关于热泵技术及其应用的综述

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世界新能源-地热能网　2006-5-11　访问人数:　【字体：小大】

2、土壤-水热泵系统

　　土壤-水热泵（下称土壤热泵）可利用低品位的土壤热能提供热水或向建筑物供暖。美国、德国及瑞典等北欧国家，已有上万台此类热泵装置在运行，土壤热泵技术已趋成熟，并迅速地加以推广使用。目前正在制订土壤热泵用于供暖的技术规范。

天津商学院制冷技术研究所高诅锟介绍了无污染、低品位的土壤热源热泵实现冬季供暖的技术，提供了土壤热交换的设计参数和室内供暖的匹配方法，并指出，与空气热源热泵的全年电费相比较，土壤热源热泵节电10％～12％。

　　房间供暖一般只需要较低的温度，从的观点来看，用煤的高品位化学能取暖是很大的浪费，而且煤是很多产品的宝贵原料。而利用土壤热泵提供的40～45℃热水供暖（尤其是地板供暖）则把本来难以利用的低品位、无污染的能源利用起来，是节能的途径之一。

冬季土壤热源的温度不仅高于空气，而且较为稳定，如在天津市和河北省地区，在整个供暖期，地下1.6m深处土壤温度在13～10℃之间变化。空气热源的温度则不可能这样稳定，而且空气热泵不适于在7～-4℃范围内工作，它需要复杂的除霜装置，如空气热泵在外界温度-4℃以下工作时，蒸发温度较低，热泵性能系数明显下降。

　　在供暖季末期，由于供暖负荷的减少和土壤供热量的降低，土壤热泵的输出与负荷有较合适的匹配。冬季热交换器盘管附近土壤的湿润和结冰能为热泵提供附加热量。夏季可以将土壤热泵转换为空调运行工况，可以达到节水目的，同时为冬季供暖贮热。在其它季节里可以提供生活用热水。

根据本文提供的参数，可以很快地进行设计计算。如已知供暖面积F2，选择热交换器型式所对应的匹配系数n，可以立刻知道土壤热泵系统各设备的负荷及土壤热交换器的占地面积及其结构和尺寸。

　　在自然界和工业废汽、废热、废水中，低品位热源不少，往往未加利用，从观点分析，它们是冬季供暖的合适热源。土壤热泵可以把低品位的土壤热能利用起来，其性能系数可达2.5～3.0，是有效的节能技术。

　　从年度电费上与空气热泵相比，土壤热泵可以节省电费10％～12％（注：年度电费比较是土壤热泵、空气热泵夏天用于空调、冬天用于供暖时全年用电费用比较）。

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3、太阳能-水源热泵空调系统

　　太阳能水源热泵系统由三部分组成，即太阳能集热系统、水源热泵系统和热水供应系统。其系统是将建筑物的消防水池作为蓄水供应系统。以解决太阳能的间歇性和不稳定性。当环路水温高于35℃时，水源热泵空调系统同消防水池断开，冷却塔投入运行，当环路水温在15~35℃之间时，太阳能作为冷却塔停止运行，生活热水供应的热源收集的太阳能用来加热生活用水；当环路水温低于15℃时，环路与消防水池连通，太阳能水源热泵空调系统吸收太阳能。若仍有多余的太阳能时，可继续加热生活用水。

　　作者对哈尔滨、上海、乌鲁木齐等六城市应用该系统进行了详尽的模拟计算和预测分析，得出了如下结论：

（1）太阳能水源热泵空调系统是一种节能系统，应用前景广阔。其系统拓宽了水源热泵空调系统的应用范围，使目前内部余热小或无余热的建筑物也可采用水源热泵空调系统节能。

（2）初步得到太阳能水源热泵空调系统在我国各地的应用运行情况，并分别指出，对于不同的热源设备形式及能源形式，该系统在各地区的运行能耗情况和节能特性。

（3）在我国大部分地区运用太阳能水源热泵空调系统，都会收到良好的节能效果，尤其是对于年太阳辐射总量较高，冬季日照率高的地区，该系统是一种理想选择。

空调所郑瑞澄根据全玻璃真空管太阳能集热器的热性能和上海、南京、武汉、济南四地的太阳能辐射资源，通过计算得出了太阳能水源热泵空调系统，该四地所需的太阳能集热器面积，经效益分析，以供暖面积100m2的水源热泵机组为计算对象，太阳能集热系统运行100天可节约的常规能源量为上太阳能集热系统供应生活热水（以住宅建筑面积100m2为例）可节约的年常规能源为天然气636.5Nm3，电5550kwh。以现阶段太阳能集热系统平均200元/m2和北京现行电价计算，太阳能利用增加的投资可在6年左右回收，之后的节能费用，即是用户的净效益。

4、热泵复合热电冷三联产的系统优化分析

　　随着能源供需矛盾的日益突出，能源的综合利用得到国内外广泛关注，从热电分产到热电联产乃至热、电、冷三联产的提出和运用，无不说明人们对节能进行了有益的探索，而实践证明，这些研究带来了较好的经济效益和社会效益。

热电分产就是供电和供热相互独立的供电供热方式，由于这种系统的经济性差，不利于能源的分级利用而逐渐发展为热电联产，在热电联产系统中较高参数的蒸汽首先用来作功发电，然后用汽轮机的排汽和抽汽供热，这样就减少有用功的损失，达到能源分级利用的目的，从而使有用功效率得到提高。随着生活水平的提高，夏季供冷、冬季供热的要求越来越强烈，而集中供热供冷由于它的优越性而偌受青睐，另外在热电联产中，由于夏季热负荷的降低，汽轮机抽汽量减少，整个系统的经济性下降，所以进一步发展成热、电、冷三联产系统。所谓热、电、冷三联产是指锅炉产生的蒸汽通过汽轮机发电做功后，汽轮机的排汽和抽汽作为吸收式制冷机的工作蒸汽，这样提高了夏季汽轮机的抽汽份额，同时也向用户提供了所需的冷量，从而大大减轻了空调制冷负荷对电网的压力，缓解了用电高峰的峰值负荷。另一方面，从环保角度上考虑，由于热、电、冷三联产一般不采用CFC工质，不破坏臭氧层，而且三联产系统充分利用品质较差的低位热源而不象压缩机制冷一样需高品质的电能，这样更有利于提高能源的综合利用率，但目前的热、电、冷联产系统从整个系统的优化方面考虑是有潜力可挖的，本文通过对目前的热、电、冷三联产系统的分析，提出用蒸喷式热泵以及吸收式冷热机组对热、电、冷三联产系统的优化方案，并对其优化效果进行分析。

　　东南大学动力系张小松等通过对热、电、冷三联产的系统分析，提出用蒸喷式热泵以及吸收式冷热机组对热、电、冷三联产系统的优化方案，并对其经济性进行分析，通过对CC25-8.83/0.98/0.12机组的系统进行实例计算，可知优化后在相同的供热条件下该机组的联产系统发电量增加5.2％。

　　文中讨论了直接抽汽供热、供冷的热、电、冷三联产系统的原理，热泵优化热、电、冷三联产系统，对蒸喷式热泵对三联产系统的优化、吸收式冷热机组对三联产系统的优化进行研究，得到如下结论：

（1）目前的热、电、冷三联产常规系统在供热经济性方

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