热泵系统的研究进展综述.docVIP

Chua KJ, Chou SK, Yang WM. Advances in heat pump systems: A review. Applied Energy, 2010, 87(2): 3611-3624. 热泵系统的研究进展综述 K.J. Chua, S.K. Chou, W.M. Yang 摘要： 为了从消耗于各种工业、商业、住宅建筑内的不同热源中回收热量，热泵系统提供了一种经济的可选择的解决方案。随着能源价格的持续上涨，节能和提高能源效率就变得非常必要。从这点来看，热泵成为在能量回收系统中具有巨大节能潜力的一个关键组件。改进热泵的性能、可靠性及其对环境的影响已经成为一个持续关注的话题。热泵系统最近的发展集中在热驱动和动力驱动两个先进循环的设计，改善循环部件（包括工质的选择），和拓宽其应用范围。对热泵来说它是一种经济命题，当发现新的应用场合时需要不断努力以提高热泵的性能与可靠性。某些必威体育精装版的研究成果明显地提高了热泵的能源利用效率。例如，一个热驱动喷射应用到热泵系统使之效率提高了20%以上。此外，开发更好的压缩技术有使热泵系统的能量消耗降低高达80%的潜力。新的混合系统的开发已经使热泵完成高效广泛地应用。例如，嵌入干燥剂的热泵循环实现了更好的温湿度控制，且COP高达6。本文针对热泵系统的最近发展给出总结，旨在建立一个实用热泵解决方案的“一站式”档案。本文大致分为三部分，首先回顾改善热泵性能的各种各样的方法。接下来描述适合各种热源应用的混合式热泵系统。最后，本文提出了在选择的行业中热泵系统的新颖应用。 关键词： 热泵技术，蒸汽压缩循环，热量回收，能量效率，混合热泵系统，用途和解决办法 引言 在过去两十年中热泵（HP）已经演变成为一项成熟的技术。但是，它还没被广泛地应用到它应该或可能被应用的范围。自从几个主要的制冷系统供应商提供大型热泵后，初投资、系统设计和集成一直是有待挑战的问题。在能源密集型运营系统，如区域供冷/供热，干燥和热电联产，能源高效使用是减少能源消耗和温室气体排放的关键。随着世界范围内碳/能源税的最终接受,在许多工业运营中节能将成为一个关键问题。 随着燃料成本的提高以及全球变暖处在世界瞩目的前沿，人们对热泵作为一种能量回收手段的兴趣似乎已经复活。热泵是解决温室效应最有效的办法之一。热泵将环境中的废热再循环成生产过程中的热量，这是一个唯一已知的过程；热泵提供节能和环保的制热与制冷，应用到住宅、商业建筑以及制造工业中[1]。实际研究表明，热泵对大幅减少温室气体的排放具有重大潜力，尤其是在减少二氧化碳排放量，空间加热量和发热量上。热泵对环境的影响取决于热泵的类型和混合动力装置的效率。 在许多产业化经营中，改善能源效率的一个重要途径是回收每一个可能的废热源，并将它们变成有用的产出。为了促进这种做法，热泵成为一个关键的热力系统，是因为它拥有回收热量的能力。热泵从外界环境中吸取热量，并引导这些热量转换成有益的成果，例如生产热水提供热能到居住建筑或则用来进行海水淡化。随着热泵在各种能源相关行业中产生新的应用，热泵的研究工作已经扩大到使其更节能，同时不断发展新的混合动力系统，以提高系统的整体效率。自从对各种热泵机组和热力系统熟知后，技术的优化整合仍然是一个具有挑战性的研发任务。 几个热泵系统的存在，一些需要外界的动力驱动，而其它的需要外界的热能驱动。以蒸汽压缩循环和吸收循环为基础的商业热泵已广泛地应用到许多实际产业当中。新的热泵技术例如吸附循环和化学反应循环迅速崛起，尽管它们还没有发现应用在工业制造中[2]。本文描述了热泵系统各方面的应用和对能源效率的影响。为了达到论述主要热泵的特征和应用的目的，本文的重点是对各种动力驱动类型的论述，而不是热力驱动类型。表1概述了热泵在工业过程中的应用[3]。从表中可以看出，相对于热力驱动系统，机械蒸汽压缩式系统已广泛应用到许多制造工业中。此表可能不完全全面，但它突出表现的是热泵最常见的工业应用和类型。 表1 热泵在工业过程中应用的代表概述（改编自美国能源部[3]） 图1 一个最近发展的热泵技术广义的分类 提高能源效率 2.1. 多级循环 [5,6]。多级压缩系统中高压排气压力和低压吸气压力之间的压力称为级间压力。两级系统的级间压力通常被确定以使两个压缩阶段的压缩比将近相等，从而达到更高的性能系数（COP）[6]。Tanaka and Kotoh [7]研究了在日本寒冷地区用CO2作制冷剂的双级压缩热泵热水器的性能。他们指出压缩机吸气压力（低压）与排气压力(高压)的比值是巨大的，并且压缩机在寒冷地区恶劣条件下的工作最低温度范围可以从-10℃到-20℃。但是，这降低了热水的加热能力和系统的COP。为了提高热泵系统的性能和可靠性，他们将压缩过程分成两个阶段，并在中间压力状态下注射制冷剂[7]。因