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熱泵節(jié)能技術(shù)在工業(yè)的推廣與應(yīng)用

作者： 2015年09月30日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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一、概述： 　　熱泵實(shí)際上應(yīng)該叫能量泵或能量泵機(jī)組，即推動(dòng)能量轉(zhuǎn)移的裝備或機(jī)組。熱泵的概念比較抽象，為了便于理解，我們可以通過熱泵與離心水泵的特性對(duì)照來了解熱泵。 　　我們知道，在自然狀態(tài)下，水往低處
熱泵節(jié)能技術(shù)在工業(yè)的推廣與應(yīng)用

　　一、 概述：

 
　　熱泵實(shí)際上應(yīng)該叫能量泵或能量泵機(jī)組，即推動(dòng)能量轉(zhuǎn)移的裝備或機(jī)組。熱泵的概念比較抽象，為了便于理解，我們可以通過熱泵與離心水泵的特性對(duì)照來了解熱泵。
 
　　我們知道，在自然狀態(tài)下，水往低處流。如果我們需要水往高處流，則可以通過離心水泵來實(shí)現(xiàn)。
 
　　同樣，在自然狀態(tài)下，能量總是從高溫物體向低溫物體傳導(dǎo)。如果我們要實(shí)現(xiàn)能量從低溫物體向高溫物體傳導(dǎo)，則可以通過能量泵即熱泵來實(shí)現(xiàn)。
 
　　離心水泵是通過電能來驅(qū)動(dòng)泵的葉輪，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能和勢能，從而實(shí)現(xiàn)水從低位到高位的輸送。
 
　 　而熱泵則包括三部分：低溫蒸發(fā)吸熱器(換熱器)、氣體壓縮機(jī)和高溫冷凝放熱器。而且熱泵在運(yùn)行過程中還必須添加導(dǎo)熱載體或稱導(dǎo)熱劑。導(dǎo)熱劑在低溫蒸發(fā)吸 熱器的低溫環(huán)境下，因低壓或高真空仍然發(fā)生蒸發(fā)，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，從而通過換熱器從低溫物體將能量吸入導(dǎo)熱劑中;氣態(tài)導(dǎo)熱劑通過氣體壓縮機(jī)壓縮到高溫冷凝 放熱器后，壓力升高或真空度減小，雖然處于高溫環(huán)境下，仍然能因高壓或真空度減小而發(fā)生冷凝，由氣態(tài)變成液態(tài)從而使導(dǎo)熱劑中能量通過換熱器向高溫物體釋 放;釋放能量冷凝后的導(dǎo)熱劑經(jīng)由減壓閥流回到低溫蒸發(fā)吸熱器中完成一個(gè)工作循環(huán)。通過導(dǎo)熱劑的連續(xù)循環(huán)工作，熱泵實(shí)現(xiàn)了將能量從低溫物體傳導(dǎo)到高溫物體的 功能。
 
　　離心水泵在消耗電能完成水從低處往高處輸送的過程中并不改變水的數(shù)量，所以耗電過程并不伴生水?dāng)?shù)量的變化。
 
　 　同樣，熱泵在消耗電能(氣體壓縮機(jī)需耗電)完成能量從低溫物體傳導(dǎo)到高溫物體的過程中也不是為了改變所輸送的能量的數(shù)量(雖然實(shí)際上多少會(huì)有些增加)， 所以耗電量與所輸送能量的數(shù)量變化基本無關(guān)。熱泵節(jié)能的道理是將無用或低經(jīng)濟(jì)價(jià)值的低溫能量，通過熱泵輸入到更高溫的物體中，從而替代或減少通過使用有價(jià) 值或高價(jià)值高溫能源以達(dá)到節(jié)能的目的。
 
　　當(dāng)處于低位的水源廉價(jià)易獲取時(shí)，評(píng)判用離心水泵將水從低位送到高位是否經(jīng)濟(jì)的依據(jù)是，比較將水揚(yáng)升的花費(fèi)是否比用其它方法在高處獲取水源更經(jīng)濟(jì)，而不是說離心泵運(yùn)行過程可以產(chǎn)生水。
 
