节能技术福建能源开发与节约热泵技术及应用前景黄齐飞李学来（福州大学化工系350002）能源危机和矿物燃烧过程对生态环境的污染均是对现代人类生存的严重挑战，热泵技术正是开发和强化能源利用率的重要手段，是获取可再生能源及维护生态平衡的有效途径。中国科学院（88）能字004号关于印发“热泵在我国开发与应用的可行性论证”的通知指出，热泵技术是节能的手段之一，对低位热能的开发和利用具有重要意义。我国要在能源短缺的情况下，实现工农业总产值翻番的奋斗目标，节能问题显得更为突出。因此，加快实现热泵机组产业化的举措，在我国能源工业发展中占有举足轻重的地位。

　　热泵是把处于低温位的热能输送至高温位的机械。

　　热泵的工作原理与制冷机实际上是相同的，它们都是从低温热源吸取热量并向高温热源排放，在此过程中消耗一定的有用能。两者的不同之处在于使用目的：制冷机利用吸取热量而使对象变冷，达到制冷的目的；而热泵则利用排放热量向对象供热。其工作原理如。

　　高温热源低温热源热泵系统的基本能量转换关系热泵按输入有用能的方式，即按热泵循环的驱动方式，分为压缩式热泵、吸收式热泵、蒸汽喷射式热泵及化学热泵；按热源和热汇（热分配系统）可分为水一水式热泵、水一空气式热泵、空气一水式热泵、空气一空气式热泵及土壤一水式热泵等。

　　供热，他个提出了一个正式的热泵系统，那时称为“热量倍增器”。1927年霍尔丹（Haldane）在苏格兰安装与实验的家用热泵，其工质为氨，用空气作热源，供室内采暖及水加热之用。可以认为这一装置是现代蒸汽压缩式热泵的真正原型。到1940年美国己安装了15台大型商业用热泵，并且大都以井水为热源。

　　1945年美国卡雷公司研制成了溴化锂一水吸收式制冷机，70年代的石油危机促使吸收式热泵的研究与开发得到了很大的发展。热泵研究在我国也有数十年历史，早在50年代初期，天津大学的一些学者便开始了热泵研究工作。然而，由于我国能源价格的特殊性，以及其他一些因素的影响，热泵应用推广较困难。

　　热泵的发展受制于能源价格与技术条件，所以其历史较为曲折，有高潮有低潮，但热泵发展的前景肯定是很光明的。

　　当热泵采用电动机驱动时，其经济性主要取决于热泵的实际制热系数Y与当地实际电/热比价K的大小。Y的意思是当热泵消耗电功为Wp（折算成热量）时所能获得的热量Qp（即Y=Q/Wp）只有当获得的热量大于所耗电费时，采用热泵技术才有可能获得经济效益，即：成对应的热量计价，元/418X106因为K=Ke/有当热泵的实际制热系数Ye大于当地的电/热比价时，即只有当消耗的电量折价低于相应获得的热量折价时，采用电动热泵才可能得益。

　　五、热泵在化工生产上的应用由于热泵能将低温位余热转换成高温位热能，提高能源的有效利用率，近年来得到了迅速的发展，己福建能源开发与节约节能技术在蒸发、蒸馏、干燥、制冷等化工过程中得到应用，并取得了良好的经济效益。

　　（一）蒸发在食品、制药、化工等工业中，液体的浓缩、脱水等工艺都是以加热使水蒸发为基础的，可以利用热泵加热、减压来强化蒸发，如利用热泵蒸发实现海水的淡化。我国70年代开始研制热泵式海水淡化装置，现已用于舰船上，其流程见。

　　热泵式海水淡化装置1一罗茨式压缩机2―蒸发一冷凝器3―淡水箱4一逸气冷凝器5―盐水泵6―淡水泵7―海水泵8―板式加热器9一电加热器精馏是化工过程中重要且应用广泛的分离操作，其缺点是能耗大，热力学效率低，许多工厂的精馏工段总效率低于10.精馏有许多节能措施，其中一个较优方案是热泵精馏，其节能效果与经济效益非常显著。根据生产工艺及介质的状况，精馏塔常采用三种形式的热泵即辅助循环型、塔底再沸液闪蒸压缩型和直接塔顶蒸汽再压缩型热泵来节能。带有辅助循环的热泵，塔顶的能量传给辅助介质，辅助介质在塔底将能量释放出来，用于加热塔底物料。这种热泵主要适用于精馏介质具有腐蚀性、对温度敏感的情况，或者是顶部压力低需要大型蒸汽再压缩设备的精馏塔，见（a）；再沸液闪蒸型热泵，是将塔底液体通过膨胀阀膨胀到适合的压力，使液体部分蒸发，塔顶蒸汽在换热器中冷释，释放出潜热用于蒸发塔底产品，塔底产品再经压缩机压缩，成为高温物料回到塔底，见（b）。这种热泵适合用于塔顶物料不宜压缩的情况；直接塔顶蒸汽再压缩热泵，是利用塔顶蒸汽经压缩机达到较高的温度，在重沸器中冷凝，将热量传给塔底物料，见（）。这种热泵适用于重沸器负荷大，塔顶与塔底温差小，各组分间分离因子低的情况。

