集中供熱項(xiàng)目高溫水源熱泵應(yīng)用研究

穆鍇

（天津港生活服務(wù)中心，天津 300000）

高溫水源熱泵就是近期發(fā)展起來的一項(xiàng)解決余熱回收的有效技術(shù)，它利用各種工業(yè)廢水中的余熱來制取70～90℃熱水，可以直接用于供暖和普通工業(yè)加熱，我們利用高溫水源熱泵回收凝結(jié)水或地?zé)崴挠酂徇M(jìn)行二次加熱，使能源的熱量得到最大限度的利用，從而減少蒸汽或地?zé)崴?yīng)量，探索一條節(jié)能降耗的新途徑。

1 高溫?zé)岜眉夹g(shù)簡(jiǎn)介

熱泵是通過少量的高品位電能的輸入，經(jīng)過熱力循環(huán)，把熱能由低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用系統(tǒng)，整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節(jié)能特點(diǎn)。高溫水源熱泵是熱泵的一類，它利用各種工業(yè)廢水中的余熱來制取70～90℃熱水，可以直接用于供暖和普通工業(yè)加熱，它與制冷設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行原理是一樣的，主要有蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸取環(huán)境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節(jié)流→再蒸發(fā)的熱力循環(huán)過程，從而將廢水中的余熱轉(zhuǎn)移到供暖系統(tǒng)中，其工作原理如下：

2 高溫水源熱泵與其它熱泵技術(shù)的比較

目前，商用和民用熱泵技術(shù)在國內(nèi)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優(yōu)勢(shì)在近幾年得到了迅速的發(fā)展。隨著熱泵技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，其中主要包括地源熱泵、空氣源熱泵及海水源熱泵，很好地解決了局部小面積供暖、洗浴的問題。高溫水源熱泵是水源熱泵的一種，其應(yīng)用范圍、運(yùn)行工況、運(yùn)行成本都區(qū)別于其它熱泵，主要特點(diǎn)如下：

2.1 應(yīng)用范圍

一般熱泵機(jī)組由于壓縮式制冷技術(shù)在工質(zhì)和冷凝溫度等的局限性，在制熱工況下的出水溫度一般最高只能達(dá)到55℃左右。對(duì)于新建的建筑，可以在末端系統(tǒng)設(shè)計(jì)中按此溫度考慮。但是在單純更換主機(jī)的中央空調(diào)改造項(xiàng)目、散熱器采暖系統(tǒng)鍋爐改造項(xiàng)目、工業(yè)廢水余熱利用項(xiàng)目以及熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，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，高溫水源熱泵的最高出水溫度可以到達(dá)75℃，其應(yīng)用范圍更廣。

2.2 運(yùn)行工況

一般熱泵機(jī)組受熱源環(huán)境的影響，運(yùn)行工況不穩(wěn)定：空氣源熱泵會(huì)因?yàn)樘鞖獾淖兓?，降低機(jī)組的工作效率；地源熱泵會(huì)受到地下水腐蝕、水位下降和地埋管效率衰減的影響，造成熱泵機(jī)組制熱能力下降；海水源熱泵的換熱設(shè)備與海水直接接觸，海水會(huì)對(duì)設(shè)備造成比較大的腐蝕，而且受港口泥沙較多的影響海水的循環(huán)量可能逐年減少，熱泵機(jī)組的工作效率和使用壽命都會(huì)受到影響。高溫水源熱泵的熱源來源于天津港的蒸汽凝結(jié)水或地?zé)崴?，其溫度不受環(huán)境影響，而且一般對(duì)機(jī)組設(shè)備的腐蝕性小，機(jī)組的運(yùn)行工況穩(wěn)定，系統(tǒng)的工作效率高。

2.3 運(yùn)行成本

采用高溫?zé)岜貌膳到y(tǒng)由于利用的是工業(yè)廢水的余熱，屬于能源的回收再利用，可以不考慮熱源的成本費(fèi)用，其運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低；高溫?zé)岜霉┡到y(tǒng)可以直接使用鑄鐵散熱器，不用對(duì)供暖系統(tǒng)的末端進(jìn)行二次改造，不發(fā)生風(fēng)機(jī)盤管設(shè)備的投入、運(yùn)行、改造和維修費(fèi)用；凝結(jié)水對(duì)設(shè)備的腐蝕性較小，機(jī)組和管道不需要每年清洗防腐，因此，每年系統(tǒng)的保養(yǎng)和維修的費(fèi)用也相應(yīng)降低。

