(1)制冷剂的选择
与普通制冷回路相比,热泵工作的条件更为不利。在宽带的条件下,制冷剂质量流量的主要变化范围比大约为1--10。而且热泵的冷侧和热侧的温度几乎是不一致的,即增加了热源的温度结果使冷凝温度减少了。这种作用不仅对制冷剂的质量流量,而且对压缩机能量的消耗以及系统的加热容量都有影响。至今,热力膨胀阀仍是最常用的一种控制设备。制冷剂流量控制的趋向是倾向于设计新的具有特殊动力和适应范围广等特点的膨胀阀。
(2)压缩机能量控制
为了加热的目的,热泵与加热需要相匹配是最困难的问题之一,特别是利用室外空气为热源时,难度更大。至今已采用的控制方式有:启/闭操作,汽缸卸载;供热采暖网使用几台压缩机,单壳压缩机,换向极电机,连续速度控制等。其中变频控制技术具有简单、便宜和启动可靠,适用于所有类型压缩机(敞开式、封闭式等)的优点。
(3)压缩机设计
往复式压缩机,在现代的设计概念中已不可能作更多的改进。但涡旋式压缩机将为热泵的发展做出贡献。新型的螺杆式压缩机和离心式压缩机是适用于热泵工作的。
(4)新工质技术
根据目前的研究成果,CFSs和HCFCs工质的替代物可以分为三类:HFCs工质,氨和丙烷,其它工质。当前,首选的为HFCs替代物。由于纯工质往往不能满足热泵工质所需的各项条件。因此,使用二种工质的混合物或者多元工质的混合物。如:低工作压力下选HFC134a;与HCFC22工作压力相近选HFC32/125/134a;在高工作压力下选HFC32/125。
2.吸收式热泵是利用少量的高温热源,产生大量的中温有用热
目前,吸收式热泵使用的工质为LiBr--H2O或NH3--H2O,其输出的最高温度不超过150℃。
吸收式热泵的发展趋势:应用新的工作循环(例如多级循环)和开发新的工质,以克服Li--Br--H2O或NH3--H2O工质所存在的缺陷。
吸收式热泵可利用工业余废热作为能源,耗能很少,几乎不耗费电能。因此,我国自80年代末开始进行该方面的研究,其工作主要集中在以下几个方面:
(1)机理性研究。广州能源研究所对降膜吸收过程传热传质机理进行了深入研究,提出了凝结式降膜吸收理论,揭示了吸收过程动量、热量、质量传递相互偶合机理。
(2)适用于不同制冷要求的不同循环的研究。利用余废热的Ⅰ、Ⅱ型单级(多级)热泵循环;用于制取高温的Ⅱ型单级(多级)热泵循环。
(3)高温热泵循环工质的研究。探索工质包括:水、甘油,水、乙二醇等。
(4)应用性研究工作。
3.压缩--吸收式热泵将蒸汽压缩循环与吸收式循环合为一体
工作重点在于应用新的工作循环以提高温度,以及开发比NH3--H2O工质性能更优越的新工质。压缩--吸收式热泵既减少了电能的耗费又克服了吸收式热泵效率低、系统复杂、体积庞大等缺点,在能源短缺和环境污染危及人类的今天,这项高效节能技术的应用无疑是一件令人欢欣鼓舞的事情。
我国热泵市场发展的展望
1.热泵市场发展的有利因素
(1)中国的能源政策和环境保护政策是促进热泵技术迅速发展的最主要因素。在改善能源结构、减少污染严重的煤炭消费比重、提高石油、天然气和水电等优质、少污染能源的比重要求下,以热泵代替燃煤锅炉采暖将使二氧化碳排放量减少。
(2)在我国北方地区,大多以燃煤作为采暖的基本方式,且以往电力缺乏,电价较高,因此热泵技术在建筑环境中的应用与推广是比较困难的。但自从改革开放以来,长江流域经济得到迅速发展,生活水平也得到了大幅度的提高。供热采暖网这一地区的气候特点是夏季炎热,冬季不太冷(一月份平均室外温度变化范围为0--10℃,年平均室外温度低于或等于5℃的时间为0--90天。七月室外平均温度范围为25℃--30℃,年平均温度高于25℃的天数为40--110天)。因此,在这一地区使用热泵型空调机组是比较合适的。加之政府的节能政策的推动,很多单位和家庭也采用了热泵机组。国外产品的大量进口,热泵空调系统在我国的应用迅速增长,目前家用空调器总量有60%为热泵型的。另外,冬季供应热水,夏季供应冷水的电动空冷机组在集中式空调系统中得到了广泛的应用。
(3)我国建筑市场巨大,1995年--2000年,每年全国城市新建住宅建筑面积约2.4亿me2,其中上海每年新建约1500万me2,北京约1000万me2,天津约600万me2,大连约260万me2。2000年--2010年,每年新建住宅建筑面积约3.4亿me2。更多的热泵采暖机组将会拥有更加广阔的市场。
(4)我国工业余热资源丰富,利用潜力大、分布广,如化工工业占8.8%,石化工业占30.9%,轻纺工业占4.0%。石化厂、造纸厂、制药厂、冶金厂、食品加工厂和农业部门对热泵的应用进行了开发研究,如木材厂采用电驱动高效热泵干燥机实现了工厂节能的目的;石化厂广泛采用了蒸汽喷射式热泵回收生产过程中的余热用于生产和生活,也取得了明显的经济效益,为今后热泵市场的开发创造了条件。
2.热泵市场发展的展望
(1)建筑业应用热泵的展望
热泵适用区为过渡区和部分集中采暖区,该区包括上海、江苏、浙江、山东、安徽、湖北、河南、福建及湖南的部分地区,据预测,该地区2000年城镇房屋建筑面积38.5亿me2,其中住宅20.7亿me2,(约占53.8%)。公共、商业建筑6.5亿me2(16.9%)。从中国经济发展形势来看,该地区至2000年空调普及率约为10%,预测的各种建筑的需热量和热泵供热量见表1。2000年我国房间空调器需求量约为1000万台,其中包括制冷量在10kW以下的单元空调机,空调用总制冷量约为3500万kW。
住宅对既能采暖又能空调的热泵要求愈来愈迫切。适合家用的热泵机组有:风冷式分体型机组,包括煤气采暖、电气空调机组;风冷式热泵机组;风冷式空调机组(单冷型);风冷式整体型机组;水源热泵机组。预计这类机组将会有较快的速度增长。据预测,九五期间吸收式溴化锂制冷机预计将以8%--10%的速度增长,即市场需求量将以每年200--250台速度增长,至2000年,全国的需求量约为4000台。
(2)工业中应用热泵的展望
工业中应用热泵的潜力很大,据预测,至2003年工业中应用热泵的数量为:化工行业约300台;食品行业约150台;纸浆造纸约130台;农业约5--10台;冶金行业约150台,木材干燥约400台及制药行业约100台。从其中可以看出热泵的应用潜力很大。
从我国当前的基础和技术力量出发,仍应优先开发电动压缩式热泵;民用方面,应侧重发展公共事业上应用的空调和供热双功能热泵,逐步取代单功能空调机。工农业方面,应强调因地制宜,注意经济论证和可行性研究,在难度小、节能显著和具有多种效益的领域逐步推广。从长远出发,应大力发展吸收式热泵,研究化学式热泵;应组织力量,增加科研经费,进行技术攻关。