熱泵供熱系統(tǒng)

熱泵技術(shù)就是在高位能的推動(dòng)下，將熱量從低位熱源流向高位熱源的技術(shù)。也就是說，把不能直接利用的低品位的熱源如空氣、土壤、水、太陽能、工業(yè)廢熱等熱源轉(zhuǎn)化為可利用的高位能熱源，從而達(dá)到部分節(jié)約一次性如煤、石油、天然氣、電等高位能源的技術(shù)。熱泵因其低溫?zé)嵩捶N類不同，其工作原理也有所區(qū)別。

熱泵供熱系統(tǒng)地下水熱泵系統(tǒng)

地下水熱泵系統(tǒng)就是將地下水井內(nèi)的地下水抽出送人熱泵機(jī)組，與熱泵的工作介質(zhì)進(jìn)行熱量交換后再通過回灌井回灌到原來的地層中去。抽水井和回灌井的數(shù)量，由設(shè)計(jì)負(fù)荷、需水量大小、地下水出水能力和回灌能力確定。其抽灌中的形式有一抽一灌、一抽多灌、多抽多灌及抽灌合一等多種形式。

熱泵供熱系統(tǒng)地表水熱泵系統(tǒng)

地表水熱泵系統(tǒng)就是將江、河、湖泊的水在循環(huán)水泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過處理直接流經(jīng)熱泵機(jī)組或通過中間換熱器進(jìn)行熱交換的系統(tǒng)為開式系統(tǒng)，將封閉的換熱盤管按照特定的排列方式放入具有一定深度的地表水中，傳熱介質(zhì)通過換熱管管壁與地表水進(jìn)行熱躉換的系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)。

熱泵供熱系統(tǒng)土壤源熱泵系統(tǒng)

土壤源熱泵系統(tǒng)就是以大地土壤為熱源將熱泵的換熱器埋在地面以下，利用熱泵的循環(huán)液體與大地土壤進(jìn)行冷熱交換的系統(tǒng)。可以分為水平埋管、垂直埋管及蛇形埋管等形式。

熱泵供熱系統(tǒng)空氣源熱泵系統(tǒng)

空氣源熱泵系統(tǒng)就是利用專用的工質(zhì)吸收環(huán)境大氣中的熱量而汽化，通過壓縮機(jī)壓縮升溫，變成高溫高壓氣體，再經(jīng)過換熱器與待加熱的水交換熱量而冷卻，最后經(jīng)過膨脹閥釋放壓力回到低溫低壓的液態(tài)。熱泵如此通過制冷劑的不斷循環(huán)與待加熱水交換熱量將水加熱。其能效比(COP值)可高達(dá)2．0～5．0。同時(shí)在運(yùn)行中不釋放附加熱能，不排放有害物質(zhì)，工質(zhì)與被加熱水完全分開，不會(huì)造成二次污染，故屬于節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。

1．地源熱泵系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)之前，應(yīng)進(jìn)行工程場地狀況調(diào)查，并應(yīng)對(duì)淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行勘察。具體勘察內(nèi)容和要求，應(yīng)按《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 50366--2005的規(guī)定執(zhí)行。

1)根據(jù)工程勘察報(bào)告，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是否采用地?zé)釤岜孟到y(tǒng)，以及采用哪種低溫?zé)嵩捶N類的熱泵系統(tǒng)。

2)游泳池池水加熱系統(tǒng)不得采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

3)游泳池池水加熱系統(tǒng)采用水源熱源系統(tǒng)時(shí)，水源供水量必須充足。水質(zhì)滿足熱泵機(jī)組要求，否則應(yīng)采取有效的凈化處理措施。如水源為地下水時(shí)，應(yīng)采取可靠的回灌措施，將換熱后的地下水回灌到同一含水層且不得污染地下水資源，嚴(yán)禁將換熱后的地下水直接排放。

2．游泳池一般都建在城市，利用水源熱泵或土壤源熱泵，尚有一定的條件限制。列設(shè)有集中空調(diào)系統(tǒng)的大型游泳中心及酒店游泳池，可采用循環(huán)冷卻水或冷凍水作為水源熟泵的熱源。

3．空氣源熱泵系統(tǒng)由于它的熱源是空氣中的熱能，它的熱效率是隨著環(huán)境溫度的升高而增加，隨著環(huán)境溫度的降低而降低。因此，應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)氐臍鉁剡M(jìn)行仔細(xì)分析，并通過對(duì)設(shè)備初次投資、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用、管理費(fèi)用、環(huán)境保護(hù)等方面因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后，以確定采用哪一種空氣源熱泵系統(tǒng)。

熱泵的理論起源于19世紀(jì)早期卡諾的著作之中，1852年開始研制熱泵，本世紀(jì)20～30年代取得較快的發(fā)展，1943年世界上大型熱泵的數(shù)量已經(jīng)很多。但在60年代，電熱器的低費(fèi)用對(duì)人們吸引力增大，而熱泵則因其可靠性低和設(shè)備費(fèi)用高而被停頓、拋棄。70年代，資本主義世界的能源危機(jī)使人們廣泛認(rèn)識(shí)到礦物燃料的有限性，熱泵又以回收低溫廢熱，節(jié)約能源的特點(diǎn)，經(jīng)改進(jìn)后重返舞臺(tái)。

