集中供热项目高温水源热泵应用研究

穆锴

（天津港生活服务中心，天津 300000）

高温水源热泵就是近期发展起来的一项解决余热回收的有效技术，它利用各种工业废水中的余热来制取70～90℃热水，可以直接用于供暖和普通工业加热，我们利用高温水源热泵回收凝结水或地热水的余热进行二次加热，使能源的热量得到最大限度的利用，从而减少蒸汽或地热水供应量，探索一条节能降耗的新途径。

1 高温热泵技术简介

热泵是通过少量的高品位电能的输入，经过热力循环，把热能由低温物体转移到高温物体的能量利用系统，整个热泵装置所消耗的功仅为供热量的三分之一或更低，这也是热泵的节能特点。高温水源热泵是热泵的一类，它利用各种工业废水中的余热来制取70～90℃热水，可以直接用于供暖和普通工业加热，它与制冷设备系统的运行原理是一样的，主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将废水中的余热转移到供暖系统中，其工作原理如下：

2 高温水源热泵与其它热泵技术的比较

目前，商用和民用热泵技术在国内外已相当普及，以其高效、节能、环保、利用可再生资源等众多优势在近几年得到了迅速的发展。随着热泵技术的不断成熟和应用，其中主要包括地源热泵、空气源热泵及海水源热泵，很好地解决了局部小面积供暖、洗浴的问题。高温水源热泵是水源热泵的一种，其应用范围、运行工况、运行成本都区别于其它热泵，主要特点如下：

2.1 应用范围

一般热泵机组由于压缩式制冷技术在工质和冷凝温度等的局限性，在制热工况下的出水温度一般最高只能达到55℃左右。对于新建的建筑，可以在末端系统设计中按此温度考虑。但是在单纯更换主机的中央空调改造项目、散热器采暖系统锅炉改造项目、工业废水余热利用项目以及热水供应系统中，55℃的供水温度已经不能或不完全能满足系统的使用要求，高温水源热泵的最高出水温度可以到达75℃，其应用范围更广。

2.2 运行工况

一般热泵机组受热源环境的影响，运行工况不稳定：空气源热泵会因为天气的变化，降低机组的工作效率；地源热泵会受到地下水腐蚀、水位下降和地埋管效率衰减的影响，造成热泵机组制热能力下降；海水源热泵的换热设备与海水直接接触，海水会对设备造成比较大的腐蚀，而且受港口泥沙较多的影响海水的循环量可能逐年减少，热泵机组的工作效率和使用寿命都会受到影响。高温水源热泵的热源来源于天津港的蒸汽凝结水或地热水，其温度不受环境影响，而且一般对机组设备的腐蚀性小，机组的运行工况稳定，系统的工作效率高。

2.3 运行成本

采用高温热泵采暖系统由于利用的是工业废水的余热，属于能源的回收再利用，可以不考虑热源的成本费用，其运行费用相对较低；高温热泵供暖系统可以直接使用铸铁散热器，不用对供暖系统的末端进行二次改造，不发生风机盘管设备的投入、运行、改造和维修费用；凝结水对设备的腐蚀性较小，机组和管道不需要每年清洗防腐，因此，每年系统的保养和维修的费用也相应降低。

3 高温水源热泵的应用方式

高温地源热泵技术作为一种高效、环保、节能的供热制冷技术可以应用于所有的采暖空调和热水供应系统，充分利用能源，提高综合利用效率。集中供热项目会产生大量60℃以上的蒸汽凝结水，利用高温地源热泵回收蒸汽凝结水中的热量向系统供热，降低其排放温度，提高能源利用率，减少地热水的使用量。高温水源热泵的应用既可以单独向供暖系统的一个部分供暖，也可以利用热泵升温后向整个系统供暖，参考系统简图如下：

4 高温热泵选型参考

相对于输出温度55℃以下的热泵技术，高温地源热泵热泵供热温度达到70℃以上，虽然在供热出水温度上只有十几度的提高，但对于热泵技术来说却是一个极大的突破，一般的地源热泵机组在该工况下，性能会极大衰减甚至无法运行，因此高温热泵产品对设备零部件的选择和制冷剂的使用都有很高的要求，并需要保持较高的运行效率和稳定的运行状态，我们在进行设备选型时要注意以下几点：

4.1 压缩机的选择

由于高温热泵的冷凝温度可达70-90℃，相应压缩机的排气温度也会很高，国内厂家无法达到要求，因此尽量选择国外专业压缩机生产厂家的成熟产品。螺杆式压缩机结构简单，没有阀片、活塞环等易损件，维修简单，使用可靠，因此热泵机组压缩机一般选择螺杆式，降低排气温度对热泵机组的影响。

4.2 热泵机组性能的选择

高温水源热泵机组的选择上应该充分考虑机组系统工作的额定运行参数，冷凝压力在2.4MPa 以下，以使目前大多数系统部件可以承受；蒸发压力在0.1MPa 以上，以免在系统中形成负压；机组整体工作能效比高，具有高的COP。机组的工质应选择特殊的高温制冷剂，对环境危害小，无毒、不可燃；并应考虑系统润滑油的性能，保证压缩机在高温运行时不会产生化学变化，增加系统的可靠性，延长系统和压缩机的寿命。

4.3 循环系统的设计

在设计热泵供暖系统时，应该考虑在不影响热泵系统工作效率和供暖系统进出水温度的前提下，尽量降低进入蒸发器热水的温度，使机组的工作温度得到有效的控制，可以在蒸发器进水端加装温度控制阀控制热水流量，并应用变频循环水泵。如果条件允许高温水源热泵系统中采用多路独立制冷循环系统，共用一个水循环系统，可以降低设备的冷凝工作压力，增加系统的可靠性，延长系统和压缩机的寿命。

4.4 系统控制的选择

热泵机组的自动保护是高温热泵机组控制系统非常关键的组成部分，自动保护的内容必须要有吸排气压力保护、油压差保护、排气温度保护；对于蒸发器和冷凝器还应设置水流开关及断水自动报警，保证制冷系统的稳定工作。采用平均压缩机运行时间的优化控制模式，保证整体机组的长时间高温稳定运行和使用寿命，根据热源温度调节高温热泵运行工作状态和条件。

5 结束语

高温水源热泵技术作为热泵技术的一种突破，它的出现填补了热泵技术的一项空白，进一步拓展了热泵技术的应用领域。虽然目前国内的应用实例也比较少，而且高温水源热泵技术还存在机组价格昂贵、设备配件的要求较高以及国内生产技术还不成熟等问题，但是高温热泵在工业废水余热利用领域有着广阔的发展空间，尤其在欧美石油企业的应用非常普遍。我们以超前的意识研究高温热泵在天津港的应用，充分提高资源的综合利用效率，降低常规优质能源的使用，对于企业的可持续发展具有积极意义。

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