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1、中國建筑供熱制冷的熱泵系統(tǒng)研究及應(yīng)用（大連民族大學(xué)）【摘要】熱泵技術(shù)充分體現(xiàn)了暖通空調(diào)中能量循環(huán)利用的原則，避免了傳統(tǒng)暖通空調(diào)系統(tǒng)中能源利用的單向性。與泵的原理類似，熱泵技術(shù)以高品位能源作為驅(qū)動能量，補償并提升低品位能源。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)中的利用熱源通常是低溫?zé)嵩矗捎脽岜眉夹g(shù)對于提高制熱性能系數(shù)有所幫助，因而暖通空調(diào)系統(tǒng)是應(yīng)用熱泵技術(shù)的理想領(lǐng)域之一。通過熱泵技術(shù)的有效利用，暖通空調(diào)系統(tǒng)中的高品位能源可以被大量的低溫可再生能源代。通過熱泵技術(shù)，儲存于土壤、水源、空氣的天然低品位能源或者源于工業(yè)生產(chǎn)、日常生活的廢熱就可以用于建筑物的供熱制冷及熱水提供。因此在中國暖通空調(diào)領(lǐng)域，熱泵系統(tǒng)被廣泛推廣2、應(yīng)用和研究發(fā)展，并且在系統(tǒng)的理論創(chuàng)新、實驗研究、產(chǎn)品開發(fā)和工程應(yīng)用等方面都取得了進(jìn)展。本文回顧了自二十一世紀(jì)以來中國在用于建筑物供熱制冷的熱泵系統(tǒng)領(lǐng)域中的研究、應(yīng)用及發(fā)展所取得的成就。【關(guān)鍵詞】熱泵 供熱制冷 研究應(yīng)用一、地表水熱泵系統(tǒng)（一）河水源熱泵對河水源熱泵，陳等研究了河水源熱泵在吉林省的應(yīng)用，吳研究了重慶的河水源熱泵工程。經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性分析，發(fā)現(xiàn)河水源熱泵系統(tǒng)有更好的經(jīng)濟(jì)性。此外，吳榮華等通過對不同系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保效果的定量計算，直觀清晰的論證了地表水源熱泵的節(jié)能和環(huán)保性能。在換熱器方面，吳榮華等開展了管式換熱方式的特性研究，包括換熱器的傳熱模型，阻力特性和經(jīng)濟(jì)分析。研究發(fā)現(xiàn)，初投資幾乎是3、相同的，但是管式換熱的傳熱性能的方法是更好的。具體方案如圖6。在實際工中，河水源熱泵系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。宋應(yīng)乾分析了閉式地表水源熱泵系統(tǒng)的特點、設(shè)計要求、系統(tǒng)選擇、傳熱過程等，給出最優(yōu)形式和距離以及冬季防凍措施。對于取水方案，包括新的取水構(gòu)筑結(jié)構(gòu)和能量轉(zhuǎn)換排放系統(tǒng)也已經(jīng)開展了大量的研究。（二）海水熱泵系統(tǒng)對海水源熱泵的研究也開展了大量工作。天津大學(xué)李鳳麗以秦皇島一個別墅會所為例，分析了海水源熱泵的可行性和經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為海水源熱泵有良好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能環(huán)保效益。李分析了海水熱泵系統(tǒng)集中供熱和冷卻時的運行能耗，討論了海水源熱泵熱量排放對環(huán)境的影響，最后提出一種新的經(jīng)濟(jì)環(huán)境評價方法（凈環(huán)境成本法4、），并提供一個案例。考慮到海水高腐蝕和其他特殊性，天津大學(xué)學(xué)者做了很多海水-乙二醇換熱器的研究工作，包括選擇合理的換熱器結(jié)構(gòu)形式、建立冬季凍結(jié)和不凍結(jié)兩種數(shù)學(xué)模型，并做實驗驗證換熱器模型。通過目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化方法選擇最低費用年值的換熱器。