　　80年代末期，瑞士Sulzer公司在乙苯一苯乙烯等精馏装置上采用了热泵，大大减少了苯乙烯的生产能耗。下表为一个进料量为60t/h、年处理量250kt的苯乙烯常规塔与热泵塔的主要数据比较。

　　化工精馏中的热泵系统1一精馏塔2―蒸发器3―压缩机4一膨胀阀5―热泵冷凝器节能技术福建能源开发与节约表1乙苯一苯乙烯两种精馏装置的比较项目常规装置带热泵的装置泛耗冷却水（m3/h）费用蒸汽（万美元/a）电（万美元/a）冷却水（万美元/a）合计节约（万美元/a）注：能源费用的计算依据为：蒸汽16美元/t电0 06美元/kWh冷却水003美元/m3操作时间8000h/a在工农业生产中，有许多湿物料需要干燥，如木材、纸张、谷物等。干燥加工是一项耗能巨大的作业过程，据英国对11种行业的统计，干燥行业的能源消耗占总能源消耗的11.6.自20世纪70年代发生石油危机以来，世界各国对干燥加工的节能技术开展了广泛而深入的研究。利用热泵干燥虽然干燥时间较长，但是可以充分利用低温余热，有利于减少热损失和热污染，保护了环境；还可以冷却除湿、低温加热，特别适用于热敏性食品的干燥。目前，用柴油机驱动的热泵干燥机已在英国获得成功应用，并取得节能47 ~50的优异效果。利用太阳能来驱动热泵干燥则是英国和中国台湾90年代研究开发的一项成果，所做实验表明，这种太阳能驱动热泵式谷物干燥机可比电机驱动热泵干燥机节能40.利用热泵干燥的工作原理如。

　　1一压缩机2―热泵蒸发器3―除湿蒸发器4一膨胀阀5―冷凝器6―风机7―干燥室经过几十年的发展，我国热泵木材干燥技术已在各个方面取得很大的进展：①热泵的干燥温度已提高到75②设置人工强制排气装置；③设置喷蒸或高压雾化调湿装置；④主机的寿命提高到4~5年；⑤优化了气体动力循环系统和窑体结构；⑥采用热泵与其他能源联合干燥的新技术。

　　六、我省热泵技术的发展前景我省地处东南沿海，冬季短且气温不低于0海1月份表面水温在15~16有大量可以作为热泵低位热源的空气、太阳能、地表水、地下水、城市生活污水、土壤等自然资源。

　　对于空气热源热泵，由于室外空气的参数（如温度和湿度）随季节的不同而变化，存在热泵供热量与建筑物耗热量之间的矛盾。空气的热容量小，如果要获得足够的热量，则所需风机的容量增大，热泵装置的噪音也增大。东南沿海空气的相对湿度大，热泵的结霜问题比较严重，所以空气热源热泵必须辅助加热并应及时除霜。

　　太阳能密度低，又受天气阴晴和昼夜的影响，直接利用太阳能供热有极大的障碍，为此常在10~20低温下集热再由热泵装置进行升温的太阳能供热系统，是一种利用太阳能的方案。其经济性方面虽然存在问题，但是从能源开发的趋势来看，太阳能将是未来主要能源之一。

　　地表水、城市污水和地下水，在一年之中温度都相对比较稳定，是理想的低位热泵源。瑞典、南斯拉夫等欧洲国家，分析了利用城市污水、湖水、海水等作为热源的热泵站区域供热的经济性。目前已在一些国家建成了容量不太大的热泵站区域供热。例如，瑞典1981年6月在塞勒建成了个利用城市净化污水作热源的热泵站，为城镇的热网提供部分热量。我省城市都建在江、海之边，水资源十分丰富，可以建立大型热泵站实现区域供热。