热泵技术知识详解及应用案例

一、热泵技术原理 热泵是将低品位的热能转化成高品位热能的一种设备，热泵一般采用电能驱动，由低温热源(如周围环境的自然空气、地下水、河水、海水、污水等)吸热能,然后转换为较高温热源释放至所需的空间(或其它区域)内。热泵装置即可用作供热采暖设备,又可用作制冷降温设备，具有热效率高、运行费用低、无废弃物、对环境温度要求不高等优点。热泵装置主要由压缩机、散热盘管(俗称冷凝器)、膨胀阀、吸热盘管(欲称蒸发器)四部分构成。 二、热泵技术适用领域与分类 热泵技术广泛应用于农业、工业、建筑等领域。农业领域主要应用在海水养殖业、温室领域用于制热，肉类、乳品加工和储存的冷却和制冰;工业领域主要应用在产品的蒸发、干燥，液体的浓缩、脱水、蒸馏和制冷，工艺过程的热回收等领域;建筑领域主要应用在中央空调系统，实现采暖和制冷。 热泵按工作原理可分为压缩式热泵和吸收式热泵，按供热介质不同通常可分为水源热泵、地源热泵和空气源热泵三大类。 三、重庆市推广热泵技术的市场前景 第一，重庆市建筑能源消耗现状 重庆市地处夏热冬冷地区，全市3.38亿平米既有建筑属高能耗建筑，全市住宅和公用建筑空调的年电耗达66.44亿千瓦时，占全市用电总量的8%，其中冬夏季空调使用高峰期用电负荷达全市用负荷的40%，热泵技术的应用是重庆市既有建筑节能改造的主要方向。 第二，热泵技术在重庆市建筑领域应用的市场前景 未来几年，重庆市建筑行业应用热泵技术的潜在产值在20亿左右。其中：住宅年增长量3500万平方米,按照1/3的建筑采用热泵系统，单位投资160元/平方米计算，年产值规模为18亿元左右;商业建筑年增长量300万平方米,按照1/3的建筑采用热泵系统，单位投资300元/平方米计算，年产值规模3亿元/年左右。 第三，水源热泵是重庆市发展热泵技术的主要技术路线 一是水资源丰富。重庆市水资源可分为江水资源和污水资源，一方面，重庆市江水资源总量年均超过5000亿立方米，其中绝大部分为地表水，且可利用的低位热能资源巨大，适合发展水源热泵。另一方面，重庆市污水量大且稳定，鸡冠石、唐家沱、渝中三大污水处理厂年污水量达130万吨/天，有多个一级干网接入口污水排放量可达10万吨/天，污水全年温度为16～26℃之间，适宜热泵系统的工作，污水源和江水源相比扬程更低，节能效果更好;二是重庆市发展水源热泵应统筹考虑江水和污水资源，政府统一规划布局长江和嘉陵江的江水源取水点，统一规划城市建设密集区应用污水源热泵系统的污水换热站;三是发展区域性水源热泵供热中心，通过集中布置共用水源取水点，建设水源的区域化供应中心，有效降低水源热泵的一次性投资。 四、重庆市热泵技术应用案例介绍 第一，重庆邮电大学学生公寓空气热泵集中供热工程 重庆邮电大学三栋学生宿舍共有1.5kW电热水器414台、2kW电热水器128台，总功率887KW。采用空气热泵对三栋学生宿舍进行供热改造，建设集中供热系统，安装5台9.2kW热泵、1台6.4kW热泵、6台0.55kW循环泵、6台1.5kW加压泵，总功率65kW。项目总投资100万元，三栋学生宿舍年耗电由改造前的47.35万千瓦时下降为14.8万千瓦时，年节电32.55万千瓦时，节电率达68%。 第二，重庆大剧院江水源热泵项目 重庆大剧院水源热泵集中空调系统设计冷负荷103012kW，设计热负荷45000kW;供冷采用电制冷+江水源热泵+冰蓄冷，供热采用江水源热泵机组。两台双工况机组，单台机组制冷量为7385.7kW，制冰量为4572.1kW;三台热泵机组，单台机组制冷量为7034kW，制热量为7350kW。系统采用嘉陵江水作为热源和冷源。 目前，重庆大剧院江水源热泵供冷供热面积为9.8万平方米，与采用普通冷水机组+锅炉中央空调系统相比，全年替代常规能源量1502吨标煤，年减排二氧化碳3710吨、二氧化硫30吨、粉尘15吨，年节约运行费用152万元。 五、日本热泵技术应用经验介绍 日本是目前推广热泵技术最为普遍的国家，其技术在国际上处于领先地位，空气源(风源)热泵、海水源热泵是日本应用最广的热泵技术。日本在推广热泵技术方面，主要采取了以下三个方面的措施： 第一，修改节能法，更注重用电需求均匀化 2013年日本开始实施新节能法。新节能法增补了用电需求均匀化和建筑材料实施领跑者制度两方面内容。一是用电需求均匀化要求全国缩小因季节和时段变化而导致用电量的大幅变化，具体措施就是要减少夏季和冬季白天的用电需求;二是将有助于提高住宅、楼宇能效的建筑材料增补为领跑者制度的新对象。以上内容的实施增加了日本对热泵技术的需求。 第二，采用资金补助 日本政府和部分企业对采用地源热泵的系统进行补贴，如东京、大阪对使用地源热泵系统进行资助补助;北海道电力公司对使用地源热泵系统供热进行补贴;一些住宅开发商也对此系统单独提供补贴。 2015年，日本政府补助全年一次能源消费量为净零能耗的住宅/建筑物等项目，总资金额度150亿日元;对采用地热和冰雪能等冷暖气设备的商业设施等项目进行支持，总资金额度80亿日元; 对于有机整合多个可再生能源资源、蓄热槽、污水、河水等公共设施，新建“高度利用可再生能源复合系统”的企业进行补贴，总资金额度16亿日元。 第三，热泵技术推广应用与蓄热系统并重 在多个行业领域推广多种热源的热泵技术的同时，利益蓄热系统，通过用电负荷均匀化来应对高峰用电，错开热源运用高峰，提高系统的效率，扩大未被利用能源的利用量。