高温水源热泵研究与发展趋势论文

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1、高温水源热泵研究与发展趋势论文王凯李建风曹锋邢子文摘要：本文介绍了高温水源热泵的概念和工作原理，并详细介绍了高温水源热泵的工质研究和近年来高温水源热泵在国内外的研究现状与发展趋势，包括高温制冷剂的研究以及高温热泵系统性能的研究并讨论了高温水源热泵的应用情况以及在我国发展的趋势。关键词：高温水源热泵工质节能环保ABSTRACT：Thesituationisdescribedabouttheconceptandprincipleofthehightemperatureps．Theresearchachievementsofp

2、eraturepsaredescribedindetail．Theapplicationsofthehightemperatureheatpumparealsodiscussed．Keyperaturep；entprotection1前言随着能源和环境问题的日益突出，如何高效地使用能源、回收各种余热和减小对环境的污染成为人们关注的焦点。水源热泵就是一种用来解决能源和环境方面问题的极为有效的技术。热泵是以消耗一部分高质能(机械能、电能等)或高温位能为代价，通过热力循环，把热能由低温物体转移到高温物体的能量利用系统。高温水源

3、热泵是高温热泵的一类，它利用各类工业和生活废水中的余热来制取70℃～90℃高温热水，可以直接用于供暖和普通工业加热。从美国ASHRAE对北美地区的调查来看高温热泵应用于工业的前景是非常乐观的1(见下表1)。图1是工业用的高温热泵在主要发达国家中的应用比例。表1各工业部门所须的温度范围2行业需求温度℃100100-150150—183183食品烟草2.562.516.618.4纤维工业O.450.349.30.O木材工业1.19.36.683.0纸浆加工0.085.94.1O.0化学工业4.826.950.O18.3橡胶制

4、品0.026.353.420.4皮革制品O.O100.00.0O.O陶瓷工业0.O85.614.4O.0由于高温热泵有良好应用前景.freel3，以免系统体积过于庞大：(4)油溶性好、化学性质稳定：(5)对环境危害小，无毒、不可燃；(6)具有高的COP。2.1南非等国对高温热泵工质的研究国内外的研究者已经对现有的各种工质进行了大量的理论计算和部分实验验证。南非JosuaP．Meyer教授和他的学生对以混合工质R22／R142b作为制冷剂的高温热泵型热水器进行理论研究5。研究结果表明，随着R142b在混合物中组分的增加，热

5、泵供水温度升高，COP值有所增加；在冷凝器面积不变的条件下，热水器供热容量随R142b组分增加而增大。他指出R142b的热力性能良好，但环境指标较高，属于受限工质，且易燃易爆，通常与其他工质混合使用，适用于木材干燥等小型热泵装置中。Gianfranco在他的文章中比较了几种工质，发现R-236fa的临界温度较高，适用于在高温热泵中使用，但目前正处于不断的实验阶段6。图1是R-236fa的热力循环图，表2为几种高温工质的热力参数比较。图1R-236fa热力循环表2几种高温工质的热力参数比较工质代号分子式标准沸点℃临界温度℃

6、临界压力barHFC-23CHF3-82.124.348.7HFC-143aCH3CF3-47.473.638.3HFC-227caCF3CHFCF3一18.3103,.freelentfortheNec(CF3CF2OCH3)，表3给出了物性。表3HFE-245mc的基本物性物性HFE-245mcCFC-114临界温度℃133.75145.59临界压力MPa2.8873.248临界密度Kg／m3499576偏心因子0.3530.25225℃饱和气压力MPa0.2060.21325℃饱和液密度g/cm31.2661.45

7、625℃汽化潜热kJ／kg166.0128.4日本庆应大学对这种高温热泵制冷剂进行了研究，并在30℃低温热源和85℃～90℃出水条件下的热泵机组试验已连续运转了约7000小时，迄今未发现异常。试验用压缩机采用HFC-134a的涡旋式压缩机，润滑油采用酯类油11。压缩机在使用12400小时后解体检查，也未发现异常。此外，热泵型热水机组的试验也表明，经过单级压缩，可以得到85℃～90℃热水，COP比CO2机组的低0.5～0.7，工作压力在lMPa以下，比CO2(10MPa)低很多，可直接使用现有的低廉的配管材料，因而他们认为

8、HFE-245mc有望成为替代CFC-114的新一代制冷剂，可用于低品位余热回收的热泵系统。目前，HFC-134a／HFC-245fa或HC-600a／HFC-245fa组成的混合物性能的研究也是一个重点内容，表5为HFC-245fa的性能参数。表5HFC-245fa(CF3CH2CHF2)的性能参数12标准沸点℃临