热泵的现状与展望

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　热泵的现状与展望
8 ?3 b/ Y3 S4 F, n; m! m李先瑞 郎四维 中国建筑科学研究院空调所

　1 热泵发展的现状

　　近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面。
$ k0 A3 Z7 \* l* t8 p$ b　（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%。
. n' \  P" b/ P6 }: J　（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。
' m6 f6 A/ i* S　（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。
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: i2 {5 ?# P/ f/ A　2 热泵发展的背景

2.1 能源政策
% z0 F- o# j, l　　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。
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2.2 环境保护政策
4 p- }8 c# I% w: |" T( _+ E　　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。

( L; k' r! @4 Z2 U+ V; Q2.4 城市能源结构的改变
( b7 v! p- [2 y# l9 Z( g　　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。

( u9 |: T, ?" A' A1 B3 J2.5 能源价格的调整

3 w0 e6 G4 C" K/ p' }　3 热泵技术发展的展望
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3.1 热泵技术的现状
1 Y9 |" n% i' R6 V: L& k( S　　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：
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* h' s3 M  N# J1 \4 v" a·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%。
, A' x6 }4 J8 V7 E) T$ N3 M·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。
: D  g5 S& Z( g$ m# x4 o& u·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
4 [2 q- O4 I$ q, D　　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。
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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
( v0 h1 I. }7 x0 J# ]（4） 新工质技术

3.2.2 吸收式热泵和吸收式热变换器

0 L  ]& E: S( ^, A# d+ C3.2.3 压缩-吸收式热泵
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* |" Y3 N9 R: h& q3.2.4 高温热泵

" o. f0 j' r/ B& S8 _　4 热泵市场发展的展望
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4.1 热泵市场发展的有利因素
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" b8 f& C5 _# g: s6 X& O4.1.1 我国的能源政策和环境保护政策是促进热泵技术迅速发展的主要因素。

& U/ ~) b7 Q3 \! |1 k  N/ T7 ]4.1.2 自从我国政府1978年出台改革开放、节能政策以来，长江流域经济得到迅速发展，生活水平也获得了大幅度的提高。这一地区的气候特点是夏季炎热，冬季不太冷（一月份平均室外温度变化范围为0℃～10℃，年平均室外温度低于或等于5℃的时间为0～90天。七月室外平均温度范围为25℃～30℃，年平均温度高于25℃的天数为40～110天）。根据上述原因，加以国外产品的大量进口，热泵空调系统在中国的应用迅速增长，目前家用空调器总量60%为热泵型甚至在较为寒冷的北京地区，有许多用户也喜欢在集中采暖期前后应用热泵型空调机组来采暖，冬季供应热水，夏季供应冷水的电动风冷机组在集中式空调系统中得到了广泛的应用，今后的应用将更为普及。

5 S' t: h- D  b4.1.3 我国建筑市场巨大，1995～2000年，预计每年全国城市新建住宅建筑面积约2.4亿㎡，其中上海每年新建约1500万㎡，北京约1000万㎡，天津约600万㎡，大连约260万㎡。2000～2010年，每年新建住宅建筑面积约3.4亿㎡。

4.1.4 我国工业余热的资源很丰富，利用的潜力很大分布也很广，如化工工业占8.8%，石化工业占30.9%，轻纺工业占4.0%。石化厂、造纸厂、制药厂、冶金厂、食品加工厂和农业部门对热泵的应用进行了开发研究，如木材采用了电驱动高效热泵干燥机实现了工厂节能的目的；如石化厂广泛采用了蒸汽喷射式热泵回收生产过程中的余热用于生产和生活，取得了明显的经济效益，为今后热泵市场的开拓创造了条件。
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4.2 热泵市场发展的展望

6 F1 I/ U' f' t. L& H6 `: @: Z4.2.1 建筑业应用热泵的展望
　　热泵适用区域为过渡区域和部分集中采暖区域，该区域包括上海、江苏、浙江、山东、安徽、湖北、河南及福建、湖南的部分地区，据预测，该地区2000年城镇房屋建筑面积38.5亿㎡，其中住宅20.7亿㎡，（约占53.8%）。公共、商业建筑6.5亿㎡ （16.9%)，从中国经济发展形势来看，该地区至2000年空调普及率约为10%，预测的各种房屋建筑的需热量和热泵供热量见表1。
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表1 各种房屋建筑的需热量和热泵供热量


         总热需要量（MW）     热泵供热量（MW）
独家住宅   
; G0 h: V0 X3 Q多层住宅      2万MW              1.2万MW
商业/公共建筑 1.35万MW           0.4万MW
; @+ s- c. ?3 V" j$ ?小区/供热                        0.41万MW
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　　据预测，2000年我国房间空调器需求量约为1000万台，其中包括制冷量在10kW以下的单元空调机，空调用总制冷量约为3500万kW。
　　据预测，九五期间吸收式溴化锂制冷机预计将以8%～10%的速度增长，即市场需求量将以每年200～250万台速度增长，至2000年，全国的需求量约为4000台。
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) s" H/ O. S2 C+ A5 i0 n4.2.2 工业中应用热泵的展望
　　工业中应用热泵的潜力很大，据预测，至2000年工业中应用热泵的数量为：化工行业约300台；食品行业约150台；纸浆造纸约130台；农业约5～10台；冶金行业约150台；木材干燥约400台及制药行业约100台。