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高溫空氣源熱泵技術(shù)的詳細(xì)介紹及其應(yīng)用
1技術(shù)背景
1.1建筑物供熱及空調(diào)的節(jié)能問題亟待解決
隨著國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，采暖、空調(diào)、生活熱水等的能源需求越來越大，是一般民用建筑物能源消費(fèi)的主要部分。在發(fā)達(dá)城市，夏季空調(diào)、冬季采暖與供熱所消耗的能量已占建筑物總能耗的40-50%。特別是冬季采暖用的燃煤鍋爐、燃油鍋爐的大量使用，給大氣環(huán)境造成了極大的污染。因此，建筑物污染控制和節(jié)能已是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重大問題。
1.2環(huán)保節(jié)能空氣源熱泵技術(shù)應(yīng)用前景廣闊
空氣源熱泵是由壓縮機(jī)——換熱器——節(jié)流器——吸熱器——壓縮機(jī)等裝置構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。冷媒在壓縮機(jī)的作用下在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動。它在壓縮機(jī)內(nèi)完成氣態(tài)的升壓升溫過程（溫度高達(dá)100℃），它進(jìn)入換熱器后釋放出高溫?zé)崃考訜崴?，同時(shí)自己被冷卻并轉(zhuǎn)化為流液態(tài)，當(dāng)它運(yùn)行到吸熱器后，液態(tài)迅速吸熱蒸發(fā)再次轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，同時(shí)溫度下降至零下20℃——30℃，這時(shí)吸熱器周邊的空氣就會源源不斷地將低溫?zé)崃總鬟f給冷媒。冷媒不斷地循環(huán)就實(shí)現(xiàn)了空氣中的低溫?zé)崃哭D(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)崃坎⒓訜崂渌^程。
從上面可以得知,空氣源熱泵是以空氣中熱量為能源的,只要空氣中有足夠的熱量,它就吸收能量而產(chǎn)生熱水。因而空氣源熱泵它使用不受陰天下雨白天黑夜的影響，而且在使用時(shí)，不象化石燃料在獲取能源和產(chǎn)生電力的同時(shí)，向環(huán)境排放大量的燃燒產(chǎn)物，如CO2、SO2、NOx、粉塵等，對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，引起溫室效應(yīng)、酸雨、土地沙漠化等災(zāi)害，也嚴(yán)重影響了人們的身心健康。
因此空氣源熱泵的使用是替代傳統(tǒng)的制冷機(jī)+鍋爐的建筑物空調(diào)、采暖、供熱模式，是改善城市大氣環(huán)境、節(jié)約能源的一條有效途徑。也是我國節(jié)能產(chǎn)品能利用一個(gè)新的發(fā)展方向。
1.3普通地源熱泵設(shè)備難以滿足市場需求
我國幅員遼闊，氣候多樣，因建筑物的地理位置功能等不同，采暖空調(diào)及熱水系統(tǒng)形式亦各不相同。并且隨著人們對環(huán)保和能源問題的重視，大量原有使用燃油、燃煤、燃?xì)獾儒仩t設(shè)備需要改造。而一些新上馬供熱系統(tǒng)工程，也主動尋找一些節(jié)能、安全、無污染的加熱設(shè)備安裝。
目前，空氣源熱泵技術(shù)作為供熱設(shè)備行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)，空氣源熱泵各類產(chǎn)品層出不窮。短短幾年時(shí)間，在我國的空調(diào)市場上已經(jīng)有數(shù)百家國內(nèi)外企業(yè)加入空氣源熱泵產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售競爭之中。但是，由于壓縮式制冷技術(shù)在工質(zhì)和冷凝溫度等的局限性，空氣源熱泵在制熱工況下的出水溫度一般最高只能達(dá)到55℃左右。這對于原來使用燃油、燃煤、燃?xì)獾儒仩t設(shè)備高溫用水的工程的改造以及一些特殊的行業(yè)（特別是工業(yè)上的如食品、電鍍、化工、屠宰等行業(yè)）需要高溫?zé)崴鳛樯a(chǎn)資源的工程項(xiàng)目。55℃的供水溫度已經(jīng)不能或不完全能滿足系統(tǒng)的使用要求，從而限制了空氣源熱泵這一經(jīng)濟(jì)節(jié)能的技術(shù)的推廣應(yīng)用。
