穆偉建 魯炳良

荏原冷熱系統(tǒng)（中國）有限公司 山東煙臺 264000

因氣候條件的特點所影響，供熱成為了我國北方地區(qū)居民正常生活不可缺少的條件。現(xiàn)如今集中供熱已經(jīng)從城市發(fā)展到了中小城鎮(zhèn)。與此同時，集中供熱消耗的能源也不斷增加，我國目前集中供熱消耗的能源絕大部分都是不可再生的化石能源，利用熱泵技術使集中供熱更多的利用可再生新能源具有重要意義。

1 熱泵系統(tǒng)工作原理

熱泵系統(tǒng)工作原理熱泵系統(tǒng)由熱交換機、壓縮機、保溫水箱、軸流風扇、過濾器、水泵、儲液罐以及電子控制器和電子膨脹閥構成，在系統(tǒng)運行過程中，從自然界獲取低位熱能，進而通過電能做功，將低位熱能轉(zhuǎn)換成為高位熱能，以此為熱能用戶提供足夠的熱能供給。熱泵系統(tǒng)在接通電源之后，軸流風扇進行運轉(zhuǎn)，室內(nèi)空氣何以通過蒸發(fā)器與室外空氣進行熱交換，同時通過排風系統(tǒng)將降溫后的空氣排除。與此同時，蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)通過吸熱之后進入壓縮機，從而將低壓氣體轉(zhuǎn)換成為高壓氣體，進而將轉(zhuǎn)換之后的高壓氣體輸入冷凝器，水泵系統(tǒng)循環(huán)中的液體則可以通過冷凝器完成加熱工作，之后送到用戶方以供其利用，在此過程中，熱泵中的工質(zhì)可以冷卻成為液體，進而通過降溫后送入蒸發(fā)器進行循環(huán)利用[1]。

2 熱泵供熱方式分類確定

熱電廠蒸汽資源充足，可采用節(jié)能效果較好的蒸汽吸收式熱泵機組。根據(jù)熱泵機組在熱網(wǎng)中位置的不同，分為分布式熱泵供熱方式和集中式熱泵供熱方式，由于循環(huán)水供回水溫差小，無法實現(xiàn)遠距離輸送，因此選用集中式熱泵供熱方式。集中式熱泵供熱方式又可分為以下幾種。

2.1 集中式熱泵供熱方式

熱泵產(chǎn)生的熱水，送出電廠進入熱用戶，降溫后返回電廠進入熱泵加熱，如此循環(huán)。該方式產(chǎn)生的熱水溫度相對較低，末端用戶一般只能采用低溫供暖方式，且無法實現(xiàn)遠距離供暖為集中式熱泵與熱網(wǎng)換熱器相結合的供熱方式，特點是熱泵作為1級加熱器，傳統(tǒng)熱網(wǎng)換熱器作為級加熱器，即采暖抽汽一部分驅(qū)動熱泵回收循環(huán)冷卻水攜帶的余熱初步預熱供暖回水，另一部分進入傳統(tǒng)熱網(wǎng)的汽—水換熱器繼續(xù)加熱供暖回水直至滿足熱網(wǎng)需求。該方式能產(chǎn)生符合傳統(tǒng)熱網(wǎng)需求的高溫熱水。

2.2 大溫差集中式熱泵供熱方式

特點是在電廠內(nèi)采用熱泵和傳統(tǒng)熱網(wǎng)的汽—水換熱器相結合的加熱方式，產(chǎn)生的高溫熱水送入熱網(wǎng)，在末端采用熱水吸收式熱泵和水—水換熱器相結合的換熱方式，實現(xiàn)大溫差換熱。

該供熱方式使高溫熱水產(chǎn)生了大溫差，提高了熱網(wǎng)的輸送能力，延長了輸送距離，且由于回水溫度低、無保溫和熱力補償問題，供熱成本低。但由于該方式系統(tǒng)流程復雜，設備初投資比傳統(tǒng)集中供熱方式高，調(diào)節(jié)控制的難度增大。綜合比較以上各種循環(huán)冷卻水熱泵供熱方式的優(yōu)缺點、設備投資成本及系統(tǒng)管理成本、難易程度，表示的集中式熱泵與熱網(wǎng)換熱器相結合的供熱方式。

