旧有建筑热源改造项目中推广热泵区域供热的思想。他指出在旧有热源改造项目中，输送管网通常为高温热水管网，对水温的要求很高，这就促使热泵必须向高温方向发展。大量的工业废水为热泵提供了低位热源，为其应用提供了良好的条件。这样，热泵就既可以充分利用其他方法难以利用的工业余热，又以效率高于其他供热方式提供所需的热能。此外，工业废水经过热泵利用后，将以较低的温度排放，减少了对环境的热污染。
2.2 中高温热泵国内研究与应用现状
我国对于中高温热泵系统的研究较少，并主要局限于化学工艺过程中的小型热泵机组。2001年，富尔达公司在大庆安装了一套的水-水热泵系统，其低位热源为含油污水。该系统采用螺杆式压缩机，最高供水温度为65℃，用于污水联合站内建筑物的空调和采暖。同年，兰州近代物理研究所以核反应堆废水为低位热源，安装了一台由Sulzer公司生产的高温热泵机组，制冷剂采用R134a。该机组蒸发器的供回水温度为35.8/28℃，冷凝器的供回水温度为52/70℃，供热量为3.58MW。但是我国对中高温热泵系统的研究尚处于起步阶段。可以说，以工业废水为低位热源的大型高温热泵技术的研究与开发目前在国内基本处于空白阶段。
3 中高温热泵研究与开发
3.1热泵的系统形式
热泵的系统形式，相对于常规的热泵系统，高温热泵系统的发展和应用要滞后许多。
（1）纯工质多级压缩热泵系统：此类热泵系统以双级或三级压缩为主，采用离心或螺杆式压缩机，用于区域供热或工业工艺流程供热。其工作流程与双级压缩制冷系统相类似。
（2）非共沸工质多级压缩热泵系统：此类热泵系统的基本流程与纯工质多级压缩热泵系统相同。目前，国内外对此类热泵系统的研究较多，所用的工质主要有R22/R142b、R125/R134a等。在理论和实验研究中，均获得了较好的COP值，但在实际应用上仍然存在一些问题，如混合工质在发生泄漏时将导致成份的变化，影响其热力性能，以及在相变过程中的汽液分离现象使得在换热器中实现逆流换热较为困难，从而无法发挥非共沸工质的优点，无法获得理想的热泵效率。
（3）吸收式热泵系统和化学热泵系统：此类热泵系统均为使用热能驱动的热泵系统。吸收式热泵系统是由吸收式制冷系统发展而来的。化学热泵系统是近年发展起来的一种新型热泵系统。它利用化学反应的吸热和放热效应来实现低温吸热和高温放热，可以在很大的温差及很高的温度条件下实现热泵循环。
（4）吸收-压缩组合热泵系统：此类热泵系统吸收式和压缩式系统组合在一起，采用沸点相差很大的工质作为循环的工质对，利用其溶液对低沸点工质的吸收作用来改善循环某些方面的特性。研究表明，这类循环能较好地改善吸收式或蒸气压缩式热泵系统的性能，极具发展潜力。
3.2中高温热泵工质的研究
对于中高温热泵，不存在公认的代表性工质，所以应用中高温热泵要解决的关键问题之一就是寻找适宜的绿色环保工质。以纯工质多级压缩热泵系统为例，针对采用该系统形式的中高温热泵研究的重点主要放在新型替代工质的研究。这是一项有待从头开始的工作，需要对各种工质进行筛选，使其既符合绿色环保要求又能保证中高温热泵达到良好的运行效果。
3.3中高温热泵工作部件的研究
针对纯工质多级压缩热泵系统其主要部件包括蒸发器、冷凝器和压缩机等。目前国内外对于换热器包括蒸发器和冷凝器的研究在其结构上并没有太大的变化，其主要的研究方向是致力于高效传热管的开发与应用。因此，中高温热泵机组尤其是大型中高温热泵机组采用离心式的压缩方式是十分适宜的。
4 结语
现代建筑倡导环保、节能理念，突出环保节能的特点符合21世纪人们生活的需要，因此，以工业废水为低位热源的中高温热泵技术的开发，对于我国北方城市区域供热及其他用热领域具有十分重要的意义。
参考文献
1 梁丽明.城市大气有机物污染. 北京:煤炭工业出版社, 2000:26～46.
