高温热泵系统在建筑工业领域中的应用

糜涛1,王锦2

摘要:文章主要是从技术层面和应用前景两个方向进行分析介绍了高温热泵系统在工业中的应用及其意义。分析目前高温热泵的发展，阐述高温热泵系统在建筑工业领域中的研究进展及成果，供同行参考。

关键词:高温热泵;节能减排;工业余热;新型研究方向

高温热泵系统在建筑工业领域中的具有重要的应用意义，尤其是对于“十二五”规划来说，节能减排仍然是社会发展的主要方向，同时这又可促进社会经济的转型。

从技术层面分析，高温热泵系统在工业中的应用有以下几个方面：

首先，大量的工业余热为其解决了低温热源问题，这就可以使用热泵，既充分利用其它方法较难利用的工业余热，又以远高于其它供热方式的效率（热泵系统循环效率一般为3左右）提供工业所需热能。而这对建筑的供热来说，其节能效率是很显见的，尤其是对比如商场、建筑来说，更是一种非常有发展潜力的节能技术，因此许多比如北京、上海、长沙等大城市都开始积极发展并普及了这种技术。

其次，工业余热经热泵利用后，能以较低的温度排放，减少了对环境的热污染；再次，应用热泵供热对降低温室效应也具有积极作用，与燃煤锅炉相比，通过节约燃料，其二氧化碳排放量可降低30-50%，而一些大酒店、社区或大商场，如果是烧锅炉的话，其每天所排放的二氧化碳是导致城市温室效应的罪魁之一，因此这种技术能很好解决建筑的这个难题。

目前，冷凝温度低于50℃的常温热泵已经比较成熟，它的末端散热装置主要是风机盘管；冷凝温度在50～65℃之间的中温热泵的循环工质多为R22，受冷凝压力的限制，它的供水温度应在55℃以下，所以必须采用特殊的末端散热型式（如：风机盘管或地板辐射采暖）；冷凝温度为80～100℃的高温热泵可以将供水温度提高到70℃或者80℃以上，基本达到北方供热的设计标准，所以高温热泵的末端散热装置可以是价格低廉的铸铁散热器，因而该类热泵可以作为普通建筑的供热热源，也可以用于老建筑的改造（代替燃煤锅炉），实际上高温热泵不仅可以用作采暖热源，也可以用于其它多种行业，如干燥等。

由于高温热泵有良好应用前景，使其成为近年国际热泵研究的一个基本方向。在日本的超级热泵项目，美国IEA热泵中心和IIR热泵发展计划及欧洲的大型热泵研究计划中，高温热泵均是其中的重点研究内容之一。

故而说高温热泵具有明显的经济效益和社会效益，市场潜力巨大。

谈及高温热泵系统，首先将要面对热泵系统中循环工质的选择问题。只有选择适宜的循环工质，热泵系统才能达到设定的工况要求。

当前已鉴定的有机物有500多万种，无机物也有5万多种，但其中适合作高温热泵循环工质的并不多。在进行工质的选取时，所需考虑的主要因素如下：

（1）适宜的冷凝压力，应在2.4MPa以下（压缩机的承压能力一般为2.5MPa）；

（2）适宜的蒸发压力，应在0.1MPa以上，以免在系统中形成负压；

（3）适宜的容积制热量，应在2.5J/cm3以上，以免使压缩机体积过大，造成设备费用升高；

（4）作为循环工质的其它共同要求，如无毒、对环境危害小、化学性质稳定、热物性优良等；

（5）在满足上述要求的前提下，追求更高的循环性能系数。

对于高温热泵，国内方面，目前主要有四家研究单位（清华大学、天津大学、上海交通大学和中科院广州能源所）对高温热泵进行了研究。清华大学申报了R124/R142b混合工质专利，给定高温水源热泵的冷凝温度为90℃。上海交通大学利用混合工质R22/R141b将冷凝水从70℃加热到80℃，并针对压缩机频率和COP的关系进行了初步的研究。天津大学自上世纪80年代末开始针对高温热泵开展了一系列的研究工作，其中包括在固定温升为40℃、冷凝温度为60-80℃、过热度为10℃左右、过冷度为5℃左右的条件下，对R142b、R227ea/R600、R22/R142b和R124/R141b工质进行了理论循环分析和热泵性能实验研究；利用R22/R142b/R21和R290/R600a/R123等混合工质，得到了热泵出口水温85℃、COP在3以上的实验结果；最近又将冷凝温度升高到95℃，提供了90℃的冷凝水。

上述已有研究在高温热泵工质方面做出了积极的探索，但若是谈及将这些工质运用到实际的产品却非常的有限，有些产品还处于试制阶段，就算有产品试制成功，也只有小批量生产，还没形成具有规模效应的生产和推广。从研发推广应用来说，高温热泵在工业建筑中的应用还有巨大的潜力可挖。目前有譬如烘干粮食、木材、衣物等的高温热泵干燥机得到了推广，它代替了原始的电热式的烘干方式，还有些高温热泵热水器，它可以将水烧到95℃左右，这突破了普通热泵热水器可以将水烧到45℃左右的局限，在代替锅炉给高层建筑供应高温热水这领域具有巨大的前景。

而一种新型的研究方向，也就是将高温热泵烧出的热水蒸发，再将蒸发的蒸汽引入到本身的制冷管所在的制冷室，将高温蒸汽凝结成蒸馏水，来代替的原始的电热式的蒸馏方式，某些公司正在研制中。如果将蒸馏水加入麦饭石，将可制成人工矿泉水，以代替家庭饮用的矿泉水，干净、卫生、节能。

在电子、医药、食品等工业中纯水超纯水的应用很广泛，尤其是例如电镀厂、钢铁厂等重大污染企业，传统的过滤净化不能将水质彻底净化。而这种蒸馏水机则能很好解决这个问题，在污染的企业不仅可以制取出纯净的蒸馏水，而且可以将杂质分离回收。而在海水苦咸水的淡化上，比传统电热式蒸馏法更节能，有更高的能效比，因此在工业蒸馏水方面的设计具有更大的市场潜力。

而在成功设计了工业用的蒸馏水基础上，再设计家用蒸馏水机，则对比如酒店、商场、娱乐场所、民居等的用户而言是一个福音。

[参考文献]:

[1]尤晶.高温水源热泵在地热供暖中的应用.2003城镇供热行业热改政策、技术及发展研讨会论文集,2003,4.

[2]董明.星级酒店中央空调冷凝热回收利用[J].能源工程,2003.3.

[3]王长庆.用高温吸收式热泵回收工业余热[J].能源工程,1988,04.

[作者简介]:糜涛:男,(1983-)汉族,贵州毕节,本科,助教.

王锦:男,(1982-),汉族,贵州毕节,本科,建筑工程师。