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1、双级离心式高温水源热泵设计应用分析第10卷第2期2010年4月制冷与空调REFRIGERATIONANDAIR—CONDITIONING双级离心式高温水源热泵设计应用分析诸琛(上海交通大学)(江森自控楼宇设备科技(无锡)有限公司)摘要介绍双级离心式高温水源热泵的设计过程和应用优势.通过理论计算及系统流程分析,推导出可实现77℃高温出水的大容量双级离心系统.并结合实际工程案例对双级离心式高温水源热泵方案做经济性评估.指出在应用双级离fl,式高温水源热泵制冷/供热时,不仅节约能源,降低运行费用,而且对环境保护有着积极的推动作用.关键词高温热泵;双级压缩;废热回收;节能减排;热电联产
2、Designandapplicationanalysisoftwo—stagecentrifugalhightemperaturewatersourceheatpumpZhuChen(ShanghaiJiaoTongUniversity)(JohnsonControlsBuildingEfficiencyTechnology(Wuxi)Co.,Ltd.)ABSTRACTIntroducesthedesignprocessesandtheapplicationadvantagesoftWO—stagecentrifugalhightemperaturewatersourcehea
3、tpump(TCHTWHP).Alargecompoundcentrifugalsystemcanberealizedfor77℃maximumtemperaturewaterwithcalculationandanalysisofsystemprocess.Bycasestudying,ROIcanbecalculatedfromeconomica—nalysisreport.Greatbenefitwillbegainedfromthisapplication,notonlyonenergy-sav—ing&costdown,butalsoonenvironment
4、alprotection.KEYWORDShightemperatureheatpump;tWO—stagecompression;waste—heatrecovery;energy-saving&emissionreduction:combinedheatingandpower在日常的生产生活中,常需要大量75℃左右甚至更高温度(如85℃)的热水,如:暖气片供暖,医院医用热水,工业废水余热回收,石油工业中对油气的加温降黏等.一直以来,主要是通过锅炉获得高温热水.随着人们对能源供应和环境保护问题的日益关注,研发更高效节能并符合可持续发展的供热技术得到国内外的关注.高温水
5、源热泵技术是近十几年来国外大力推广的节能环保技术,近几年在国内也得到了广泛重视.它可以在城市供热管网中部分替代电热或燃煤锅炉;可以用于电厂废水,城市污水,石油化工等的余热回收;可以直接利用江水,海水及土壤实现制热或热回收.用高温水(地)源热泵提供热水:可以缓解我国过于依赖煤炭的能源形式;可以解决地热尾水,工业废水直接排放所造成的环收稿日期:2009-12—02通信作者;诸琛,Email:chen.zhu@jc1.conl境热污染等问题;可取得显着的环保效应和经济效应;可避免燃煤,燃油锅炉产生的废气,废渣对周边环境的污染.目前国内外针对55℃及以下的水源热泵技术已很成熟,有多类产
6、品可以选择;但对于水温高于75℃,制热量大于1000kW的高温水(地)源热泵的研究还比较少.笔者通过理论计算并结合系统设计及实例分析,提出双级离心式高温热泵解决方案.该方案实现机组最大制热量约13000kW,最高出水温度达到77℃.1双级系统设计的理论计算1.1双级系统概念提出离心压缩机是一种定压头,变流量的速度型压缩机,靠电机带动叶轮高速旋转,其旋转产生的第2期诸琛:双级离心式高温水源热泵设计应用分析离心力提升制冷剂气体速度,通过扩压室,在其中完成动能向压能的转化.提供的压头是由离心机叶轮的转速来决定的.将气体运动时的圆周速度,径向速度和绝对速度绘制成一个速度三角形,当气体从
7、径向进气时,由欧拉方程得hh=VV=(1)式中:为压头系数(=V/v);V为绝对速度切向投影;V为圆周速度.压头系数是衡量压缩机能量头达到最大值的程度.由能量头公式可以得出,离心压缩机提供的压头与叶轮转速的平方成正比.但是,随着转速的提高,叶轮的强度及叶轮直径设计无法匹配过高的转速.目前,采用普通合金钢制造的闭式叶轮,其圆周转速一般小于300m/s.其提供的最大能量头通常不大于39℃温差.一旦外界系统的压头大于压缩机本身能提供的最大压头,离心压缩机就会出现喘振现象.此时压缩机的气体无法被压出
