(1)制冷劑的選擇
與普通制冷回路相比,熱泵工作的條件更為不利。在寬帶的條件下,制冷劑質量流量的主要變化范圍比大約為1--10。而且熱泵的冷側和熱側的溫度幾乎是不一致的,即增加了熱源的溫度結果使冷凝溫度減少了。這種作用不僅對制冷劑的質量流量,而且對壓縮機能量的消耗以及系統的加熱容量都有影響。至今,熱力膨脹閥仍是最常用的一種控制設備。制冷劑流量控制的趨向是傾向于設計新的具有特殊動力和適應范圍廣等特點的膨脹閥。
(2)壓縮機能量控制
為了加熱的目的,熱泵與加熱需要相匹配是最困難的問題之一,特別是利用室外空氣為熱源時,難度更大。至今已采用的控制方式有:啟/閉操作,汽缸卸載;供熱采暖網使用幾臺壓縮機,單殼壓縮機,換向極電機,連續速度控制等。其中變頻控制技術具有簡單、便宜和啟動可靠,適用于所有類型壓縮機(敞開式、封閉式等)的優點。
(3)壓縮機設計
往復式壓縮機,在現代的設計概念中已不可能作更多的改進。但渦旋式壓縮機將為熱泵的發展做出貢獻。新型的螺桿式壓縮機和離心式壓縮機是適用于熱泵工作的。
(4)新工質技術
根據目前的研究成果,CFSs和HCFCs工質的替代物可以分為三類:HFCs工質,氨和丙烷,其它工質。當前,首選的為HFCs替代物。由于純工質往往不能滿足熱泵工質所需的各項條件。因此,使用二種工質的混合物或者多元工質的混合物。如:低工作壓力下選HFC134a;與HCFC22工作壓力相近選HFC32/125/134a;在高工作壓力下選HFC32/125。
2.吸收式熱泵是利用少量的高溫熱源,產生大量的中溫有用熱
目前,吸收式熱泵使用的工質為LiBr--H2O或NH3--H2O,其輸出的最高溫度不超過150℃。
吸收式熱泵的發展趨勢:應用新的工作循環(例如多級循環)和開發新的工質,以克服Li--Br--H2O或NH3--H2O工質所存在的缺陷。
吸收式熱泵可利用工業余廢熱作為能源,耗能很少,幾乎不耗費電能。因此,我國自80年代末開始進行該方面的研究,其工作主要集中在以下幾個方面:
(1)機理性研究。廣州能源研究所對降膜吸收過程傳熱傳質機理進行了深入研究,提出了凝結式降膜吸收理論,揭示了吸收過程動量、熱量、質量傳遞相互偶合機理。
(2)適用于不同制冷要求的不同循環的研究。利用余廢熱的Ⅰ、Ⅱ型單級(多級)熱泵循環;用于制取高溫的Ⅱ型單級(多級)熱泵循環。
(3)高溫熱泵循環工質的研究。探索工質包括:水、甘油,水、乙二醇等。
(4)應用性研究工作。
3.壓縮--吸收式熱泵將蒸汽壓縮循環與吸收式循環合為一體
工作重點在于應用新的工作循環以提高溫度,以及開發比NH3--H2O工質性能更優越的新工質。壓縮--吸收式熱泵既減少了電能的耗費又克服了吸收式熱泵效率低、系統復雜、體積龐大等缺點,在能源短缺和環境污染危及人類的今天,這項高效節能技術的應用無疑是一件令人歡欣鼓舞的事情。
我國熱泵市場發展的展望
1.熱泵市場發展的有利因素
(1)中國的能源政策和環境保護政策是促進熱泵技術迅速發展的最主要因素。在改善能源結構、減少污染嚴重的煤炭消費比重、提高石油、天然氣和水電等優質、少污染能源的比重要求下,以熱泵代替燃煤鍋爐采暖將使二氧化碳排放量減少。
