當今社會,環(huán)境污染和能源危機已成為威脅人類生存的頭等大事,如何解決這一問題,已成為全人類的課題。在這種背景下,以環(huán)保和節(jié)能為主要特征的綠色建筑及相應的空調系統(tǒng)應運而生,而熱泵系統(tǒng)正是滿足這些要求的新興中央空調。
近幾年來,我國熱泵發(fā)展很快,主要表現(xiàn)在如下幾個方面。
1、 據(jù)統(tǒng)計,1996年我國空調設備(指電動冷熱水機組、吸收式冷熱水機組、房間空調器以及單元空調機組,但不包括進口機組)的總制冷能力約為2000萬kW,其中熱泵型機組的制冷能力約占60%。在全部熱泵型機組中,電驅動熱泵容量約為1070kW,占90%;吸收式熱泵容量約為130萬kW,占10%。
2、近幾年來,我國的吸收式制冷裝置發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計,1996年銷售的溴化鋰吸收式制冷機約3000多臺,其中直燃機1115臺。
3、熱泵在工業(yè)中的應用已見端倪,木材、食品(茶和水果)、陶瓷、造紙、印刷、石油和化工等工業(yè)生產過程已采用了蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵和電驅動熱泵。例如,目前大約有400臺熱泵式木材干燥機正在運行,年處理能力約為200千立方米。
一、熱泵發(fā)展的背景
1、能源政策
我國一次能源年保有總量(不包括生物質能和新能源)為14億噸標準煤,其中原煤14.6億噸,原油1.7億噸,天然氣300億立方米,水電2400億kWh,核電250kWh,進口石油4~6億噸,火電電力裝機容量2.9~3億kW(平均每年增加裝機容量1500kW)。據(jù)1997年統(tǒng)計,我國電廠熱效率為32.95%,電廠供熱效率為83.68%,能源轉換總效率為38.07%。采用熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)或稱總能系統(tǒng)(TES——Total Energy System),燃氣熱泵(GEHP)后,通過熱力學第一定律的熱效率分析和熱力學第二定律的效用率分析說明:由于利用廢熱,GEHP的綜合利用可達到80%~85%;若通過軸動力傳動熱泵,利用了低位熱能,故綜合熱效率可達到150%~170%。對于TES方式,實現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供后,其綜合利用率可達到65%~80%。《中華人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條將熱電冷聯(lián)產技術列入國家鼓勵發(fā)展的通用技術,促進了熱泵事業(yè)的發(fā)展。
2、環(huán)境保護政策
采用熱驅動熱泵,CO2 排放量亦明顯降低。通過改善熱泵性能,降低工質泄漏與使用新工質,熱泵將在環(huán)境保護上發(fā)揮更大的作用。
3、建筑節(jié)能法
實施《民用建筑節(jié)能設計標準》后,提高了建筑隔熱保溫性能,降低了建筑采暖能耗,結果是大幅度地降低了熱泵采暖方式的年運行費用,增加了熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。
4、城市能源結構的改變
大中城市人口集中,能源消耗量大,污染問題最突出,因此,必須實施國家能源政策,改善能源結構,提倡使用清潔優(yōu)質能源,限制煤炭的使用,這就為熱泵的應用創(chuàng)造了條件。
二、熱泵技術發(fā)展的現(xiàn)狀與展望
1、 熱泵技術的現(xiàn)狀
所有型式的熱泵都有蒸發(fā)和冷凝兩個溫度水平,節(jié)流采用膨脹閥或毛細管。只是壓力的增加有不同的形式,主要有機械壓縮式,熱能壓縮式、噴射蒸汽壓縮式。
目前我國熱泵發(fā)展有三種趨勢:
?。?)風冷熱泵型熱水機組發(fā)展迅速,1996年比1995年增長近二倍。
?。?)直燃式溴化鋰冷熱水機組發(fā)展較快,占全部溴化鋰吸收式熱水機組的56%。
?。?)房間空調器比重最大。熱泵型窗式、分體式和10kW冷量以下的單元空調機占總冷量的45%。
2、 熱泵技術發(fā)展的展望
技術發(fā)展總趨勢是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱泵和超級熱泵系統(tǒng)。例如機械壓縮式熱泵的發(fā)展將主要從以下四方面來進行:
?。?) 制冷劑側的熱泵控制。
(2) 壓縮機能量控制。
(3) 壓縮機設計
?。?) 新工質技術
三、熱泵市場發(fā)展的展望
自從我國政府1978年出臺改革開放、節(jié)能政策以來,長江流域經濟得到迅速發(fā)展,生活水平也獲得了大幅度的提高。這一地區(qū)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(shù)為40~110天)。根據(jù)上述原因,加以國外產品的大量進口,熱泵空調系統(tǒng)在中國的應用迅速增長,目前家用空調器總量60%為熱泵型甚至在較為寒冷的北京地區(qū),有許多用戶也喜歡在集中采暖期前后應用熱泵型空調機組來采暖,冬季供應熱水,夏季供應冷水的電動風冷機組在集中式空調系統(tǒng)中得到了廣泛的應用,今后的應用將更為普及。
我國建筑市場巨大,1995~2000年,預計每年全國城市新建住宅建筑面積約2.4億㎡,其中上海每年新建約1500萬㎡,北京約1000萬㎡,天津約600萬㎡,大連約260萬㎡。2000~2010年,每年新建住宅建筑面積約3.4億㎡。
我國工業(yè)余熱的資源很豐富,利用的潛力很大分布也很廣,如化工工業(yè)占8.8%,石化工業(yè)占30.9%,輕紡工業(yè)占4.0%。石化廠、造紙廠、制藥廠、冶金廠、食品加工廠和農業(yè)部門對熱泵的應用進行了開發(fā)研究,如木材采用了電驅動高效熱泵干燥機實現(xiàn)了工廠節(jié)能的目的;如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,取得了明顯的經濟效益,為今后熱泵市場的開拓創(chuàng)造了條件。
總而言之,節(jié)能始終是空調領域的重要研究課題之一,熱泵技術能提高能源利用率,是合理利用能源的典范,正因為熱泵的節(jié)能效益,才使熱泵在20世紀70年代后在空調領域獲得廣泛地應用與發(fā)展,業(yè)內曾將這一時期稱為熱泵發(fā)展的第一興旺期,并有人預言由于全球溫暖化問題成為世人矚目的焦點,人們要求減少溫室效應,也就是說:空調能源效率再次變得最重要,有人說熱泵是個拳頭技術,特別在風冷方面,這不是由于經濟問題,而是出于環(huán)境原因,根據(jù)預計,暖通空調行業(yè)將會經歷熱泵發(fā)展的第二次興旺期,我們應當從思想上作好準備,加強有關熱泵空調方面的研究工作,積極推廣應用熱泵空調。