高温热泵技术及其在工程中的应用

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1、高温热泵技术及其在工程中的应用　　1、技术背景　　建筑物供热及空调的节能问题亟待解决　　随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高，采暖、空调、生活热水等的能源需求越来越大，是一般民用建筑物能源消费的主要部分。在发达城市，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已占建筑物总能耗的40-50%。特别是冬季采暖用的燃煤锅炉、燃油锅炉的大量使用，给大气环境造成了极大的污染。因此，建筑物污染控制和节能已是国民经济发展的一个重大问题。　　环保节能的地源热泵技术应用前景广阔　　地源热泵是一种热量提升装置，正如人们见到的自然现象——水由高处流向低处一样，

2、热量也总是从高温物体向低温物体传递，跟水泵可以将水从低处提升到高处一样，采用热泵技术同样可以将热量从低温提升到高温。地源热泵不仅可以用于冬季采暖，也可以用于夏季制冷空调和全年提供生活热水，实现一机多用。实践证明，以地热能包括地下水、土壤、地表水等作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源，实现采暖、供冷、供生活热水，替代传统的制冷机+锅炉的建筑物空调、采暖、供热模式，是改善城市大气环境、节约能源的一条有效途径，也是我国地热能利用一个新的发展方向。　　地球浅表层是一个巨大的恒温体系，温度几乎不受环境气候变化的影响，如北京地区年平均

3、温度为13-15℃，其能量的来源主要是地面吸收了约40%太阳光的热能，因此，地热能也是一种洁净的可再生能源。它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定、使用方便、不受地域限制等优点。　　地热能作为一种清洁可再生能源，在利用时，不象化石燃料在获取能源和产生电力的同时，向环境排放大量的燃烧产物，如CO2、SO2、NOx、粉尘等，对环境造成严重的污染，引起温室效应、酸雨、土地沙漠化等灾害，也严重影响了人们的身心健康。因此，开发利用清洁无污染的地热能已是社会发展的必然趋势。　　北京XX年奥运会，将以“科技奥运、绿色奥运、人文奥运”为宗旨，环境

4、是一个非常重要的指标，为此，北京市已决定取消四环路以内的燃煤采暖锅炉，利用太阳能、地热能为奥运会会馆场所提供热、冷，这无疑给地热的开发利用提供了一个良好的契机。　　普通地源热泵设备难以满足市场需求　　我国幅员辽阔，气候多样，因建筑物的地理位置功能等不同，采暖空调及热水系统形式亦各不相同。对冷热源水温来说，一般舒适性中央空调系统的制冷供回水温度要求7℃/12℃，采暖供回水温度要求65℃/55℃，散热器热水采暖系统的供回水温度要求95℃/70℃。在卫生热水供应系统中，根据使用功能和系统设计的不同，一般要求供水温度在40—65℃之间。并且随

5、着人们对环保和能源问题的重视，大量的散热器采暖系统的锅炉设备需要改造，上世纪八九十年代上马的一些中央空调主机设备也需要更新换代。　　目前，地源热泵技术作为供热空调行业的一个热点，设备生产厂家众多，各类产品层出不穷。短短几年时间，在我国的空调市场上已经有树十家国内外企业加入地源热泵产品的生产销售竞争之中。但是，由于压缩式制冷技术在工质和冷凝温度等的局限性，地源热泵机组在制热工况下的出水温度一般最高只能达到55℃左右。对于新建的建筑，可以在末端系统设计中按此温度考虑。但是在单纯更换主机的中央空调改造项目、散热器采暖系统锅炉改造项目以及热水

6、供应系统中，55℃的供水温度已经不能或不完全能满足系统的使用要求，从而限制了地源热泵这一经济节能的技术的推广应用。　　高温地源热泵技术正是在这一背景下应运而生，最高可达75℃的供热出水温度大大的拓展了地源热泵技术的应用范围。　　2、高温地源热泵技术　　高温地源热泵的概念　　高温地源热泵的“高温”是相对于目前占市场主导地位的最高热水出水温度在55℃以下的地源热泵产品而言，一般指在地源温度10-15℃时，供热温度在60℃以上的产品，正常运行出水温度范围在62—72℃，可以满足所有的中央空调和生活热水系统的水温要求。虽然在供热出水温度上只有

7、十几度的提高，但对于热泵技术来说却是一个极大的突破，一般的地源热泵机组在该工况下，性能会极大衰减甚至无法运行，因此高温热泵产品对设备零部件的选择和制冷剂的使用都有很高的要求，产品的研发和设计方面的成本也很高。目前国内市常上拥有高温热泵技术和产品的企业寥寥无几。　　高温地源热泵的几个关键技术　　相对于输出温度55℃以下的热泵技术，高温地源热泵在不提高低温热源温度的情况下，热泵供热温度达到60℃以上，并保持较高的运行效率和稳定的运行状态，一般需要解决如下几个关键技术。　　压缩机的选择：目前热泵设备常用压缩机类型主要有螺杆压缩机、全封闭涡旋

8、压缩机与半封闭活塞压缩机等，经过对不同类型压缩机工作特性进行比较研究，目前高温热泵设备一般选用半封闭活塞压缩机；　　工质的选择：根据高温热泵设备最大工作压力≤25bar，采用对环境友好的R134a作为制冷剂为工质，对环境