2 龙惟定.试论中国的能源结构与空调冷热源的选择取向. 暖通空调.2000,30(5):27～32.
3 M. Zogg. The Swiss Retrofit Heat Pump Programme. The 7th International Energy Agency Conference on Heat Pump Technologies in Beijing.2002:209～218.
4 李新国.中高温热泵及其压缩式制冷机的研究. 天津大学硕士学位论文.1989
5 张淑彦. 中高温热泵工质热力性质及循环性能分析. 哈尔滨工业大学硕士论文.2005
6 李忠建. 高温热泵换热器热工设计及系统模拟分析. 哈尔滨工业大学硕士论文.2005
作者简介：
李德贤女 山东省平原县工程师多年来从事供热通风与空调工程设计工作。
关键词：中高温热泵节能区域供热
Abstract: this paper introduces the high temperature heat pump in the domestic and foreign research and application status, and put forward the research and development of high temperature heat pump, industrial waste water as low heat source temperature of the heat pump technology development, for our country the northern city of district heating and other hot field has the very vital significance.
Key words: high temperature heat pump in energy conservation district heating
中图分类号：TS737+.2 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
我国地大物博，资源储量丰富。但是由于人口众多，煤的人均储量仅为世界平均的1/5，石油的人均储量仅为世界平均的1/8，天然气则仅为世界平均的1/25。我国的能源短缺也将面临重大问题。近年来，热泵作为一种既节能又环保的技术越来越受到人们的重视，并且逐步向大型热泵装置的方向发展。热泵是这样一种装置，它按照逆向热力循环，利用少量的高位能去提取周围环境中的无直接用途的热量，使其能位提升，从而获得更多的可利用热能。
我国的工业废水中蕴涵着大量的低位热能。在原油生产过程中将分离出大量的含油污水，大庆油田的污水排放量为4.014万吨/小时，水温38℃左右；辽河油田的污水排放量为4.89万吨/小时，水温43℃；胜利油田的污水排放量为5.38万吨/小时，水温40℃。为了保证原油产量，这些污水必须回注到地下，如果不加以利用的话，其中的能量就会被浪费掉。在钢铁工业、电力工业和石化工业中也存在大量的低温废水，温度在30～70℃之间。如果将这部分低温废水排入河流和大海中，不仅会造成能源的极度浪费，而且会导致环境的严重污染。利用中高温热泵技术将废水中的低位热能提取出来，使其成为高位热能，就可以应用到城市集中供热和原油拌热输送等民用和工业用热领域中，从而實现了能源的合理利用。
2 中高温热泵国内外研究与应用现状
2.1 中高温热泵国外研究与应用现状
瑞士被称为传统的热泵国家，由Sulzer公司生产的大型高温热泵机组不仅历史久远而且广泛地应用于世界各地。该公司于1938年生产的高温热泵机组至今仍然服务于瑞士的苏黎世市政厅，其供水温度为60℃，这也是欧洲第一台高温热泵机组。美国Trane公司生产的大型离心式热泵机组的最高供水温度为49℃，主要用于热水供应。其型式主要有两种：一是在原有冷水机组上增设辅助冷凝器；二是直接生产的热回收型的冷水机组。美国McQuay公司生产Templifier（天威）系列离心式热泵机组的最高供水温度为60℃，其低位热源为10～49℃的余热。2001年，瑞士的Matin教授提出了在旧有建筑热源改造项目中推广热泵区域供热的思想。他指出在旧有热源改造项目中，输送管网通常为高温热水管网，对水温的要求很高，这就促使热泵必须向高温方向发展。大量的工业废水为热泵提供了低位热源，为其应用提供了良好的条件。这样，热泵就既可以充分利用其他方法难以利用的工业余热，又以效率高于其他供热方式提供所需的热能。此外，工业废水经过热泵利用后，将以较低的温度排放，减少了对环境的热污染。
