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热泵技术从原理到项目应用

所属分类:行业资讯    发布时间: 2020-05-13    作者:江苏逸佳冷暖工程有限公司
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前言:在上周的综合能源关键技术系列文章中,为大家介绍了高效的供热设备冷凝锅炉,今天的主角是清洁供暖/冷领域受到国内外广泛认可和推广的热泵技术,不仅安全环保,热源选择灵活,而且高效节能,应用场景覆盖工商业和居民住宅,对能源转型的推进也大有助力。虽然热泵技术的发展有一些制约因素,但综合来看市场仍旧处于不断扩张的阶段。本文将从各个角度为大家展开介绍节能减排的关键技术——热泵技术

一、技术原理简介

热泵技术的原理是利用热循环过程,将低温热源,例如室外的空气,循环水或地面的热能,传递到高温物体中,用来加热水或采暖。为了将低温热源中的能量传递到高温热源,热泵需要来自外部的驱动能,可以是电能也可以是热能,流量温度越高,驱动能需求越大。而热泵制冷管道中的特殊阀门可使循环反向进行,因而同一设备不仅可以加热也可以制冷。


按照工作原理分类

     常见的热泵可分为压缩式热泵和吸收式热泵两大类。这两大类热泵,根据升温(压)设备的不同,又各自分为多个子类。

     对于压缩式热泵,以制冷剂作为媒介,制冷剂在特定压强下汽化温度低,在低温时即可汽化,故此,它与外界温度存在着温差,冷媒吸收了外界的温度后汽化,通过压缩机压缩制热,变成高温高压气体,再经热交换器与水交换热量后,经膨胀阀释放压力,回到低温低压的液化状态,通过制冷剂的不断循环并与水交换热量,将水罐中的水加热。


     而吸收式热泵,是一种以热能为动力,利用溶液的吸收特性来实现将热量从低温热源向高温热源的泵送的热泵设备。吸收式热泵中,不需要压缩机,取而代之是吸收器和发生器两个热交换设备。这两个设备所起的作用,相当于蒸气压缩式热泵系统中的压缩机的作用,因此,常把热泵中吸收器和发生器及其附属设备所组成的系统,称为“热压缩机”。


按照热源分类

热泵可分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵等。

空气源热泵:空气源热泵在运行中,蒸发器从空气中的环境热能中吸取热量以蒸发传热工质,工质蒸气经压缩机压缩后压力和温度上升,高温蒸气通过黏结在贮水箱外表面的特制环形管时,冷凝器冷凝成液体,将热量传递给空气源热泵贮水箱中的水。

水源热泵:地球表面浅层水源(一般在1000 米以内),如地下水、地表的河流、湖泊和海洋,吸收了太阳进入地球的相当的辐射能量,并且水源的温度一般都十分稳定。水源热泵技术的工作原理就是:通过输入少量高品位能源(如电能),实现低温位热能向高温位转移。水体分别作为冬季热泵供暖的热源和夏季空调的冷源。

地源热泵:地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能,包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。地源热泵通过输入少量的高品位能源(如电能),实现由低温位热能向高温位热能转移。地能分别在冬季作为热泵供热的热源和夏季制冷的冷源。


二、热泵发展历史

热泵世界发展史

     1824年,法国物理学家萨迪卡诺发表论文提出“卡诺循环”理论(压缩式热泵)。185年,英国科学家开尔文(L.Kelvin)提出,冷冻装置可以用于加热,将逆卡诺循环用于加热的热泵设想,..正式热泵系统的概念出现。

     20世纪20年代热泵进入初期发展阶段。1912年瑞士的苏黎世成功安装了一套水源热泵系统,预示着世界上..套热泵系统面世。1924年空气源热泵技术发明面世。1927年英国苏格兰安装了..台空气源热泵并试验其运行情况。该台热泵以空气为热源作热水供应和采暖使用。

      20世纪40-50年代热泵进入了迅速发展期,各种家用及商用热泵得以研发并进入市场。这期间出现了多款具有代表性的热泵装置,欧洲1937~1941年应用至学校、医院、办公室和牛奶场等各种热泵装置。

     上世纪70年代各个国家纷纷加大对热泵的研发力度,制定了多样发展计划,开拓热泵更广泛的使用用途及技术,至此热泵进入发展黄金时期。日本、瑞典和法国等国家注重生产以室外空气为热源的小型家用热泵,英国和德国更注重把大型热泵装置用于大型商业和公共建筑物的热回收系统中。

     1971-1976年美国热泵产量从8.2万套增至30万套,1977年日本热泵年产量超50万套,澳大利亚、英国、法国、北欧、新加坡等国家产量成倍增长。


热泵中国发展史

     热泵发展历史虽长,但中国热泵的发展却相当滞后,直到20世纪80年代热泵才得到发展和研究。90年代国家积极引进国外热泵技术和先进生产线,开始大力开发适合国情的热泵装置和热泵系统,我国热泵行业在理论研究、实验研究、产品开发、工程应用等方面取得丰硕成果,并逐步形成了完整的热泵工业体系。

      进入21世纪以后,我国热泵技术不断创新。热泵理论研究的深度与广度不断加大,对空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵和水环热泵空调系统等进行了系统研究。近年来因国家煤改电、节能减排等政策推动,人们对环保节能产品的追求,空气能热泵技术的成熟,热泵自然冷媒、变频技术等创新突破,应用广泛的热泵在中国开辟出自己的一席之地,迎来发展春天。


三、技术优势

        在新型供热技术中,热泵是非常杰出的代表。相比其他供能设备,热泵.显著的优势就是其节能环保,热泵热效率全年可以达到300%以上,而锅炉的热效率不会超过....。


热泵技术——从原理到项目应用

图7:热泵效率图

      因此,热泵不仅可以大大减少转化过程中的能耗损失,而且可以变少为多。此外,因为热泵的种类繁多,根据需求和应用场景的不同,可选择.适合的热泵产品,如:

· 吸收式热泵实现工业余热的回收利用或在冷热电三联供系统中作为冷热供应设备。

· 压缩式电热泵可通过光伏+热泵(制冷)模式,实现点转热(冷),消纳新能源。


此外热泵还有以下优点:

1、适用范围广:热泵适用温度范围根据产品的不同,适用范围十分广,有低温热泵与高温热泵之分。

2、安装方便:热泵占地空间很小,通常可直接接保温水箱或与供暖管网连接,适合于大中城市的高层建筑以及大型中央供热。采用多台机组并联的安装模式,当用户量增大时,可随时增添设备。

3、运行费用低:与燃油,燃气锅炉比,全年平均可节70%的能源,加上电价的走低和燃料价格的上涨,运行费用低的优点日益突出。

4、运行安全,无需值守:与燃料锅炉相比,运行安全,而且容易实现智慧运维,无需人员值守,可节省人员成本。