高溫空氣源熱泵技術(shù)正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生，最高可達(dá)85℃的供熱出水溫度大大的拓展了空氣源熱泵技術(shù)的應(yīng)用范圍。
2高溫空氣源熱泵技術(shù)
2.1高溫空氣源熱泵的概念
高溫空氣源熱泵的“高溫”是相對于目前占市場主導(dǎo)地位的最高熱水出水溫度在55℃以下的空氣源熱泵產(chǎn)品而言，一般指環(huán)境溫度在10-15℃以上時(shí)，供熱溫度在60℃以上的產(chǎn)品，正常運(yùn)行出水溫度范圍在60—75℃，最高可達(dá)85℃?？梢詽M足大部分生活及工業(yè)熱水系統(tǒng)的水溫要求。雖然在供熱出水溫度上只有十幾度的提高，但對于熱泵技術(shù)來說卻是一個(gè)極大的突破，一般的空氣源熱泵機(jī)組在該工況下，性能會極大衰減甚至無法運(yùn)行，因此高溫?zé)岜卯a(chǎn)品對設(shè)備零部件的選擇和制冷劑的使用都有很高的要求，產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)方面的成本也很高。目前國內(nèi)市常上擁有合格高溫?zé)岜眉夹g(shù)和產(chǎn)品的企業(yè)寥寥無幾。
2.2高溫地源熱泵的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)
相對于輸出溫度55℃以下的空氣源熱泵技術(shù)，高溫空氣源熱泵在不改變設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的情況下，熱泵供熱溫度達(dá)到60℃以上，并保持較高的運(yùn)行效率和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，一般需要解決如下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
（1）壓縮機(jī)的選擇：目前熱泵設(shè)備常用壓縮機(jī)類型主要有螺桿壓縮機(jī)、全封閉渦旋壓縮機(jī)與半封閉活塞壓縮機(jī)等，經(jīng)過對不同類型壓縮機(jī)工作特性進(jìn)行比較研究，目前高溫空氣熱泵設(shè)備一般選用美國品牌3T工況谷輪全封閉渦旋壓縮機(jī)。
（2）工質(zhì)的選擇：為保證高溫?zé)岜迷O(shè)備在穩(wěn)定的可允許的工作壓力下運(yùn)用，采用特殊的制冷劑為工質(zhì)，換熱效率高并對環(huán)境無污染，對臭氧層無破壞作用；
（3）氟路系統(tǒng)控制的優(yōu)化：保證整體機(jī)組的長時(shí)間高溫穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命，并可根據(jù)環(huán)境溫度和出水溫度，自動調(diào)節(jié)高溫空氣熱泵設(shè)備運(yùn)行工作狀態(tài)和條件。
2.3高溫空氣源熱泵技術(shù)優(yōu)勢
商用和民用熱泵技術(shù)在國外已相當(dāng)普及，以其高效、節(jié)能、環(huán)保、利用可再生資源等眾多眾所周知的優(yōu)勢在近幾年得到了迅速的發(fā)展。目前市場上的熱泵設(shè)備主要低溫?zé)岜脼橹?，熱泵的輸出溫度低?/span>55℃，其主要缺點(diǎn)是出水溫度低，受到地區(qū)性和項(xiàng)目使用特性的限制，使用范圍不廣，高溫空氣源熱泵技術(shù)在這方面取得了一定的突破，其主要表現(xiàn)在于：
（1）輸出熱水溫度高：最高輸出熱水溫度為85℃。我國目前正在對城市燃煤采暖系統(tǒng)進(jìn)行改造，為了適應(yīng)原采暖系統(tǒng)的室內(nèi)末端設(shè)備，必須有較高的熱水溫度，高溫?zé)岜镁途哂羞@一特性；
（2）運(yùn)行費(fèi)用低。采用高溫空氣源熱泵設(shè)備，在20℃環(huán)境溫度下，產(chǎn)生75℃熱水，其費(fèi)用只是電加熱的40%，是燃油（氣）的60%。
（3）采用專用制冷劑，換熱效率高并對環(huán)境沒有污染，綠色環(huán)保。
2.4高溫?zé)岜眉夹g(shù)現(xiàn)狀和前景