3 高溫水源熱泵的應(yīng)用方式

高溫地源熱泵技術(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)，充分利用能源，提高綜合利用效率。集中供熱項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生大量60℃以上的蒸汽凝結(jié)水，利用高溫地源熱泵回收蒸汽凝結(jié)水中的熱量向系統(tǒng)供熱，降低其排放溫度，提高能源利用率，減少地?zé)崴氖褂昧?。高溫水源熱泵的?yīng)用既可以單獨(dú)向供暖系統(tǒng)的一個(gè)部分供暖，也可以利用熱泵升溫后向整個(gè)系統(tǒng)供暖，參考系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：

4 高溫?zé)岜眠x型參考

相對(duì)于輸出溫度55℃以下的熱泵技術(shù)，高溫地源熱泵熱泵供熱溫度達(dá)到70℃以上，雖然在供熱出水溫度上只有十幾度的提高，但對(duì)于熱泵技術(shù)來說卻是一個(gè)極大的突破，一般的地源熱泵機(jī)組在該工況下，性能會(huì)極大衰減甚至無法運(yùn)行，因此高溫?zé)岜卯a(chǎn)品對(duì)設(shè)備零部件的選擇和制冷劑的使用都有很高的要求，并需要保持較高的運(yùn)行效率和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)備選型時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

4.1 壓縮機(jī)的選擇

由于高溫?zé)岜玫睦淠郎囟瓤蛇_(dá)70-90℃，相應(yīng)壓縮機(jī)的排氣溫度也會(huì)很高，國內(nèi)廠家無法達(dá)到要求，因此盡量選擇國外專業(yè)壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家的成熟產(chǎn)品。螺桿式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有閥片、活塞環(huán)等易損件，維修簡(jiǎn)單，使用可靠，因此熱泵機(jī)組壓縮機(jī)一般選擇螺桿式，降低排氣溫度對(duì)熱泵機(jī)組的影響。

4.2 熱泵機(jī)組性能的選擇

高溫水源熱泵機(jī)組的選擇上應(yīng)該充分考慮機(jī)組系統(tǒng)工作的額定運(yùn)行參數(shù)，冷凝壓力在2.4MPa 以下，以使目前大多數(shù)系統(tǒng)部件可以承受；蒸發(fā)壓力在0.1MPa 以上，以免在系統(tǒng)中形成負(fù)壓；機(jī)組整體工作能效比高，具有高的COP。機(jī)組的工質(zhì)應(yīng)選擇特殊的高溫制冷劑，對(duì)環(huán)境危害小，無毒、不可燃；并應(yīng)考慮系統(tǒng)潤(rùn)滑油的性能，保證壓縮機(jī)在高溫運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)變化，增加系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)和壓縮機(jī)的壽命。

4.3 循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)熱泵供暖系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮在不影響熱泵系統(tǒng)工作效率和供暖系統(tǒng)進(jìn)出水溫度的前提下，盡量降低進(jìn)入蒸發(fā)器熱水的溫度，使機(jī)組的工作溫度得到有效的控制，可以在蒸發(fā)器進(jìn)水端加裝溫度控制閥控制熱水流量，并應(yīng)用變頻循環(huán)水泵。如果條件允許高溫水源熱泵系統(tǒng)中采用多路獨(dú)立制冷循環(huán)系統(tǒng)，共用一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)，可以降低設(shè)備的冷凝工作壓力，增加系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)和壓縮機(jī)的壽命。

4.4 系統(tǒng)控制的選擇

熱泵機(jī)組的自動(dòng)保護(hù)是高溫?zé)岜脵C(jī)組控制系統(tǒng)非常關(guān)鍵的組成部分，自動(dòng)保護(hù)的內(nèi)容必須要有吸排氣壓力保護(hù)、油壓差保護(hù)、排氣溫度保護(hù)；對(duì)于蒸發(fā)器和冷凝器還應(yīng)設(shè)置水流開關(guān)及斷水自動(dòng)報(bào)警，保證制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。采用平均壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的優(yōu)化控制模式，保證整體機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間高溫穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命，根據(jù)熱源溫度調(diào)節(jié)高溫?zé)岜眠\(yùn)行工作狀態(tài)和條件。

5 結(jié)束語

高溫水源熱泵技術(shù)作為熱泵技術(shù)的一種突破，它的出現(xiàn)填補(bǔ)了熱泵技術(shù)的一項(xiàng)空白，進(jìn)一步拓展了熱泵技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。雖然目前國內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例也比較少，而且高溫水源熱泵技術(shù)還存在機(jī)組價(jià)格昂貴、設(shè)備配件的要求較高以及國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)還不成熟等問題，但是高溫?zé)岜迷诠I(yè)廢水余熱利用領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展空間，尤其在歐美石油企業(yè)的應(yīng)用非常普遍。我們以超前的意識(shí)研究高溫?zé)岜迷谔旖蚋鄣膽?yīng)用，充分提高資源的綜合利用效率，降低常規(guī)優(yōu)質(zhì)能源的使用，對(duì)于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

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