　 　同樣，當(dāng)?shù)蜏氐哪茉词橇畠r(jià)(比如空氣中含有的能量目前都還是免費(fèi)的)或容易獲取的，評(píng)判用熱泵將能量從低溫物體輸送到高溫物體是否經(jīng)濟(jì)的依據(jù)是，比較輸 送能量的花費(fèi)是否比用其它方法(比如用鍋爐燒蒸汽)獲得能量更經(jīng)濟(jì)，而不是說熱泵將電能轉(zhuǎn)化成了多少熱能給高溫物體使用。
 
　　離心水泵在同等揚(yáng)升高度或揚(yáng)程下，其電耗與輸送水量成正比。
 
　　熱泵在同等的逆溫差或溫升下，其電耗與輸送能量數(shù)量成正比。
 
　　離心水泵在用于將水從高位輸送到低位的過程中可以加快水的輸送速度，利用水能自動(dòng)從高位流到低位可以實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電。
 
　　熱泵在用于將能量從高溫物體輸送到低溫物體的過程中可以加快能量的輸送速度，利用能量能自動(dòng)從高溫物體傳導(dǎo)到低溫物體可以實(shí)現(xiàn)溫差發(fā)電。
 
　　在輸送同等數(shù)量的水時(shí)，離心水泵的電耗與揚(yáng)程成正比例。
 
　　在輸送同等數(shù)量的能量時(shí)，熱泵的電耗與溫升成正比例。這一點(diǎn)對(duì)于我們優(yōu)化熱泵節(jié)能技術(shù)非常重要。
 
　　離心水泵在輸送水的過程中由于管道的阻滯會(huì)造成一定的揚(yáng)程(壓頭)損失，管道越粗，揚(yáng)程損失越小。在選用離心水泵時(shí)考慮到揚(yáng)程損失，應(yīng)選取比實(shí)際需求略大揚(yáng)程的離心水泵。
 
　　熱泵在輸送能量的過程中由于換熱器對(duì)熱傳導(dǎo)的阻滯會(huì)造成一定的溫升損失，熱泵的換熱器換熱面積越大，溫升損失越小。在選用熱泵時(shí)考慮到溫升損失，應(yīng)選取比實(shí)際需求略大溫升的熱泵。
 
　 　熱泵的特性除上述與離心水泵相似之處外，也有些不一樣之處：一是離心水泵的電耗只與進(jìn)出口壓差(揚(yáng)程)成正比例關(guān)系，而與進(jìn)口或出口的實(shí)際壓力關(guān)系不 大。熱泵則不但與溫升成正比例，還與冷熱物體的具體溫度有一定的關(guān)系，冷熱物體的具體溫度在某些特定的情況下對(duì)電耗的影響甚至超過了溫升變化對(duì)電耗的影響 幅度;二是離心水泵輸送的是看得見摸得著的水，而熱泵輸送的則是看不到經(jīng)常也是摸不著的能量，這也是為什么很多人對(duì)熱泵技術(shù)不能完全理解的主要障礙。熱泵 輸送的能量雖然看不見摸不著，但是可以感覺和檢測出來，所以并不影響它的推廣應(yīng)用;再有一個(gè)不同之處是熱泵工作時(shí)需要導(dǎo)熱劑，熱泵的電耗還與采用何種導(dǎo)熱 劑有直接的關(guān)系。
 
　　二、熱泵的常例和特例：
 
　　最常用的熱泵是有幾十年歷史而且已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶的空調(diào)機(jī)，空調(diào)機(jī)運(yùn)行時(shí)將能量從溫度較低的室內(nèi)輸送到溫度較高的室外，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)維持在較低溫度的涼爽狀態(tài)。
 
　 　通過空調(diào)這個(gè)常例的熱泵，從理解了空調(diào)的工作原理上升到理解熱泵的工作原理后，將大大拓寬熱泵的使用范圍，并且反過來推動(dòng)空調(diào)技術(shù)的進(jìn)步。現(xiàn)如今的空調(diào) 由單冷進(jìn)步到冷暖，由冷暖進(jìn)步到空氣能熱水器和制冷與供熱水一體機(jī)，實(shí)際上已經(jīng)把單純的空調(diào)朝向熱泵機(jī)組轉(zhuǎn)變。相信不久的將來，居民生活用空調(diào)一定是整個(gè) 小區(qū)的冷暖浴一體中央空調(diào)(熱泵機(jī)組)：即夏季由于制冷從居民家中推送出來的能量不是直接散入大氣中，而是推送到冷水中用于產(chǎn)生可供洗浴用的熱水;在冬季 時(shí)則將空氣中的能量推送到熱風(fēng)中給居民采暖，或者推送到冷水中加熱成熱水供給居民洗浴使用。
 