熱泵從周圍環(huán)境吸取熱量，并把它傳遞給被加熱對(duì)象 (溫度較高物體)，其原理與制冷機(jī)相同，都是按熱機(jī)的逆循環(huán)工作，只是工作溫度范圍不同。熱泵的驅(qū)動(dòng)能源包括燃料能和電能、熱能和機(jī)械能。由內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，有明顯的節(jié)能效果。隨著核電站的發(fā)展，以單相、三相交流電驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī) (小型熱泵) 或離心式壓縮機(jī) (大型熱泵)，將逐漸普及。也可用集中供熱工種中熱能，蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)等。

按熱泵的驅(qū)動(dòng)方式，分為4種： 機(jī)械壓縮式，通過消耗機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)完成熱力循環(huán)達(dá)到熱能的轉(zhuǎn)移； 蒸氣噴射式，蒸氣在噴射器中消耗熱能并取低溫?zé)嵩礋崃抗? 吸收式，通過吸收器消耗熱能完成熱能轉(zhuǎn)移; 溫差電熱式，又稱為熱電勢(shì)泵或珀?duì)柼麩岜?，是基于珀?duì)柼?yīng)原理，pn結(jié)電偶消耗電能完成熱能轉(zhuǎn)移。熱泵可回收100℃以下的廢熱，是高效利用低溫?zé)崮艿墓?jié)能設(shè)備，現(xiàn)已應(yīng)用在采暖、空調(diào)、烘干、除濕、干燥等方面。壓縮式供熱系統(tǒng)(如圖1)，

低沸點(diǎn)工質(zhì) (如氟利昂) 通過節(jié)流閥后在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，經(jīng)壓縮機(jī)提高溫度和壓力后送入冷凝器放熱，凝成液體的工質(zhì)通過節(jié)流閥再進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)，如此不斷循環(huán)供熱。熱泵的低溫?zé)嵩赐ǔＪ黔h(huán)境介質(zhì)，如空氣、地下熱水和生產(chǎn)過程的廢氣、廢水、廢油等。衡量熱泵性能的主要技術(shù)指標(biāo)是熱量變換系數(shù)為Q1/N，其中Q1是向高溫物體供熱的速率，N為壓縮機(jī)等消耗的功率?？梢钥闯鲈诠釡囟容^高而低溫?zé)嵩礈囟容^低的情況下，用熱泵供熱是不經(jīng)濟(jì)的； 壓縮式熱泵也不宜于電力不足或電費(fèi)較高的情況下使用。近年來正開發(fā)研制一種新型節(jié)能熱泵——化學(xué)熱泵，它是利用化學(xué)現(xiàn)象(如化學(xué)反應(yīng)、吸附濃度差等)的熱泵，利用可逆熱化學(xué)反應(yīng)向用戶供熱，是很有發(fā)展前途的節(jié)能型產(chǎn)品。

地源熱泵系統(tǒng)主要分三部分：室外地能換熱系統(tǒng)、地源熱泵機(jī)組和室內(nèi)采暖空調(diào)末端系統(tǒng)。其中地源熱泵機(jī)組主要有兩種形式：水-水式和水-空氣式。三個(gè)系統(tǒng)之間靠水或空氣換熱介質(zhì)進(jìn)行熱量的傳遞，地源熱泵與地能之間換熱介質(zhì)為水，與建筑物采暖空調(diào)末端換熱介質(zhì)可以是水或空氣。

地源熱泵機(jī)組主要由壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥四部分組成，通過讓液態(tài)工質(zhì)(制冷劑或冷媒)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，從而將環(huán)境里的熱量轉(zhuǎn)移到水中。壓縮機(jī)起著壓縮和輸送循環(huán)工質(zhì)從低溫低壓處到高溫高壓處的作用，是熱泵(制冷)系統(tǒng)的心臟; 蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，它的作用是使經(jīng)節(jié)流閥流入的制冷劑液體蒸發(fā)，以吸收被冷卻物體的熱量，達(dá)到制冷的目的;冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走，達(dá)到制熱的目的;膨脹閥對(duì)循環(huán)工質(zhì)起到節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)工質(zhì)流量。

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機(jī)所消耗的功(電能)起到補(bǔ)償作用，使循環(huán)工質(zhì)不斷地從低溫環(huán)境中吸熱，并向高溫環(huán)境放熱，周而往復(fù)地進(jìn)行循環(huán)。地源熱泵系統(tǒng)如圖2所示。

構(gòu)造特點(diǎn)本文專門介紹可調(diào)式蒸汽噴射熱泵的研究成果。分析可調(diào)式熱泵和常規(guī)熱泵的構(gòu)造特點(diǎn)，介紹了采用可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)改造國外引進(jìn)裝置的熱力流程和采用可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)用于大型紙機(jī)的干燥部替代常規(guī)熱泵供熱運(yùn)行的實(shí)例。

可調(diào)式蒸汽噴射熱泵可以廣泛的用于供熱系統(tǒng)和工藝流程中，替代傳統(tǒng)的常規(guī)供熱系統(tǒng)，替代蒸汽節(jié)流減壓回收廢熱蒸汽，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，使蒸汽熱能數(shù)量和品位都得到充分合理的利用。