热泵技术及在钢铁企业应用分析.pdf

热泵技术及在钢铁企业应用分析 北京首钢设计院 胡学毅 摘要：本文简述了空气源热泵、水源热泵、地源热泵技术的发展和应用。并结合工业厂房水泺热 泵的应用，进行了工业冷却水源热泵的技术经济分析；对含有大量低温热量的冶金工业冷却水进行 了供热供冷的可行性分析． 关键词：空气源热泵水源热泵地源热泵 工业冷却水制热系数 1前言 热泵是通过消耗一定机械功，能从自然环境中吸取热量的设备，由于它能把不能直接利用的低 温热源(如空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等)转换为可利用的高品位热能，从 而达到利用少量的高位能，节约大量高位能(如煤、燃气、油、电等】的目的。由于热泵具有节能 作用同时能降低温室效应和减少对大气的污染，所以热泵技术成为当今世界节能环保最有发展前景 的技术之一。 2各种热泵技术 以低温源来分热泵技术，可分为空气源(各种气源)、水源(各种水源)、地源、太阳能等以及 它们的组合技术。 2．1空气源热泵 空气源热泵以大气作为热源或冷源，即夏季热泵通过冷凝器向大气排热同时通过蒸发器向室内 供冷；冬季热泵通过蒸发器向大气吸热同时通过冷凝器向室内供热。空气源热泵主要有两种机型， 供冷热风的机组或提供冷热水的机组，有的机组在供冷的同时还能提供热水。空气源热泵主要适用 在长江流域区域，在北方地区由于气温低和结霜除霜损失的原因，使热泵的制热效率下降，但是随 着空气源热泵机组本身性能的提高，作为全年空调冷热源的空气源热泵机组，已应用于北京、天津 等北方地区，所选择的热泵机组提供的冷量有点偏大，基本不用另加辅助热源，当然设备初投资和 运行费用要高一点．越往北越高，应傲技术经济分析后确定是否经济合理”’。 解决寒冷地区采暖可采用双级热泵，一级为空气源热泵热水机组，提供lo一20℃温水，二级为 水源热泵供热系统，提供40一50℃热水，双级热泵供热期平均制热系数COP将会远大于2Ⅲ。 2．2水源热泵 水源热泵冷凝器和蒸发器与水源进行热交换．而且水源的水温比较稳定，夏季比空气源低，冬 季比空气源高。所以制热系数比空气源熟泵高的多。一种水源熟泵空调系统称为水环热泵，是把各 水源热泵作为终端设备安装在空调房间内或各个区域内，把各水源热泵机组的供回水管连接起来， 组成一个循环系统，外部设备有封闭式冷却塔、辅助加热器(如锅炉等)。这种水源热泵系统大多用 在地上地下建筑内，特别是在建筑物外区需要供热而内区又需要制冷。在供热制冷同时需要的空调 系统，能起到很好的节能作用，与风盘集中空调系统比可以节能8096以上，在没有内外区的建筑使 用也能达到15％的节能效果。当然也可以采用空气源热泵代替冷却塔和辅助加热器，对循环水的温 度进行调节，满足水环热泵的最佳工作需要。 提供水源热泵的水源种类是十分丰富的，其中地下水源热泵，在国内的应用也已达到一定的规 模，当前主要要解决的是地下井的回灌技术问题，防止水源的浪费和受到污染”1。地下水是一种优 质淡水源，随着地下水源的日益枯竭，国家是限制大规模使用地下水源，因为地质环境问题的出现， 一J3I一 往往是灾难性．无法恢复和弥补的。因而转向采用地下埋管的“闭式”地源热泵。 2．3地源热泵 地源热泵一次投资要比风源热泵高10—20％，但其制热系数COP可达到3．5-4．4，比传统的空气源 热泵要高40％，因此其运行费用为普通中央空调的50-60％，不到4年时间，即可收回增加的初投资， 而且维护费用也低于其他空调系统。由于地源热泵具有节能和环保的双重效益，被列入21世纪最有 发展前途的新技术…“…。 热泵可利用的水源除了地下水，还有地上的江水、湖水、海水，另外还有大量工业的和民用的 废水和污水。工业上有浊循环水和净循环水，这些水在工业过程中带走大量热量：民用的城市污水， 城市社区产生废热40％含在水中。北京市已建中水设施250多个．在建的有100多个，已投入运行 的有160多个，中水处理能力达到每天4万立方米。2004年．本市市区污水再生利用率将达到20 ％，2005年计划达到30％，2008年将达到50％．中水水质达到《城市杂用水水质标准》，因为水质 好，可以不设过滤器，直接被水源热泵利用，换热过的水温差5℃，可以继续作为中水利用。如果 按50％节能的建筑耗热量指标20．6W／m2计，每天4万立方米中水可供47万m2建筑物采暖。 3工业冷却水源热泵技术应用的探讨