目前，國內(nèi)外的熱泵產(chǎn)品主要以空氣源熱泵和水源熱泵為主，輸出溫度大于60℃，高溫空氣源熱泵在國內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)單位在研制生產(chǎn)，如順德科創(chuàng)達(dá)冷熱設(shè)備制造有限公司等，順德科創(chuàng)達(dá)冷熱設(shè)備制造有限公司于2005年初率先推出了最高出水溫度可達(dá)85℃的高溫空氣源熱泵機(jī)組。并在近幾年里在深圳、東莞、惠州等地已成功安裝了多項(xiàng)工程，涉及電鍍、干燥、化工等多個(gè)行業(yè)，取得了良好的運(yùn)行效果。
3高溫空氣源熱泵技術(shù)的應(yīng)用
3.1高溫空氣源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用形式
高溫空氣源熱泵技術(shù)作為一種高效、環(huán)保、節(jié)能的供熱制冷技術(shù)可以應(yīng)用于所有的采暖空調(diào)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)，并可以和其它新能源技術(shù)有機(jī)結(jié)合，提高綜合利用效率。目前，高溫空氣源熱泵在工程中的實(shí)際應(yīng)用主要有如下幾種形式。
（1）燃煤或燃油（氣）鍋爐改造。直接替代供熱鍋爐，具有占地少，工程量小，環(huán)保，安全，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢，可以直接接駁散熱其采暖系統(tǒng)而不需要改造末端系統(tǒng)，雖然一次投資高于普通供熱鍋爐，但因其運(yùn)行費(fèi)用僅相當(dāng)于燃煤鍋爐的60%，其增加的投資可以在3-5年內(nèi)收回；
（2）在一些特殊工業(yè)行業(yè)中的需用熱水溫度60℃以上的生產(chǎn)用水。如電鍍業(yè)，化工行業(yè)，漂染業(yè)等。
（3）與太陽能供熱系統(tǒng)的結(jié)合。目前太陽能越來越多的應(yīng)用到建筑熱水供應(yīng)和空調(diào)采暖系統(tǒng)之中，但是因?yàn)樘柲苜Y源的不穩(wěn)定性，基本上需要常規(guī)能源作為輔助，如采用電鍋爐、染油（氣）鍋爐輔助加熱。將高溫空氣源熱泵與太陽能結(jié)合用于建筑熱水供應(yīng)和采暖系統(tǒng)，一方面可以節(jié)省大量的能源費(fèi)用，減少對環(huán)境的污染，另一方面，對太陽能熱水的溫度要求降低，在滿足供熱溫度的同時(shí)極大的提高了太陽能集熱器的吸熱效率，減少集熱器的投資。
隨著新能源利用和節(jié)能建筑技術(shù)的進(jìn)一步推廣，建筑能耗逐漸降低，高溫空氣源熱泵的應(yīng)用空間將越來越大，將會出現(xiàn)更多的應(yīng)用形式。
3.2高溫?zé)岜眉夹g(shù)應(yīng)用實(shí)例
（1）高溫空氣源熱泵與太陽能等新能源的結(jié)合使用。
如廣州白云區(qū)某化裝品公司安裝的高溫?zé)崴こ獭?/span>
該工程每天需用15噸75℃的熱水,作為化工原料的溶劑使用?；趶V州地區(qū)一年四季日照充足，冬天氣溫較高的氣候特點(diǎn)，為使達(dá)到最佳的節(jié)能效果。采用以太陽能加熱為主，以高溫空氣源熱泵為輔的工程設(shè)計(jì)方案。
該設(shè)計(jì)方案配置2000支真空管規(guī)格為φ47×1500mm高效真空太能管，輔以兩臺13P的高溫空氣源熱泵。當(dāng)太陽光度不夠，造成太陽能部分的出水溫度達(dá)不到 75℃，系統(tǒng)就自動啟動高溫?zé)岜醚a(bǔ)充熱量，使水溫達(dá)到設(shè)計(jì)要求的75℃。
4高溫地源熱泵技術(shù)的發(fā)展
隨著各科研單位對高溫空氣源熱泵研究力度的深入和大量新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，高溫空氣源熱泵技術(shù)將不斷發(fā)展，其運(yùn)行效率、出水溫度、應(yīng)用范圍將會不斷的改進(jìn)，滿足各種方面的供熱需求。相信在不久的將來，在地源熱泵市場上將會有越來越多的產(chǎn)品供供熱空調(diào)設(shè)計(jì)師和用戶選擇。
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