热泵的应用.doc

1、热泵的应用1 热泵在工业上的应用1）系统目前，在工业领域当中只有较少的热泵得到运用。但，随着环境要求的逐步的提高，工业热泵变成一种可以用来减少散发，提高效率以及在制冷过程中限制地下水过多使用的重要的技术。在总的工业流程中，能效的提高是通过综合处理由热力状态来完成的。因此，为了确保热泵在工业中的充分利用，这就需要合理、全面的处理。挤压分析是综合处理中的一种重要的方法，这种技术能表现出处理热的趋势和鉴定热回收的可行性，可行性包括改善热交换网络和热泵。挤压式分析对大型复杂的综合控制过程是特别有效的，并且是一种一个挑选适合的热泵的机会。在工业应用上，热泵已经在运行能源的形式、型号、控制条件、热源和应用

2、方式上等许多方面都发生了很大的变化。热泵各个组成部分通常是为了一个特殊的应用而设计的，因此热泵也是独特的。工业热泵的主要形式有：机械蒸汽压缩系统（MVRs） ，可分为开式和半开式热泵系统。在开式系统中，来自工业过程的蒸汽被压缩到高温高压，并且在同样的过程中冷凝放热。在半开式系统中，来自压缩蒸汽的热量被传递到一个热交换机中。因为减少一个或两个热交换机（蒸发器和/或冷凝器）只能得到很小的温升，但是 MVR 系统却有较高的性能，性能系数（COPs）可达 1030。通用的 MVR 系统的工作热源温度在 7080 oC，释放的热量在 110150 oC，在特定情况下能达到200 oC。水是最普通的“工作

3、流体” （即压缩过程蒸汽） ，虽然在另一些过程蒸汽也被用，特别是在化学工业中最为明显。闭式循环压缩热泵在热泵技术这一部分介绍。当前提供的最大工作流体温度为 120 oC。吸收式热泵在工业上没有得到广泛的应用，但是一些专家已经意识到从废弃的焚化植物中取得热量，尤其是在瑞典和丹麦。当前水/溴化锂系统工作部分的输出温度能达到 100oC 并且有 65oC 的温升。有代表性的 COP 范围是1.21.4。最近研制出的先进的吸收式热泵系统具有更高的输出温度（达到260oC）和更高的温升。热交换器（型）和吸收式热泵的组成部分和工作原理是一样的，都通过热交换器，实质上不需要外部的驱动能。中间温度（即在要求的

4、标准和环境标准之间）的废热可以用来提供给蒸发器和发生器。有用的高温热在吸收器中放出。当前所有的系统都能够用水和溴化锂来作为工质。这些传热装置能达到一个 150 oC 的传递温度，50 oC 的温升。在这些条件下的 COP 的范围在0.450.48 之间。布雷顿热泵循环可以在许多过程中的蒸汽中回收溶剂。载有空气的溶剂先被压缩然后释放。空气通过发生器得以冷却，溶剂被冷凝和被回收。然后再把溶剂在涡轮机里膨胀（传统的制冷，冷凝和溶剂回收的综合） ，使涡轮机驱动压缩机。2）应用工业热泵主要用于：1）空间加热2）过程处理的供热和制冷3）用业洗涤、公共卫生、清洁用的水加热4）蒸汽生产5）干燥/除湿6）蒸发7

5、）蒸馏8）浓缩当在干燥、蒸发、蒸馏过程中使用热泵时，热量可以在此过程中被循环利用。而在空间加热，过程加热和蒸汽生成的热能，在 20100 oC 之间的热源被热泵利用。在工业中大部分废热物是冷水、流出物、冷凝物、湿气和来自冷藏车间的冷凝热。由于提供的废热的波动，必须用较大的储藏箱去储藏这些热量，才能确保热泵的稳定运行。1）空间加热：热泵能利用传统的热源来给温室和工业建筑供热，或者也可以重新利用那些不能被直接利用的工业废热，并且提供一个低于中间温度的热，直接或间接地用于空间加热。这种方式主要被闭式压缩电热泵运用。 2）过程处理的供热和制冷：许多工业需要保持一个 4090 oC 的处理水，并且为了满

