熱泵節能技術在工業的推廣與應用
作者： 2015年09月30日 來源：互聯網 瀏覽量：
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一、概述： 熱泵實際上應該叫能量泵或能量泵機組，即推動能量轉移的裝備或機組。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照來了解熱泵。 我們知道，在自然狀態下，水往低處
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一、 概述：
熱泵實際上應該叫能量泵或能量泵機組，即推動能量轉移的裝備或機組。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照來了解熱泵。
我們知道，在自然狀態下，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現。
同樣，在自然狀態下，能量總是從高溫物體向低溫物體傳導。如果我們要實現能量從低溫物體向高溫物體傳導，則可以通過能量泵即熱泵來實現。
離心水泵是通過電能來驅動泵的葉輪，將機械能轉化成動能和勢能，從而實現水從低位到高位的輸送。
而熱泵則包括三部分：低溫蒸發吸熱器(換熱器)、氣體壓縮機和高溫冷凝放熱器。而且熱泵在運行過程中還必須添加導熱載體或稱導熱劑。導熱劑在低溫蒸發吸 熱器的低溫環境下，因低壓或高真空仍然發生蒸發，由液態變為氣態，從而通過換熱器從低溫物體將能量吸入導熱劑中;氣態導熱劑通過氣體壓縮機壓縮到高溫冷凝 放熱器后，壓力升高或真空度減小，雖然處于高溫環境下，仍然能因高壓或真空度減小而發生冷凝，由氣態變成液態從而使導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熱劑經由減壓閥流回到低溫蒸發吸熱器中完成一個工作循環。通過導熱劑的連續循環工作，熱泵實現了將能量從低溫物體傳導到高溫物體的 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量，所以耗電過程并不伴生水數量的變化。
同樣，熱泵在消耗電能(氣體壓縮機需耗電)完成能量從低溫物體傳導到高溫物體的過程中也不是為了改變所輸送的能量的數量(雖然實際上多少會有些增加)， 所以耗電量與所輸送能量的數量變化基本無關。熱泵節能的道理是將無用或低經濟價值的低溫能量，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 值或高價值高溫能源以達到節能的目的。
當處于低位的水源廉價易獲取時，評判用離心水泵將水從低位送到高位是否經濟的依據是，比較將水揚升的花費是否比用其它方法在高處獲取水源更經濟，而不是說離心泵運行過程可以產生水。
同樣，當低溫的能源是廉價(比如空氣中含有的能量目前都還是免費的)或容易獲取的，評判用熱泵將能量從低溫物體輸送到高溫物體是否經濟的依據是，比較輸 送能量的花費是否比用其它方法(比如用鍋爐燒蒸汽)獲得能量更經濟，而不是說熱泵將電能轉化成了多少熱能給高溫物體使用。
離心水泵在同等揚升高度或揚程下，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，利用水能自動從高位流到低位可以實現水力發電。
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，利用能量能自動從高溫物體傳導到低溫物體可以實現溫差發電。
在輸送同等數量的水時，離心水泵的電耗與揚程成正比例。
在輸送同等數量的能量時，熱泵的電耗與溫升成正比例。這一點對于我們優化熱泵節能技術非常重要。
離心水泵在輸送水的過程中由于管道的阻滯會造成一定的揚程(壓頭)損失，管道越粗，揚程損失越小。在選用離心水泵時考慮到揚程損失，應選取比實際需求略大揚程的離心水泵。
熱泵在輸送能量的過程中由于換熱器對熱傳導的阻滯會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。在選用熱泵時考慮到溫升損失，應選取比實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出口壓差(揚程)成正比例關系，而與進口或出口的實際壓力關系不 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系，冷熱物體的具體溫度在某些特定的情況下對電耗的影響甚至超過了溫升變化對電耗的影響 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常也是摸不著的能量，這也是為什么很多人對熱泵技術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用;再有一個不同之處是熱泵工作時需要導熱劑，熱泵的電耗還與采用何種導熱 劑有直接的關系。
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進入千家萬戶的空調機，空調機運行時將能量從溫度較低的室內輸送到溫度較高的室外，從而實現室內維持在較低溫度的涼爽狀態。
通過空調這個常例的熱泵，從理解了空調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，并且反過來推動空調技術的進步。現如今的空調 由單冷進步到冷暖，由冷暖進步到空氣能熱水器和制冷與供熱水一體機，實際上已經把單純的空調朝向熱泵機組轉變。相信不久的將來，居民生活用空調一定是整個 小區的冷暖浴一體中央空調(熱泵機組)：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生可供洗浴用的熱水;在冬季 時則將空氣中的能量推送到熱風中給居民采暖，或者推送到冷水中加熱成熱水供給居民洗浴使用。
熱 泵的一個特例就是眼下比較熱門的節能蒸發設備：MVR蒸發器。其作為熱泵的一個特例是因為它直接使用蒸發器連續產生的二次水蒸汽作為導熱劑，導熱劑經壓縮 冷凝后直接排出而不回流到低溫蒸發吸熱器中，所以可以將低溫蒸發吸熱器的換熱器與高溫冷凝放熱器的換熱器合并成一臺換熱器，并且借用蒸發設備的加熱器來兼 作這臺合并后的換熱器。這樣MVR蒸發器就相當于一個“以水作為導熱劑、由蒸發器的換熱器兼作低溫蒸發吸熱器與高溫冷凝放熱器共同合并使用的換熱器”的熱 泵機組。蒸發器蒸發過程本身并不消耗能量，加熱蒸汽在使物料蒸發出二次蒸汽后，其中大量的能量即通過自然傳導進入二次蒸汽中。普通的蒸發器由于無法再利用 二次蒸汽中的能量(潛熱)，而被迫向加熱室連續補入外來蒸汽作為維持蒸發運行的能源。MVR蒸發器由于形成了一個熱泵系統，則可以將二次蒸汽中的能量輸送 回到蒸發器中作為物料蒸發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的連續運行。這就是MVR蒸發器為什么節能，為什么不消耗外來蒸汽的根 本道理。
三、熱泵技術在工業的應用前景：
在工業引入熱泵技術的根本目的就是為了節能。我們知道，常溫的原料進入車間，加工生產得到常溫的產品，很多產品的生產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各工序的溫度要求，雖然我們已經做了大量的廢熱回收工作，我們仍然需要 不停地往生產線充填能量，而充填的這些能量不是進入到了產品中，而是通過冷卻塔和尾(氣)風又將這些能量無休止地排入了大氣中。熱泵技術為我們的工業生產 提供了這樣一種可能：將工業生產中“使用新鮮能源同時冷卻塔和尾風又不停排放能量”的模式，轉變為“各個生產環節能源全部循環利用，生產線完全不使用外來 蒸汽，同時取消冷卻塔的，尾風降到常溫”的新模式。這樣我們的工業企業勢必獲得經濟效益和環境友好的雙豐收。
隨著熱泵技術的推廣應用，很多現在大量使用蒸汽的生產線將無需配套鍋爐和外來蒸汽，也無需配套30℃循環冷卻水或冷卻塔。
目前熱泵的技術水平，當其低溫蒸發溫度高于50℃時，完全可以采用水作為導熱劑;當熱泵的低溫蒸發溫度低于50℃時，還需采用氟里昂作為導熱劑。隨著熱 泵制造技術的進步，特別是氣體(蒸汽)壓縮機密封技術的提升，相信總有一天所有的熱泵都采用水作為導熱劑，而不再使用氟里昂。
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