暖通空调热泵技术.doc

暖通空调热泵技术系 别 光电系 专 业 热能与动力工程 班 级 10级（B203） 姓 名 王楚翔 学 号 1017440036 指导老师 完成日期 2012年12月26日 据了解，热泵近年来，逐渐被人们重视起来。其实热泵在我国已经发展一段时间了，由于推广的缺乏导致人们的认知也不多。“十二五”期间明确提出，应该加强新能源的利用。这一建议的提出无疑给热泵行业带来了无限生机。近年来各大空调企业也注重在热泵技术上面的研究和广告推广。那么国内外现在的热泵发展现状如何?国内据空调制冷大市场相关资料显示，热泵冷暖是一种高节能新技术和新产品，尤其是大型地源热泵系统和水源热泵系统，是近几年来迅速发展和创新而成熟起来的新技术、新产品、新产业、新市场，许多先进的技术和产品都是在近几年相继研制开发而出现，并且得到快速推广和应用。随着中国式热泵技术的迅猛发展，在国际上也相继掀起了热泵技术进步和发展应用的新高潮，我国也由全部依赖从国外引进变为由中国创造而对国外出口。近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面。(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%。(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。(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200千立方米在国外如美国，截止1985年全国共有14,000台地源热泵，而1997年就安装了45000台，到目前为止600000台，而且每年以10的速度稳步增长。1998年美国商业建筑中地源热泵系统已占空调总保有量的19，其中新建筑中占30。美国地源热泵工业已经成立了由美国能源环境研究中心，美国地下水资源联合会，爱迪生电力研究所，及众多地源热泵制造设计销售公司以及政府机构和建筑商等146家成员组成的美国地源热泵协会，与美国的地源热泵发展有所不同，中、北欧如瑞典、瑞士、奥地利、德国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管（埋深400米深）的地源热泵，用于室内地板辐射供暖及提供生活热水。据1999年的统计，为家用的供热装置中，地源热泵所占比例，瑞士为96，奥地利为38，丹麦为27。同时，中、北欧海水源热泵的研究和应用也比较多。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。吸收式热泵的技术摘 要 介绍了吸收式热泵工作的基本原理和特点, 并将其应用于供热机 组 排 汽 低 温 余 热 回收中, 回收的余热用于冬季民用供暖, 节能、 节水效益显著。吸 收 式 热 泵 技 术 可 以 回 收 利 用 工 业 生 产 中 的 大 量 低 品位 废 热 且 其 常 用 的 工 质 对 即 溴 化 锂 / 水 及 氨 / 水 对 环 境 没 有破 坏 作 用 是 一 种 节 能 环 保 技 术 它 的 开 发 和 利 用 越 来 越 受到 人 们 的 重 视 。 本 文 阐 述 了 吸 收 式 热 泵 的 基 本 结 构 及 工 作 原理 详 细 介 绍 了 吸 收 器 的 研 究 、传 热 传 质 过 程 强 化 、 吸 收 循环 的 改 进 、 模 拟 与 优 化 等 方 面 的 进 展 。 结 合 吸 收 式 热 泵 技 术在 合 成 橡 胶 、燃 气 采 暖 冷 凝 热 回 收 及 热 电 冷 联 产 等 领 域 的 成功 应 用 展 望 了 吸 收 热 泵 这 一 节 能 技 术 在 我 国 的 应 用 前 景 。