6、足洗涤、公共卫生和清洁要求，常有一个即制冷又供热的综合的系统的一部分。这种情况下，主要采用闭式压缩电热泵。但是也有少量的吸收式热泵和热交换器被采用。3）蒸汽生产：因为蒸汽被直接用在工业过程中，和用于热分配器，所以工业消耗大量的 100200 oC 的温度范围的低、中和高压蒸汽。当前，高温热泵能生产高达 150oC 的蒸汽（一个标准的热泵能达到 300oC） 。在此情况下开式和半开式 MVR 系统。闭式压缩热泵，串联系统和一些热交换器都可以应用其中。4）干燥处理：热泵被广泛应用在低温和适温（最大 100oC）的工业蒸馏和干燥过程中。主要的应用有纸浆和纸张的干燥，各种食品生产，木制品和木料。对温度

7、敏感的产品的干燥也有应用。热泵干燥通常能提高干燥产品的质量。因为干燥是在闭式系统中执行的，从干燥食物等中散发的气味大大减少。应用于干燥处理的主要有闭式压缩热泵和 MVR 系统。5）蒸发和蒸馏过程：蒸发和蒸馏是能量集中的过程，因此在化工和食品加工中，大多数热泵被安装在这些过程中。在蒸发过程中，渣滓是主要的产品，而在蒸馏过程中蒸汽是主要的产品。绝大多数系统是开式或半开式 MVRs,但是闭式压缩热泵也可以运用其中。低温升使得有 630 的 COPs 范围的高性能。2 热泵在住宅和商业建筑中的应用1）作用为建筑提供热量和制冷的热泵按照它们的操作原则可以分为以下四种主要的类型： 仅仅供热的热泵，提供热空

8、气和/或者是热水。 既供热又供冷的热泵，既提供热空气又提供冷水。最普通类型的热泵是可逆的空气-空气热泵，它既可以用来供热又能用于制冷。用在商业、政府机关的建筑中的大型热泵采用冷热分配的水循环，因此它们能同时供热和制冷。 混合式热泵，提供热空气、冷水、热水，并且同时重新获得耗尽的热空气。热水可以通过换热器加热，或者通过换热器和冷凝器加热。当只需要热水，不需要热空气和冷水时，可以使用换热器和冷凝器来进行加热。 热泵的的水加热器，充分的对水加热。热泵通常直接从环境中提取空气来作为热源，但是也能作为排气热泵，或者在空气- 空气热泵和水- 空气热泵的换热器中。在住宅房间的应用中，热泵可以采用可逆的空气-

9、空气热泵（无管或分散式） 。热泵也能整体的用于压力-空气管道系统或者屋面供热或散热器（中央系统） 。在商业、公共机构建筑中，热泵系统是从一个中央系统连接到空气管道或水系统，或者是一个多区域的系统，复合式的热泵是把热泵单元放置在不同的地方，单独进行空气调节。在大建筑物中用的是水循环热泵系统，它包括一个封闭的水循环，复合式热泵连接到环路中去制冷或制热，和一个冷却塔和一个辅助的热源。热泵在住宅和商业建筑中用到的不同的热源将在热源这一部分介绍。下面这一段介绍用在建筑中的供热，制冷的型式。2）冷热分配系统在日本和美国，热泵已经形成了成熟的市场，而在这成熟的热泵市场中，空气是最普通的交换介质。空气能被直接

10、送入房间或者通过一个压力管道系统。一个空气系统的输出温度通常在 30-50oC 之间.分水系统主要用在欧洲，加拿大和美国东北部地区。传统的散热器型式的系统要求的高温通常在 60-90 oC.现在的低温散热器和对流式散热器设计的最大控制温度在 45-55 oC，30-45 oC 用在屋面供热。表格 1 概述了各种冷热分配系统的温度要求。表格 1: 各种冷热分配系统的传热温度.应用 温度范围 (C)空气分配 热空气 30 - 50屋面供热; 低温 (普通) 30 - 45水系统 散热器 45 - 55高温 （传统的） 散热器 60 - 90区域供热 高温水 70 - 100区域供热 区域供热 高温水、蒸汽 100 - 180冷却空气 10 - 15Space cooling 冷却水 5 - 15区域供冷 5 - 8热泵对热源和热的要求的温度相差较小的时候，热泵的效率高，因此热空气热泵的热分配温度也尽可能的与热源保持同样低的温度。表格 2：一个水- 水热泵的 COP 值怎样随热泵的供、回水温度而改变的。热水系统 (供、回水温度) COP传统散热器 (60/50C) 2.5屋面供热(35/30C) 4.0普通散热器 (45/35C) 3.5