3 泵系統(tǒng)在城市集中供熱中的實際應用

3.1 利用熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)冷熱聯(lián)供

隨著熱泵系統(tǒng)及其應用技術的不斷完善，熱泵系統(tǒng)基于其制冷、制熱功能兼具的優(yōu)點，在城市集中供熱中獲得了廣泛應用，并且利用熱泵系統(tǒng)可以實現(xiàn)冷熱聯(lián)供，從而將多余熱量進行有效利用，提高能源利用率，提高經(jīng)濟發(fā)展的效益。熱泵系統(tǒng)中冷熱聯(lián)供的工作原理是逆卡諾循環(huán)，在冷熱聯(lián)供的過程中，制冷設備的工作原理也是逆卡諾循環(huán)，但是制冷設備的工作目的是降低工作對象的溫度，而熱泵的工作目的則是提高工作對象的溫度，因此熱泵系統(tǒng)與制冷設備的工作范圍是不同的。眾所周知，在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間的熱量傳遞是非自動的，

因此通過熱泵系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)可以有效實現(xiàn)從低溫區(qū)到高溫區(qū)的熱量傳遞。根據(jù)能量守恒定律可知，能量在自然界之中是恒定不變的，因此在這一熱量傳遞的過程中，高溫能量等于熱泵利用能量和低溫能量的總和[2]。

3.2 污水源熱泵在集中供熱中的應用

結合城市供熱管網(wǎng)可擴大污水源熱泵規(guī)模，優(yōu)化效益，促進污水余熱回收項目的建設。將污水源熱泵應用到城市供熱管網(wǎng)中，可顯著擴大項目規(guī)模，提升項目價值。延長污水源熱泵年利用時長，充分發(fā)揮設備價值。與城市供熱管網(wǎng)結合后，污水源熱泵在夏季回收的余熱也能得到充分的回收利用，提高污水源熱泵的設備使用率。污水源熱泵是一種有效的回收余熱方式，目前的污水源熱泵利用方式分為直接利用和間接利用兩種。直接利用即讓污水直接進入熱泵系統(tǒng)內(nèi)換熱而后將冷熱能傳至室內(nèi)，間接利用則在污水經(jīng)污水換熱器換熱后讓熱泵將冷熱能傳至室內(nèi)。直接換熱對換熱面積和換熱池容積的要求較高，需要的投資高，且運行效果差，維護成本高。相比之下，間接利用方式在初投資、運維成本、風險性都具有明顯的優(yōu)勢。

3.3 地巖熱泵在集中供熱中的應用

除了冷熱聯(lián)供和污水源熱泵應用之外，在地熱能豐富的地區(qū)可以利用地巖熱泵系統(tǒng)有效提高供熱能力，從而解決供熱中的能源短缺問題。不同于污水源余熱能源的是，地熱能屬于新型的可再生清潔能源，因此可以在一定程度上取代化石能源，以此為城市發(fā)展和經(jīng)濟建設提供能源支撐。長期以來，我國經(jīng)濟發(fā)展過于依賴化石能源，但是化石能源的不可再生性導致我國經(jīng)濟發(fā)展面臨嚴重的能源短缺問題，這一點也深刻體現(xiàn)在城市集中供熱中，因此采取地巖熱泵系統(tǒng)提高集中供熱效率，可以有效緩解能源短缺問題，促進節(jié)能環(huán)保建設。

4 結語

總之，熱泵系統(tǒng)的有效應用可以提高集中供熱的效率，并且通過冷熱聯(lián)供、污水源熱泵系統(tǒng)、地巖熱泵系統(tǒng)的應用，可以有效減少集中供熱造成的環(huán)境污染，從而促進城市的可持續(xù)發(fā)展，同時有效促進節(jié)能環(huán)保建設，提高城市發(fā)展的效率。