关 键 字：吸 收 式 热 泵 ,发 展 现 状 ,工 质 ,节 能,低温余热回收。吸收式热泵的技术特点及工作原理热泵的工作原理与制冷装置相同,但其使用目的不是致冷而是致热,即工作温度的范围不同。它有两种形式:压缩式和吸收式。吸收式热泵通常以蒸汽为驱动热源, 溴化锂浓溶液为吸收剂,水作为工质, 利用水在低压真空状态下低沸点的特性, 提取低位余热源的热量, 通过吸收剂回收热量并转换制取工艺或采暖用的热水。热泵机组是由取热器、 浓缩器、 一次加热器及二次加热器, 高低温热交换器所组成的热交换器的组合体, 另外包括蒸汽调节系统以及先进的自动控制系统等。吸收式热泵是以消耗一部分温度较高的高位热能为代价,从低温热源吸取热量供给热用户,它所能提供的热量大于消耗的热量,将比直接供热取得更大的效果。采用吸收式热泵替代常规直接加热方式在获得工艺或采暖用热相同热量的条件下, 可节省总燃料消耗的 40 %以上,节能效果显著。来自凝汽器循环冷却水通过上塔前的支管送至吸收式热泵的取热端,热泵吸收余热后,循环水温度降至 一定摄氏度,送至冷却水池;同时在热泵的加热端, 来自采暖用户二次热网的供热回水进入热泵, 经过热泵加热的热水温度升高后送至换热站,在换热站内通过二次泵加压送至采暖用户。在寒冷期,热水温度需要进一步升高时,利用原换热站的热网加热器作为尖峰加热, 热水温度达到要求后再送至采暖用户;从汽轮机分汽缸,引出一路蒸汽送至热泵作为驱动热源,蒸汽放热后变成凝水,送至凝结水回收装置。吸 收 式 热 泵 研 究 进 展 工 质 对 的 发 展 现 状 吸 收 循 环 常 用 工 质 对 是 N H 3 - H 2 O 溶 液 和 L i B r - H 2 O溶 液 由 于 N H 3 的 毒 性 和 L i B r 溶 液 对 金 属 的 腐 蚀 性 使溴 化 锂 溶 液 的 结 晶 浓 度 提 出 采 用 多 元 系 的 吸 收 式制 冷 工 质 对 即 在 溴 化 锂 溶 液 中 添 加 各 种 无 机 盐 类如 Z n B r 2 、 Z n C l 2 、 C a C l 2 、 L i N O 3 、 K N O 3 、 N a N O 3等 或 有 机 物 如 C 2 H 6 O 2 使 溴 化 锂 的 溶 解 度 得 以 提高 。经 试 验 研 究 表 明 在 溴 化 锂 溶 液 内 添 加 一 无 机 盐 或 有 机 物 后 不 仅 可 以 使 溴 化 锂 溶 解 度 得提 高 而且 有 些 情 况 下 还 可 以 是 循 环 的 C O P 值 或 使金 属 抗 溴 化 锂 腐 蚀 能 力 有 所 提 高 。 同 时 出 现 了 一 些新 的 工 质 , 如 L i C l - H 2 O N a O H - H 2 O 以 及 P y r - T F E( 吡咯 酮 - 三 氟 乙 醇 ) 、 T F E - T E G D M E ( 三 氟 乙 醇 - 二 甲 醚四 甘 醇 ) 等 有 机 工 质 。吸 收 器 的 研 究 吸 收 式 系 统 的 性 能 在 很 大 程 度 上 取 决 于 吸 收器 本 身 对 于 占 整 个 体 积 2 5 % 的 吸 收 器 有 必 要 进 行研 究 。 吸 收 器 必 须 紧 凑 但 也 必 须 有 足 够 的 热 质 交换 面 积 为 使 设 备 紧 凑 要 求 预 测 吸 收 器 的 性 能 和使 各 部 分 的 静 态 变 量 可 视 化 。 H a c k n e r M 对 水 平 管吸 收 器 进 行 了 静 态 和 动 态 模 拟 。 K i m J K 和 P a r k C探 讨 了 微 观 表 面 处 理 对 降 膜 L i B r H 2 O 吸 收 器 性 能的 影 响 研 究 表 明 表 面 的 微 观 处 理 有 助 于 提 高 传热 和 传 质 性 能 。 