在實踐中，海水源熱泵系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)調(diào)查搜集了國內(nèi)20多個海水源熱泵系統(tǒng)，建立了一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。此外，青島科技大學(xué)，天津大學(xué)和其他高校比較了海水源熱泵系統(tǒng)與傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)，認(rèn)為海水源熱泵系統(tǒng)在建筑節(jié)能運行方面更加有利。針對系統(tǒng)運行后的海水腐蝕性、污垢沉積和其他特殊問題也開展了大量研究工作，并提出了一系列的防腐措施。二、污水源?岜孟低?污水被5、視為熱泵的可再生熱源的主要特征體現(xiàn)在以下幾個方面：廢水含有大量的熱能；城市每年要產(chǎn)生大量的廢水；每天可利用的城市污水排放量都是基本穩(wěn)定的；廢水溫度低于夏季室外空氣溫度，高于冬季室外空氣溫度，而且在整個供冷供熱季節(jié)里，廢水溫度波動很小。廢水溫度與地區(qū)、排放源和季節(jié)有關(guān)。相對于其他傳統(tǒng)的熱泵熱源（地下水、地?zé)帷⑹彝饪諝猓诠┡荆瑥U水從當(dāng)?shù)刈≌潘到y(tǒng)排出時表現(xiàn)出相對高的溫度（約10在哈爾濱，中國）。在夏天，城市排水系統(tǒng)的廢水溫度相對較低（約22在哈爾濱，中國）。因此，對于空調(diào)和熱水系統(tǒng)來說，廢水是一個很好的熱源/熱匯。在80年代初，污水源熱泵（SWHPs）被廣泛應(yīng)用在瑞典和挪威等北歐國家。在過6、去的二十年里，污水源熱泵因其相對高的能源利用率和環(huán)保效益收到廣泛關(guān)注。在我國，污水源熱泵的使用和研究開始于20世紀(jì)末，但發(fā)展速度非常快。最初的研究工作是由尹軍和他的同事們開展的。他們調(diào)查了污水源熱泵在日本的應(yīng)用，然后分析了我國的污水狀況，論證了我國污水源熱泵應(yīng)用的可行性。之后，許多污水源熱泵項目在國內(nèi)興起，包括北京、黑龍江、遼寧、河北、山東、天津。這些區(qū)域的建筑在寒冷的冬天需要一個長期（4個月）供熱。（一）廢水收集裝置兩個問題應(yīng)該解決WWSHPs的應(yīng)用程序：一個是，污水中含有大量的大尺寸污染物前必須清除污水流入換熱器；另一種是，即使污水過濾廢水收集裝置，表面的污垢將存款浪費水（污水）熱交換器經(jīng)7、過長期運行，影響傳熱和WWSHPs反過來會導(dǎo)致較低的性能。鑒于WWSHPs的應(yīng)用這兩個問題，一些研究者WWSHPs過去十年是從事在中國發(fā)展的兩種關(guān)鍵設(shè)備：（1）廢水收集裝置；（2）廢水熱交換器。廢水收集裝置開發(fā)中國WWSHPs列出如下：過濾器通過高速度與表面不斷再生水：這個設(shè)備在中國開發(fā)。這項技術(shù)被視為非常重要的進(jìn)步發(fā)展的廢水收集裝置。當(dāng)污水流經(jīng)過濾器的四分之三的地區(qū)，大尺寸污染物之外的攔截過濾器，但污水經(jīng)過過濾和進(jìn)入半截室。濾波器的旋轉(zhuǎn)，大尺寸污染物將四分之一的濾波器，因此他們可以刷新從表面的廢水從過濾器的四分之一。旋轉(zhuǎn)半球形過濾廢水收集裝置：對于與以前單位的區(qū)別，這與半球形過濾設(shè)備設(shè)計，配8、合，污水管道的進(jìn)口和出口是設(shè)計成斜橢圓管連接。這個設(shè)備可以避免短路的污水在進(jìn)口和出口處標(biāo)。旋轉(zhuǎn)套筒過濾廢水收集裝置：污水收集基于重力的設(shè)備。因此可以避免的溫水和冷水混合吸入管和排出管的孔。廢水收集裝置在開放類型：因為它是一個開放的循環(huán)，這個設(shè)備運行在普通的壓力，因此，要求材料強(qiáng)度低。通過這個設(shè)備壓降很小，這有助于減少水泵的負(fù)責(zé)人。因此可以節(jié)省運營成本。它可以避免動機(jī)密封的問題。（二）浪費水熱交換器 總的來說，目前使用的熱交換器在WWSHPs可以分為兩種類型：間接和直接。