2.2 中高温热泵国内研究与应用现状
我国对于中高温热泵系统的研究较少，并主要局限于化学工艺过程中的小型热泵机组。2001年，富尔达公司在大庆安装了一套的水-水热泵系统，其低位热源为含油污水。该系统采用螺杆式压缩机，最高供水温度为65℃，用于污水联合站内建筑物的空调和采暖。同年，兰州近代物理研究所以核反应堆废水为低位热源，安装了一台由Sulzer公司生产的高温热泵机组，制冷剂采用R134a。该机组蒸发器的供回水温度为35.8/28℃，冷凝器的供回水温度为52/70℃，供热量为3.58MW。但是我国对中高温热泵系统的研究尚处于起步阶段。可以说，以工业废水为低位热源的大型高温热泵技术的研究与开发目前在国内基本处于空白阶段。
3 中高温热泵研究与开发
3.1热泵的系统形式
热泵的系统形式，相对于常规的热泵系统，高温热泵系统的发展和应用要滞后许多。
（1）纯工质多级压缩热泵系统：此类热泵系统以双级或三级压缩为主，采用离心或螺杆式压缩机，用于区域供热或工业工艺流程供热。其工作流程与双级压缩制冷系统相类似。
（2）非共沸工质多级压缩热泵系统：此类热泵系统的基本流程与纯工质多级压缩热泵系统相同。目前，国内外对此类热泵系统的研究较多，所用的工质主要有R22/R142b、R125/R134a等。在理论和实验研究中，均获得了较好的COP值，但在实际应用上仍然存在一些问题，如混合工质在发生泄漏时将导致成份的变化，影响其热力性能，以及在相变过程中的汽液分离现象使得在换热器中实现逆流换热较为困难，从而无法发挥非共沸工质的优点，无法获得理想的热泵效率。
（3）吸收式热泵系统和化学热泵系统：此类热泵系统均为使用热能驱动的热泵系统。吸收式热泵系统是由吸收式制冷系统发展而来的。化学热泵系统是近年发展起来的一种新型热泵系统。它利用化学反应的吸热和放热效应来实现低温吸热和高温放热，可以在很大的温差及很高的温度条件下实现热泵循环。
（4）吸收-压缩组合热泵系统：此类热泵系统吸收式和压缩式系统组合在一起，采用沸点相差很大的工质作为循环的工质对，利用其溶液对低沸点工质的吸收作用来改善循环某些方面的特性。研究表明，这类循环能较好地改善吸收式或蒸气压缩式热泵系统的性能，极具发展潜力。
3.2中高温热泵工质的研究
对于中高温热泵，不存在公认的代表性工质，所以应用中高温热泵要解决的关键问题之一就是寻找适宜的绿色环保工质。以纯工质多级压缩热泵系统为例，针对采用该系统形式的中高温热泵研究的重点主要放在新型替代工质的研究。这是一项有待从头开始的工作，需要对各种工质进行筛选，使其既符合绿色环保要求又能保证中高温热泵达到良好的运行效果。
3.3中高温热泵工作部件的研究
针对纯工质多级压缩热泵系统其主要部件包括蒸发器、冷凝器和压缩机等。目前国内外对于换热器包括蒸发器和冷凝器的研究在其结构上并没有太大的变化，其主要的研究方向是致力于高效传热管的开发与应用。因此，中高温热泵机组尤其是大型中高温热泵机组采用离心式的压缩方式是十分适宜的。
4 结语
现代建筑倡导环保、节能理念，突出环保节能的特点符合21世纪人们生活的需要，因此，以工业废水为低位热源的中高温热泵技术的开发，对于我国北方城市区域供热及其他用热领域具有十分重要的意义。
参考文献
1 梁丽明.城市大气有机物污染. 北京:煤炭工业出版社, 2000:26～46.
2 龙惟定.试论中国的能源结构与空调冷热源的选择取向. 暖通空调.2000,30(5):27～32.
3 M. Zogg. The Swiss Retrofit Heat Pump Programme. The 7th International Energy Agency Conference on Heat Pump Technologies in Beijing.2002:209～218.
4 李新国.中高温热泵及其压缩式制冷机的研究. 天津大学硕士学位论文.1989
5 张淑彦. 中高温热泵工质热力性质及循环性能分析. 哈尔滨工业大学硕士论文.2005
6 李忠建. 高温热泵换热器热工设计及系统模拟分析. 哈尔滨工业大学硕士论文.2005
作者简介：
李德贤女 山东省平原县工程师多年来从事供热通风与空调工程设计工作。