C h o H C 探 讨 了 微 观 凹 凸 管 的 表 面 粗糙 度 对 吸 收 性 能 的 影 响 试 验 结 果 表 明 表 面 有 凹 凸度 的 管 子 的 吸 收 性 能 比 光 管 高 1 倍 。 N o b u y a N i s h i mu r a 研 究 了 一 种 立 板 式 吸 收 器 采 用 板 式 吸 收器 可 有 效 地 改 善 吸 收 器 的 性 能 。 这 些 研 究 对 吸 收 器的 改 进 指 出 了 有 效 的 途 径 4 传 热 传 质 过 程 研 究 及 强 化 在 吸 收 式 热 泵 系 统 中 的 蒸 发 器 、 吸 收 器 和 发 生器 等 均 采 用 垂 直 管 外 降 膜 传 热 传 质 的 形 式 但 水溴 化 锂 溶 液 降 膜 传 热 传 质 过 程 是 一 个 较 为 复 杂 的过 程 。 虽 然 有 关 这 方 面 许 多 学 者 已 做 了 工 作 但至 今 没 有 获 得 较 好 计 算 热 质 传 递 系 数 的 实 用 公 式 。其 中 有 些 文 献 是 以 某 些 假 定 为 前 提 根 据 简 化 的 数学 模 型 直 接 由 连 续 性 方 程 、 动 量 方 程 、 能 量 方 程 定 解 条 件 用 计 算 机 进 行 数 值 求 解 有 些 文 献 则是 在 理 论 分 析 的 基 础 上 进 行 实 验 研 究 并 归 纳 出在 一 定 范 围 内 适 用 的 半 经 验 、 半 理 论 公 式 。 这 些 文献 对 吸 收 式 热 泵 系 统 中 吸 收 器 和 发 生 器 等 的 设 计有 一 定 参 考 价 值 。 主 要 由 蒸 发 器 、 吸 收 器 、 发 生 器 、 冷 凝 器 和 溶液 换 热 器 等 设 备 组 成 的 吸 收 式 热 泵 其 投 资 费 用 取决 于 这 些 设 备 的 传 递 面 积 约 占 总 投 资 的 8 0 % 左 右 其 操 作 和 调 节 又 与 了 解 上 述 设 备 中 的 热 质 传 递 的机 理 、 各 操 作 参 数 变 化 对 热 质 传 递 的 影 响 密 切 有关 。 根 据 热 质 传 递 过 程 的 机 理 一 些 学 者 谋 求 采 取有 效 的 强 化 措 施 如 K i m 等 利 用 流 体 不 稳 定 性 引 起的 液 面 波 动 不 断 破 坏 扩 散 边 界 层 大 大 强 化 了 传质 速 率 R u s h 等 总 结 出 添 加 剂 强 化 吸 收 的 效 果 K a s h i w a g i 等 分 析 了 M a r a n g o n i 效 应 强 化 吸 收 热 传递 的 机 理 等 。 党 洁 修 等 将 高 效 换 热 元 件 热 管 引入 A H T 强 化 其 热 质 传 递 。 这 些 工 作 为 进 一 步 减 少传 递 面 积 降 低 设 备 投 资 费 用 指 出 了 有 效 的 途 径 8 。 吸 收 循 环 的 改 进 。在 简 单 吸 收 循 环 的 基 础 上 , 国 内 外 学 者 围 绕 吸收 循 环 做 了 大 量 工 作 使 得 吸 收 式 热 泵 向 高 温 升 、高 效 率 、 高 经 济 性 、 多 用 途 、 柔 性 化 等 方 向 发 展 。如 由 二 级 A H T 组 成 的 二 次 温 升 A H T 可 以 得 到 7 0 的 温 升 提 高 性 能 系 数 C O P 值 的 双 效 、 三 效 吸 收 循环 节 省 投 资 的 开 式 循 环 将 吸 收 热 用 于 再 生 过 程的 先 进 的 G A X 循 环 两 类 热 泵 结 合 的 具 有 多 用 途的 H P T 循 环 等 等 。