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热泵技术的发展现状与其展望

论文编号: 所属栏目:机械 发布日期:2020年06月01日 论文作者:知乎者也论文网

  热泵技术是近些年新崛起的新能源技术,我国热泵技术发展迅速,本文主要分析了热泵技术的发展背景,以及未来趋势。

  《》荣获全国高校科技期刊优秀编辑质量奖,是中国高校特色科技期刊。主要刊登电气、机械、动力、材料、电子、计算机、信息与控制、管理科学及数学、物理、工程力学等方面最新研究成果。

  1、前言

  近几年来,我国热泵发展很快,主要表现在如下几个方面。

  (1)据统计,1996年我国空调设备(指电动冷热水机组、吸收式冷热水机组、房间空调器以及单元空调机组,但不包括进口机组)的总制冷能力约为2000万kW,其中热泵型机组的制冷能力约占60%.在全部热泵型机组中,电驱动热泵容量约为1070kW,占90%;吸收式热泵容量约为130万kW,占10%.

  (2)近几年来,我国的吸收式制冷装置发展迅速。据统计,1996年销售的溴化锂吸收式制冷机约3000多台,其中直燃机1115台。

  (3)热泵在工业中的应用已见端倪,木材、食品(茶和水果)、陶瓷、造纸、印刷、石油和化工等工业生产过程已采用了蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵和电驱动热泵。例如,目前大约有400台热泵式木材干燥机正在运行,年处理能力约为200千立方米。

  2、热泵发展的背景

  2.1 能源政策

  我国一次能源年保有总量(不包括生物质能和新能源)为14亿吨标准煤,其中原煤14.6亿吨,原油1.7亿吨,天然气300亿立方米,水电2400亿kWh,核电250kWh,进口石油4-6亿吨,火电电力装机容量2.9-3亿kW(平均每年增加装机容量1500kW)。据1997年统计,我国电厂热效率为32.95%,电厂供热效率为83.68%,能源转换总效率为38.07%.采用热电冷三联供系统或称总能系统(TES——Total Energy System),燃气热泵(GEHP)后,通过热力学第一定律的热效率分析和热力学第二定律的效用率分析说明:由于利用废热,GEHP的综合利用可达到80%-85%;若通过轴动力传动热泵,利用了低位热能,故综合热效率可达到150%-170%.对于TES方式,实现热电冷三联供后,其综合利用率可达到65%-80%.《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术,促进了热泵事业的发展。

  2.2 环境保护政策

  采用热驱动热泵,CO2 排放量亦明显降低。通过改善热泵性能,降低工质泄漏与使用新工质,热泵将在环境保护上发挥更大的作用。

  2.3 建筑节能法

  实施《民用建筑节能设计标准》后,提高了建筑隔热保温性能,降低了建筑采暖能耗,结果是大幅度地降低了热泵采暖方式的年运行费用,增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。

  2.4 城市能源结构的改变

  大中城市人口集中,能源消耗量大,污染问题最突出,因此,必须实施国家能源政策,改善能源结构,提倡使用清洁优质能源,限制煤炭的使用,这就为热泵的应用创造了条件。

  2.5 能源价格的调整

  3、热泵技术发展的展望

  3.1 热泵技术的现状

  所有型式的热泵都有蒸发和冷凝两个温度水平,节流采用膨胀阀或毛细管。只是压力的增加有不同的形式,主要有机械压缩式,热能压缩式、喷射蒸汽压缩式。

  目前我国热泵发展有三种趋势:

  风冷热泵型热水机组发展迅速,1996年比1995年增长近二倍。

  直燃式溴化锂冷热水机组发展较快,占全部溴化锂吸收式热水机组的56%.

  房间空调器比重最大。热泵型窗式、分体式和10kW冷量以下的单元空调机占总冷量的45%.但技术上存在以下几方面的问题:

  风冷热泵型机组存在体型较大,噪声较高,除霜技术尚不完善等问题。主要应用风冷热泵的地区是长江流域,该地区夏季闷热,冬季湿冷,1月份平均气温0℃-10℃,相对湿度大于75%.因此,要求热泵必须适应0℃以下低温高湿气候环境。

  吸收式溴化锂制冷机组效率偏低。

  房间空调器存在噪声污染、热污染(大量电机功率转化的热量排入住宅)和制冷剂污染,特别是(分体式空调机安装和使用时的泄漏)。1996年我国大约安装300万台分体机和40万台单元空调机,以每台安装时的排放量为50g计算,则泄漏总量达170t/年。

  3.2 热泵技术发展的展望

  技术发展总趋势是发展高效率的供热、供冷热泵和超级热泵系统。

  3.2.1 机械压缩式热泵的发展

  (1) 制冷剂侧的热泵控制。

  (2) 压缩机能量控制。

  (3) 压缩机设计 .

  (4) 新工质技术。

  3.2.2 吸收式热泵和吸收式热变换器

  3.2.3 压缩-吸收式热泵