　　熱 泵的一個(gè)特例就是眼下比較熱門的節(jié)能蒸發(fā)設(shè)備：MVR蒸發(fā)器。其作為熱泵的一個(gè)特例是因?yàn)樗苯邮褂谜舭l(fā)器連續(xù)產(chǎn)生的二次水蒸汽作為導(dǎo)熱劑，導(dǎo)熱劑經(jīng)壓縮 冷凝后直接排出而不回流到低溫蒸發(fā)吸熱器中，所以可以將低溫蒸發(fā)吸熱器的換熱器與高溫冷凝放熱器的換熱器合并成一臺(tái)換熱器，并且借用蒸發(fā)設(shè)備的加熱器來兼 作這臺(tái)合并后的換熱器。這樣MVR蒸發(fā)器就相當(dāng)于一個(gè)“以水作為導(dǎo)熱劑、由蒸發(fā)器的換熱器兼作低溫蒸發(fā)吸熱器與高溫冷凝放熱器共同合并使用的換熱器”的熱 泵機(jī)組。蒸發(fā)器蒸發(fā)過程本身并不消耗能量，加熱蒸汽在使物料蒸發(fā)出二次蒸汽后，其中大量的能量即通過自然傳導(dǎo)進(jìn)入二次蒸汽中。普通的蒸發(fā)器由于無法再利用 二次蒸汽中的能量(潛熱)，而被迫向加熱室連續(xù)補(bǔ)入外來蒸汽作為維持蒸發(fā)運(yùn)行的能源。MVR蒸發(fā)器由于形成了一個(gè)熱泵系統(tǒng)，則可以將二次蒸汽中的能量輸送 回到蒸發(fā)器中作為物料蒸發(fā)出二次蒸汽所需能源，從而無需再添加外來蒸汽即可維持蒸發(fā)的連續(xù)運(yùn)行。這就是MVR蒸發(fā)器為什么節(jié)能，為什么不消耗外來蒸汽的根 本道理。
 
　　三、熱泵技術(shù)在工業(yè)的應(yīng)用前景：
 
　 　在工業(yè)引入熱泵技術(shù)的根本目的就是為了節(jié)能。我們知道，常溫的原料進(jìn)入車間，加工生產(chǎn)得到常溫的產(chǎn)品，很多產(chǎn)品的生產(chǎn)過程并不需要能量或者說需要能量很 小，但為什么我們的生產(chǎn)線還要消耗大量的外來蒸汽作為能源呢?答案就是為了滿足生產(chǎn)各工序的溫度要求，雖然我們已經(jīng)做了大量的廢熱回收工作，我們?nèi)匀恍枰?不停地往生產(chǎn)線充填能量，而充填的這些能量不是進(jìn)入到了產(chǎn)品中，而是通過冷卻塔和尾(氣)風(fēng)又將這些能量無休止地排入了大氣中。熱泵技術(shù)為我們的工業(yè)生產(chǎn) 提供了這樣一種可能：將工業(yè)生產(chǎn)中“使用新鮮能源同時(shí)冷卻塔和尾風(fēng)又不停排放能量”的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤案鱾€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)能源全部循環(huán)利用，生產(chǎn)線完全不使用外來 蒸汽，同時(shí)取消冷卻塔的，尾風(fēng)降到常溫”的新模式。這樣我們的工業(yè)企業(yè)勢必獲得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境友好的雙豐收。
 
　　隨著熱泵技術(shù)的推廣應(yīng)用，很多現(xiàn)在大量使用蒸汽的生產(chǎn)線將無需配套鍋爐和外來蒸汽，也無需配套30℃循環(huán)冷卻水或冷卻塔。
 
　 　目前熱泵的技術(shù)水平，當(dāng)其低溫蒸發(fā)溫度高于50℃時(shí)，完全可以采用水作為導(dǎo)熱劑;當(dāng)熱泵的低溫蒸發(fā)溫度低于50℃時(shí)，還需采用氟里昂作為導(dǎo)熱劑。隨著熱 泵制造技術(shù)的進(jìn)步，特別是氣體(蒸汽)壓縮機(jī)密封技術(shù)的提升，相信總有一天所有的熱泵都采用水作為導(dǎo)熱劑，而不再使用氟里昂。
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