此 外 国 内 外 学 者 还 提 出 多 种新 型 吸 收 式 循 环 如 双 级 复 叠 吸 收 式 循 环 就 是其 中 的 一 种 此 循 环 采 用 L i B r - H 2 O 工 质 对 作 为 高 温级 N H 3 - H 2 O 工 质 对 作 为 低 温 级 该 系 统 的 一 个 特点 是 冷 热 同 时 产 生 另 一 个 特 点 是 制 冷 温 度 范 围宽 、 温 升 范 围 大 吸 收 喷 射 复 合 循 环 由 单 效 吸收 式 循 环 和 喷 射 循 环 组 合 而 成 吸 附 吸 收 复 叠 式三 效 循 环 该 循 环 以 沸 石 分 子 筛 水 为 工 质 对 的 固体 吸 附 式 单 元 作 为 高 温 级 溴 化 锂 水 为 工 质 的 双效 单 元 为 低 温 级 。 在 倡 导 C O 2 、 烃 类 等 天 然 工 质 取代 传 统 机 械 压 缩 式 热 泵 工 质 的 同 时 , 利 用 太 阳 能 、地 热 能 等 可 再 生 能 源 驱 动 吸 收 式 热 泵 的 研 究 也 正成 为 研 究 的 热 点 。 吸 收 式 热 泵 技 术 的 发 展 前 景全 球 可 持 续 发 展 战 略 和 对 清 洁 生 产 的 需 求 赋予 环 境 友 好 的 热 泵 技 术 以 新 的 发 展 空 间 。 目 前 热泵 技 术 成 为 肩 负 清 洁 生 产 和 节 能 降 耗 双 重 使 命 的重 要 技 术 之 一 已 受 到 世 界 各 国 的 重 视 其 中 美 、日 两 国 可 称 为 热 泵 技 术 大 国 。 美 国 将 “ 热 泵 ” 技 术 与超 导 技 术 、 电 动 汽 车 等 技 术 一 同 列 入 作 为 本 国 可 持续 发 展 战 略 的 1 2 个 科 技 领 域 之 一 的 “ 未 来 终 端 能 源使 用 技 术 ” 。 吸 收 循 环 的 改 进 、 热 质 强 化 传 递 等 方 面 的 研 究在 提 高 性 能 系 数 减 小 传 热 面 积 降 低 设 备 投 资 等方 面 已 取 得 了 可 喜 进 展 高 效 吸 收 式 热 泵 的 出 现 将使 经 济 因 素 日 益 向 有 利 于 技 术 应 用 的 方 向 发 展 。 从国 内 外 吸 收 热 泵 技 术 的 应 用 现 状 和 发 展 的 态 势 可以 看 出 吸 收 热 泵 技 术 在 节 能 中 的 巨 大 作 用 并 具 有潜 在 庞 大 的 市 场 需 求 是 一 种 很 有 发 展 潜 力 的 技术 。 我 国 加 入 世 贸 组 织 以 后 各 种 工 业 产品市 场 将逐 步 开 放 增 加 机 遇 的 同 时 将 面 临 更 大 的 挑 战 产 品 单 产 能 耗 过 高 是 制 约 国 内 产 品 在 国 际 市 场 竞争 力 的 主 要 因 素 之 一 必 须 因 地 制 宜 抓 紧 对 现 有装 置 进 行 节 能 技 术 改 造 。 高 能 耗 势 必 带 来 高 排 放 、高 污 染 对 环 境 造 成 的 危 害 很 难 用 经 济 杠 杆 来 衡量 。 同 时 在 我 国 “ 西 气 东 输 ” 的 大 好 形 势 下 以 及 随着 我 国 节 能 工 作 的 进 一 步 深 化 相 信 吸 收 热 泵 也 会逐 步 得 到 我 国 能 源 工 作 者 的 足 够 重 视 在 我 国 的 节能 领 域 发 挥 更 大 的 作 用 。 结束语随着经济的发展人们环境意识日益加强环保要求的呼声越来越高有利于环保节能产品 将越来越受到重视。而吸