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热泵技术是实现环保发展的一项不可或缺的先进技术

热泵作为制冷空调行业一个新兴的产品类别,通过最近几年的国家和地方政府的大力支持和激励,在替代传统燃煤供暖等场合的应用越来越多。

“双碳”目标是我国能源发展的巨大机遇与挑战。实现碳中和就必须推进能源转型,推动能源系统从以化石能源为基础的碳基能源转为以可再生能源为基础的零碳能源,热泵作为一种由电力驱动的可再生能源设备,获取环境介质、余热中的低品位能量,提供可被利用的高品位热能,热泵每消耗1份能量,可以获得3倍甚至更多的热量,很大程度上提高了能源的利用效率,是一种高效节能的清洁能源产品。另外,采用热泵技术进行热回收,以及采用不同的技术对余热热源进行充分利用,可为国家有效节约大量能源资源。热泵不仅能够同时兼顾夏季制冷和冬季供暖以及热水制取,还可以在工农业生产、国防建设等国民经济的诸多领域发挥作用,应用潜力巨大。

空气能热泵

热泵机组的应用热泵机组是以水/土壤/空气/工业余热/污水为热源进行热泵型制热的空调装置,热源可以是江河湖水等地表水以及地下水和土壤等。热泵作为一种节能环保的解决方案,一定能够发挥应有的积极作用,为国家的环境保护和民生保障做出更多的贡献。工业生产方面,大量的轻工业生产,包括纺织业、食品、皮革等利用热泵机组替代工业生产中的燃煤锅炉,可有效实现低碳生产。

工业领域中的干燥环节,热泵也可以在其中制备所要求的热量。如农副产品干燥、彩色印刷品的油墨快速干燥等。使用热泵作为热源,提高了工艺控制精度、环境的洁净度和产品质量,且其运行费用接近燃煤锅炉,综合经济效益优于燃煤。还有一些肉类加工厂,可以回收冷库制冷余热,再通过热泵提升温度,制备生产用热水和蒸汽;食品加工厂可以提取产品冷却过程中的排热,利用热泵升温,制备生产用蒸汽;还有印染业、纺织业、制革业、造纸业、制药业等都有可能利用热泵从排出的热湿空气或热水中提取热量,制备生产较高温的热量。建筑用能方面的应用,北方城镇建筑冬季供暖的热量需求每年大约在50亿吉焦左右,目前主要由燃煤燃气热电联产和燃煤锅炉(占比约80%)提供,还有各类燃气锅炉及电动热泵(占比约5%)。随着城镇化的发展,供热负荷飞速提升,电动热泵的应用还有很大的增长空间。

同时,热泵还可以为集中供热无法抵达的地区提供供暖热源,尤其是长江以南,一年需要供热的时间只有两三个月,不适合建立庞大的集中供热管网,热泵就是解决冬天供热的最好方式之一。尤其是建筑保温性能不断改善,需要的热量越来越少,集中供热可能并不经济,电动热泵分布式供暖便能发挥其优越性。在农村分散的低密度建筑中,用地源热泵,以“部分时间、部分空间”的方式来供暖最合适。

空气能热泵

生活热水制备。

生活热水一般在50摄氏度左右,这是电动热泵的适用范围。当COP值(通过热泵一度电能提升多少度热量)等于3时,电价为0.90元/千瓦时,其能源费用低于燃气3元/标立方米的燃气热水器。

水(地)源热泵具有能效高、运行稳定的特点。对于地下水、地表水和土壤等不同热源的机组,具有不同的优点和缺点。

1) 地表水源热泵地表水源热泵一般仅适合靠近水源的需求场合,地表水源热泵根据水源的不同,可以分为海水源、江湖水源等。就海水源热泵来说,海水的腐蚀性比较强,换热器需要采用特殊的材料,并且海水源距离使用场合一般都比较远,需要解决长距离输送的问题。针对江湖水源热泵,根据《中华人民共和国水法》和各地方的《城市用水管理条理》,均要求调用水审批,用水收费,有些地方将水源的抽取和排放两次收费,导致水费偏高,使得水源热泵的运行节能费用不足增加水费。水源热泵的推广需要政府从可持续发展的角度,综合能源、环保和资源各个方面的考虑,调整地表水源热泵水源使用的政策,需重新确定水源如何管理和收费;同时江湖水源热泵应用还涉及规划、市政、航道、海事等多个部门,涉及众多的审批环节,需要建立相应的协调联动机制,才能促使其进一步发展。

2) 地下水源热泵对于地下水式的水源热泵,需要大量集中开采地下水,一般地下水埋藏深度大、取水成本高,同时地下水在利用过程中还需要防止遭到污染以及地下水水位下降造成地面沉降。回灌技术同时也具有如下缺点和问题:回灌跟地质条件密切相关,建造合适的回灌井有难度、费用高;回灌压力高;地下水污染和回灌流体泄漏到地表面;生产井化学性质的改变等。目前,地下水使用受到国家的严格管制,例如北京市先后出台了《北京市实施<中华人民共和国水法>办法》、《北京市水污染防治条例》等政策,严格限制地下水的开采和使用。

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3) 污水源热泵近年来,污水源热泵的发展在国内也有了长足的进步。污水源的水温适合热泵,但是污水成分复杂,需要解决换热器脏堵的问题,并且系统容易滋生细菌,需要长期的监测,污水源热泵机房也需满足卫生防疫要求。4) 土壤源热泵对于地埋管式土壤源热泵,在北方地区以供热为主,存在土壤源热泵长期热不平衡问题,冬季的取热量大于排热量,这样会导致土壤温度的长期持续下降,造成系统性能的衰减甚至无法运行。目前对于热不平衡所采取的措施主要就是通过减少取热或者辅助设备进行补热,例如锅炉补热、太阳能补热及空气源热泵补热方式。另外,地埋管方式需要占用大量的空间,在制定系统方案之前需要对项目进行地质勘察,以确保有足够的空间进行地埋管的铺设,同时也应考虑土壤源热泵的初投资成本较高的问题。

未来发展展望

热泵作为制冷空调行业一个新兴的产品类别,通过最近几年的国家和地方政府的大力支持和激励,在替代传统燃煤供暖等场合的应用越来越多。根据目前热泵应用的经验来看,根据用户的供暖、供热水和制冷空调的各种需求,结合建筑特征、气候环境变化以及热泵的节能环保优势,配合系统、末端进行综合改造治理,提供合适的综合技术解决方案具有极大的节能价值和潜力。而未来清洁供热之路,更需要统筹进行规划管理,因地制宜地选择可再生能源作为热泵的热源,重视和推广各种能源的综合利用,把空气源、污水源、海水源、江湖水源、余热和废热、太阳能等适当的组合利用,克服热源单一的缺点,从而充分提高供热供冷的综合集成效率,取得最佳的节能效益。

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