(2)在我國北方地區,大多以燃煤作為采暖的基本方式,且以往電力缺乏,電價較高,因此熱泵技術在建筑環境中的應用與推廣是比較困難的。但自從改革開放以來,長江流域經濟得到迅速發展,生活水平也得到了大幅度的提高。供熱采暖網這一地區的氣候特點是夏季炎熱,冬季不太冷(一月份平均室外溫度變化范圍為0--10℃,年平均室外溫度低于或等于5℃的時間為0--90天。七月室外平均溫度范圍為25℃--30℃,年平均溫度高于25℃的天數為40--110天)。因此,在這一地區使用熱泵型空調機組是比較合適的。加之政府的節能政策的推動,很多單位和家庭也采用了熱泵機組。國外產品的大量進口,熱泵空調系統在我國的應用迅速增長,目前家用空調器總量有60%為熱泵型的。另外,冬季供應熱水,夏季供應冷水的電動空冷機組在集中式空調系統中得到了廣泛的應用。
(3)我國建筑市場巨大,1995年--2000年,每年全國城市新建住宅建筑面積約2.4億me2,其中上海每年新建約1500萬me2,北京約1000萬me2,天津約600萬me2,大連約260萬me2。2000年--2010年,每年新建住宅建筑面積約3.4億me2。更多的熱泵采暖機組將會擁有更加廣闊的市場。
(4)我國工業余熱資源豐富,利用潛力大、分布廣,如化工工業占8.8%,石化工業占30.9%,輕紡工業占4.0%。石化廠、造紙廠、制藥廠、冶金廠、食品加工廠和農業部門對熱泵的應用進行了開發研究,如木材廠采用電驅動高效熱泵干燥機實現了工廠節能的目的;石化廠廣泛采用了蒸汽噴射式熱泵回收生產過程中的余熱用于生產和生活,也取得了明顯的經濟效益,為今后熱泵市場的開發創造了條件。
2.熱泵市場發展的展望
(1)建筑業應用熱泵的展望
熱泵適用區為過渡區和部分集中采暖區,該區包括上海、江蘇、浙江、山東、安徽、湖北、河南、福建及湖南的部分地區,據預測,該地區2000年城鎮房屋建筑面積38.5億me2,其中住宅20.7億me2,(約占53.8%)。公共、商業建筑6.5億me2(16.9%)。從中國經濟發展形勢來看,該地區至2000年空調普及率約為10%,預測的各種建筑的需熱量和熱泵供熱量見表1。2000年我國房間空調器需求量約為1000萬臺,其中包括制冷量在10kW以下的單元空調機,空調用總制冷量約為3500萬kW。
住宅對既能采暖又能空調的熱泵要求愈來愈迫切。適合家用的熱泵機組有:風冷式分體型機組,包括煤氣采暖、電氣空調機組;風冷式熱泵機組;風冷式空調機組(單冷型);風冷式整體型機組;水源熱泵機組。預計這類機組將會有較快的速度增長。據預測,九五期間吸收式溴化鋰制冷機預計將以8%--10%的速度增長,即市場需求量將以每年200--250臺速度增長,至2000年,全國的需求量約為4000臺。
(2)工業中應用熱泵的展望
工業中應用熱泵的潛力很大,據預測,至2003年工業中應用熱泵的數量為:化工行業約300臺;食品行業約150臺;紙漿造紙約130臺;農業約5--10臺;冶金行業約150臺,木材干燥約400臺及制藥行業約100臺。從其中可以看出熱泵的應用潛力很大。
從我國當前的基礎和技術力量出發,仍應優先開發電動壓縮式熱泵;民用方面,應側重發展公共事業上應用的空調和供熱雙功能熱泵,逐步取代單功能空調機。工農業方面,應強調因地制宜,注意經濟論證和可行性研究,在難度小、節能顯著和具有多種效益的領域逐步推廣。從長遠出發,應大力發展吸收式熱泵,研究化學式熱泵;應組織力量,增加科研經費,進行技術攻關。