所有這些廢水熱交換器主要包括殼管式、板式和沉浸類型。在中國現(xiàn)有的熱交換器或原型WWSHPs列出如下：換熱器清洗功能強(qiáng)勁沖洗：該9、熱交換器是用于直接和淹沒WWSHP系統(tǒng)。一個額外的水泵用于這個設(shè)備提供高壓水噴水。高速水將注入管移除管的內(nèi)表面上的污垢。每個管的入口附近的水射流旋轉(zhuǎn)的中心軸旋轉(zhuǎn)，因此，高速水可以?_管。這個設(shè)備的功耗是高于其他種類的廢水上述熱交換器。換熱器污垢憐刪除：小球混合廢水中的碰撞傳熱表面的管，可以提高傳熱性能和消除管表面的污垢。殼管式熱交換器與去垢功能：這種換熱器是用于直接和干膨脹WWSHP系統(tǒng)。螺旋軸穿過所有的擋板，可以手動旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器外。軸的左端是支持軸承固定在蒸發(fā)器的左端。軸的右端通過一個密封軸承的右端固定到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器，手動旋轉(zhuǎn)輪安裝。螺母固定到每個獨立擋板中間點，通過擋板連接到螺旋軸。因此10、，這些擋板可以移動水平兩個方向的軸是手動旋轉(zhuǎn)，和橡膠層的擋板可以刮掉管表面的污垢。三、結(jié)論在21世紀(jì)，熱泵的快速發(fā)展不僅是為了解決能源問題，還要解決環(huán)境問題。如果時間從1970年代末到1990年代初可以被視為第一個熱泵發(fā)展的繁榮時期，能源效率成為重要的因為需求減少溫室效應(yīng)在21世紀(jì)。由于環(huán)境影響，熱泵技術(shù)將體驗第二個繁榮和可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)生態(tài)HAVC的邏輯和綠色化。因此，近年來，應(yīng)用熱泵技術(shù)獲得了快速發(fā)展，已顯示出一些新特性不同于其他國家和地區(qū)在這個快速發(fā)展時期：（1）熱泵加熱和冷卻系統(tǒng)的應(yīng)用在民用建筑的建筑發(fā)展迅速。（2）熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用范圍已從中小趨勢公民（低于10000?O）一些大型建筑集11、團(tuán)（近一百萬?O）。（3）GSHP的研究是基于實際項目的應(yīng)用程序在中國，和在應(yīng)用程序中探索經(jīng)驗來解決這個問題。然而，基礎(chǔ)研究缺乏，自主創(chuàng)新的能力是不夠的。（4）一些研究人員認(rèn)為淺層地?zé)崮苁且环N資源，低溫?zé)嵩碐SHP基于淺層地?zé)崮苜Y源和淺層地?zé)崮苜Y源在中國被廣泛使用。基于這一觀點，GSHP的發(fā)展在中國被認(rèn)為是過于樂觀。這些新的特點和問題將帶來一些不確定性和不可預(yù)測性的熱泵技術(shù)在中國的應(yīng)用。因此，熱泵在中國的快速發(fā)展迫切需要一些基礎(chǔ)理論的支持，它可以幫助尋求最優(yōu)或更好的方法在中國開發(fā)熱泵技術(shù)。參考文獻(xiàn)：1王大華.地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用J.科技與企業(yè). 2012，（01）.2高源.地源熱泵在建筑節(jié)能中的應(yīng)用J.中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2012，（09）.3郭彬，陳九法.地源熱泵地下?lián)Q熱器性能測試的研究J.制冷與空調(diào)（四川）. 2012，（02）.4鄧麗娟.淺談地源熱泵技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展與應(yīng)用J.合作經(jīng)濟(jì)與科技. 2012，（10）.5謝昊.地源熱泵技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用J.連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2012，（01）.