集中供熱項目高溫水源熱泵應用研究

穆鍇

（天津港生活服務中心，天津 300000）

高溫水源熱泵就是近期發展起來的一項解決余熱回收的有效技術，它利用各種工業廢水中的余熱來制取70～90℃熱水，可以直接用于供暖和普通工業加熱，我們利用高溫水源熱泵回收凝結水或地熱水的余熱進行二次加熱，使能源的熱量得到最大限度的利用，從而減少蒸汽或地熱水供應量，探索一條節能降耗的新途徑。

1 高溫熱泵技術簡介

熱泵是通過少量的高品位電能的輸入，經過熱力循環，把熱能由低溫物體轉移到高溫物體的能量利用系統，整個熱泵裝置所消耗的功僅為供熱量的三分之一或更低，這也是熱泵的節能特點。高溫水源熱泵是熱泵的一類，它利用各種工業廢水中的余熱來制取70～90℃熱水，可以直接用于供暖和普通工業加熱，它與制冷設備系統的運行原理是一樣的，主要有蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四部分組成，通過讓工質不斷完成蒸發（吸取環境中的熱量）→壓縮→冷凝（放出熱量）→節流→再蒸發的熱力循環過程，從而將廢水中的余熱轉移到供暖系統中，其工作原理如下：

2 高溫水源熱泵與其它熱泵技術的比較

目前，商用和民用熱泵技術在國內外已相當普及，以其高效、節能、環保、利用可再生資源等眾多優勢在近幾年得到了迅速的發展。隨著熱泵技術的不斷成熟和應用，其中主要包括地源熱泵、空氣源熱泵及海水源熱泵，很好地解決了局部小面積供暖、洗浴的問題。高溫水源熱泵是水源熱泵的一種，其應用范圍、運行工況、運行成本都區別于其它熱泵，主要特點如下：

2.1 應用范圍

一般熱泵機組由于壓縮式制冷技術在工質和冷凝溫度等的局限性，在制熱工況下的出水溫度一般最高只能達到55℃左右。對于新建的建筑，可以在末端系統設計中按此溫度考慮。但是在單純更換主機的中央空調改造項目、散熱器采暖系統鍋爐改造項目、工業廢水余熱利用項目以及熱水供應系統中，55℃的供水溫度已經不能或不完全能滿足系統的使用要求，高溫水源熱泵的最高出水溫度可以到達75℃，其應用范圍更廣。

2.2 運行工況

一般熱泵機組受熱源環境的影響，運行工況不穩定：空氣源熱泵會因為天氣的變化，降低機組的工作效率；地源熱泵會受到地下水腐蝕、水位下降和地埋管效率衰減的影響，造成熱泵機組制熱能力下降；海水源熱泵的換熱設備與海水直接接觸，海水會對設備造成比較大的腐蝕，而且受港口泥沙較多的影響海水的循環量可能逐年減少，熱泵機組的工作效率和使用壽命都會受到影響。高溫水源熱泵的熱源來源于天津港的蒸汽凝結水或地熱水，其溫度不受環境影響，而且一般對機組設備的腐蝕性小，機組的運行工況穩定，系統的工作效率高。

2.3 運行成本

采用高溫熱泵采暖系統由于利用的是工業廢水的余熱，屬于能源的回收再利用，可以不考慮熱源的成本費用，其運行費用相對較低；高溫熱泵供暖系統可以直接使用鑄鐵散熱器，不用對供暖系統的末端進行二次改造，不發生風機盤管設備的投入、運行、改造和維修費用；凝結水對設備的腐蝕性較小，機組和管道不需要每年清洗防腐，因此，每年系統的保養和維修的費用也相應降低。

