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高温热泵技术及其在工程中的应用
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内容提示：简介 本文重点介绍了我国地源热泵技术的现状和出水温度在60℃以上的高温地源热泵技术的特点和研究情况，并通过几个典型的工程实例介绍了高温地源热泵技术在工程中的实际应用情况。
简介： 本文重点介绍了我国地源热泵技术的现状和出水温度在60℃以上的高温地源热泵技术的特点和研究情况，并通过几个典型的工程实例介绍了高温地源热泵技术在工程中的实际应用情况。（参考《建筑中文网》）
关键字：高温热泵 地源热泵 节能
1 技术背景
1.1 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。
1.2 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，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（源）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（源）能利用一个新的发展方向。
地球浅表层（<400m）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（源）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（流量、温度）、使用方便、不受地域限制等优点。
地热（源）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（源）能已是社会发展的必然趋势。
北京2008年奥运会，将以“科技奥运、绿色奥运、人文奥运”为宗旨，环境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（源）能为奥运会会馆场所提供热、冷，这无疑给地热（源）的开发利用提供了一个良好的契机。
1.3 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2.1 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（水）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。
2.2 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（地源）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。
（1）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；
（2）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，对环境无污染，对臭氧层无破坏作用；
（3）循环系统的设计：采用多路独立制冷循环系统，共用一个水循环系统，降低了设备的冷凝工作温度和压力；
（4）在设备内部增设一特殊换热装置（经济器），增加设备运行时的稳定性；
（5）系统控制的优化：采用平均压缩机运行时间的优化控制模式，保证整体机组的长时间高温稳定运行和使用寿命，并根据地源温度和冬季热源温度，调节高温热泵运行工作状态和条件。
2.3 高温地源热泵技术优势
商用和民用热泵技术在国外已相当普及，以其高效、节能、环保、利用可再生资源等众多众所周知的优势在近几年得到了迅速的发展。目前市场上的热泵设备主要以风冷热泵和常温地源热泵为主，热泵的输出温度低于55℃，主要以R22为工质，其主要缺点是出水温度低，受到地区性和项目使用特性的限制，使用范围不广，高温热泵技术在这方面取得了一定的突破，其主要表现在于：
（1）输出热水温度高：最高输出热水温度为75℃。我国目前正在对城市燃煤采暖系统进行改造，为了适应原采暖系统的室内末端设备，必须有较高的热水温度，高温热泵就具有这一特性；
（2）运行费用低。采用高温热泵采暖系统，一个冬季供暖费（4个月）13.2元/平方米，接近燃煤采暖费用，比燃油（气）采暖费用低约40%。
（3）采用专用制冷剂，对环境没有污染，绿色环保。
（4）一机多用，可满足不同用户的空调、采暖、制备生活热水的要求。
2.4 高温热泵技术现状和前景
目前，国内外的热泵产品主要以风冷热泵和地源热泵为主，输出温度大于60℃，以地源或低温地热水（50℃以下）为热源的高温地源热泵在国内只有少数几个单位在研制，如中科院广州能源研究所、天津大学、清华大学等，广州能源研究所以于2001年初率先推出了最高出水温度可达75℃的高温地源热泵机组（如图1、图2所示），并在近两年里由其下属公司—北京中科能能源高科技有限公司在北京、广州等地成功实施了十余个工程项目，涉及空调采暖、散热器采暖、热水供应、地热尾水热回收利用等多种形式，取得了良好的运行效果。
图1-广州能源研究所研制的高温地源热泵机组 图2- 高温地源热泵机组内部构造
随着国民经济迅速发展和人民生活水平的提高，采暖、空调、生活用热的需求越来越大，是一般民用建筑物用能的主要部分。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。高温热泵是一种高效节能环保设备，与燃油（气）锅炉采暖系统相比节能达40%，高温热泵以绿色环保制冷剂为工质，除用少部分电能外，采暖、供热的热量主要来自于吸收了约47%的太阳能的地下水或土壤、江河湖水，由于实行封闭循环，因此，整个系统无有害物质排放，高温热泵技术解决了普通热泵出水温度低的问题，更加适合用于建筑物采暖、空调、供热热水系统，替代供热锅炉，有效改善城市的生态环境，减少由于使用燃煤、燃油锅炉引起的有害气体的排放，提高大气环境质量，减少因有害物质引起人们疾病的发生，充分利用可再生资源和节约常规优质能源有利于社会的可持续发展。可见高温热泵技术具有良好的经济效益和社会效益，其市场前景广阔。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200612/8740.htm
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