3 高溫水源熱泵的應用方式

高溫地源熱泵技術作為一種高效、環保、節能的供熱制冷技術可以應用于所有的采暖空調和熱水供應系統，充分利用能源，提高綜合利用效率。集中供熱項目會產生大量60℃以上的蒸汽凝結水，利用高溫地源熱泵回收蒸汽凝結水中的熱量向系統供熱，降低其排放溫度，提高能源利用率，減少地熱水的使用量。高溫水源熱泵的應用既可以單獨向供暖系統的一個部分供暖，也可以利用熱泵升溫后向整個系統供暖，參考系統簡圖如下：

4 高溫熱泵選型參考

相對于輸出溫度55℃以下的熱泵技術，高溫地源熱泵熱泵供熱溫度達到70℃以上，雖然在供熱出水溫度上只有十幾度的提高，但對于熱泵技術來說卻是一個極大的突破，一般的地源熱泵機組在該工況下，性能會極大衰減甚至無法運行，因此高溫熱泵產品對設備零部件的選擇和制冷劑的使用都有很高的要求，并需要保持較高的運行效率和穩定的運行狀態，我們在進行設備選型時要注意以下幾點：

4.1 壓縮機的選擇

由于高溫熱泵的冷凝溫度可達70-90℃，相應壓縮機的排氣溫度也會很高，國內廠家無法達到要求，因此盡量選擇國外專業壓縮機生產廠家的成熟產品。螺桿式壓縮機結構簡單，沒有閥片、活塞環等易損件，維修簡單，使用可靠，因此熱泵機組壓縮機一般選擇螺桿式，降低排氣溫度對熱泵機組的影響。

4.2 熱泵機組性能的選擇

高溫水源熱泵機組的選擇上應該充分考慮機組系統工作的額定運行參數，冷凝壓力在2.4MPa 以下，以使目前大多數系統部件可以承受；蒸發壓力在0.1MPa 以上，以免在系統中形成負壓；機組整體工作能效比高，具有高的COP。機組的工質應選擇特殊的高溫制冷劑，對環境危害小，無毒、不可燃；并應考慮系統潤滑油的性能，保證壓縮機在高溫運行時不會產生化學變化，增加系統的可靠性，延長系統和壓縮機的壽命。

4.3 循環系統的設計

在設計熱泵供暖系統時，應該考慮在不影響熱泵系統工作效率和供暖系統進出水溫度的前提下，盡量降低進入蒸發器熱水的溫度，使機組的工作溫度得到有效的控制，可以在蒸發器進水端加裝溫度控制閥控制熱水流量，并應用變頻循環水泵。如果條件允許高溫水源熱泵系統中采用多路獨立制冷循環系統，共用一個水循環系統，可以降低設備的冷凝工作壓力，增加系統的可靠性，延長系統和壓縮機的壽命。

4.4 系統控制的選擇

熱泵機組的自動保護是高溫熱泵機組控制系統非常關鍵的組成部分，自動保護的內容必須要有吸排氣壓力保護、油壓差保護、排氣溫度保護；對于蒸發器和冷凝器還應設置水流開關及斷水自動報警，保證制冷系統的穩定工作。采用平均壓縮機運行時間的優化控制模式，保證整體機組的長時間高溫穩定運行和使用壽命，根據熱源溫度調節高溫熱泵運行工作狀態和條件。

5 結束語

高溫水源熱泵技術作為熱泵技術的一種突破，它的出現填補了熱泵技術的一項空白，進一步拓展了熱泵技術的應用領域。雖然目前國內的應用實例也比較少，而且高溫水源熱泵技術還存在機組價格昂貴、設備配件的要求較高以及國內生產技術還不成熟等問題，但是高溫熱泵在工業廢水余熱利用領域有著廣闊的發展空間，尤其在歐美石油企業的應用非常普遍。我們以超前的意識研究高溫熱泵在天津港的應用，充分提高資源的綜合利用效率，降低常規優質能源的使用，對于企業的可持續發展具有積極意義。

[1]薛永明，肖勇全，張孔彬,王利明.高溫水源熱泵供熱系統的分析[J].可再生能源，2009，04，15.

[2]昝成,孟富春,董明.高溫水源熱泵區域供暖工程的環境影響分析[J].能源工程，2006，06，20.