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高温热泵的应用及其技术的发展

编辑:保利德 来源:国际cc网投平台app|cc国际网投官方网站|国际cc网投平台app-cc国际网投官方网站|深圳国际cc网投平台app厂家-国际cc网投平台app-cc国际网投官方网站企业 时间:2020-10-30

随着社会的不断发展,能源消耗日益增多,降低能耗、提高能源利用率逐渐受到人们的关注。热泵技术能够从自然界或工业余热中获取大量低品位热能,使之转化为可被利用的高品位热能,从而达到节能减排的目的,一直以来备受关注。根据热泵系统供热温度的不同,可分为常温热泵和高温热泵。

目前,常温热泵技术已基本成熟且市场化,为提高供热温度,满足更多工业用户的需求,近年来热泵技术正向应用范围更广的高温热泵方向发展。选择合适的制冷剂一直是高温热泵技术应用和发展的关键。为使高温热泵系统达到设定的工况要求,制冷剂需要满足以下条件:

(1) 冷凝压力低于2.5MPa,确保在系统部件承受范围内;

(2) 蒸发压力高于0.1MPa,避免成负压;

(3) 尽可能高的容积制热量,避免因热泵系统体积过大而增加成本;

(4) 应用于热泵系统中时,具有较高的COP(循环性能系数)

除此之外,高温热泵制冷剂还需要满足环境友好性,对臭氧层无破坏、能降低温室效应,良好的安全性能,无毒,不可燃或弱可燃,化学性质稳定等要求。现阶段研究的制冷剂主要有自然工质、氯氟烃(CFCs)、氢氯氟烃(HCFCs)、氢氟烃(HFCs)、氢氟烯烃(HPOs)、氢氯氟烯烃(HCFOS)及混合工质等几类。

一、自然工质

热泵工质分为人造工质和自然工质,自然工质中适用于高温热泵领域的主要有CO2NH3H2O及部分碳氢化合物。

CO2化学性质稳定,热力性能好,单位容积制冷量高、与材料和润滑油有良好的兼容性,作为自然工质有很长的应用历史,自20世纪80年代末大力提倡使用自然工质开始,又成为国内外的研究热点。

氨应用于高温热泵系统中具有更高的效率单机热负荷更大、节能效果十分显著,因此被广泛用于工业热泵中,但氨具有一定的毒性,必须配备相应的安全措施,对其使用造成了一定的限制。

自然工质成本低廉、对环境友好,具有较大的研究价值,但自然工质用于高温热泵时,由于在高温下压力较大,具有爆炸性,对相应系统要求较高,而且其冷凝温度较低,所以目前高温热泵工质仍以人造工质为主。

二、混合工质

混合工质是由两种或两种以上单工质组成的混合物。由于能够同时满足高温热泵工质各种要求的单工质较少,为使各种单工质优势互补,国内外研究人员在混合工质方面进行了积极地探索。

混合工质多为非共沸混合物,利用非共沸混合工质相变过程中的温度滑移可以降低换热时的热量损失,有效提高制热性能系数,但非共沸混合工质在气液共存时两相的浓度不同,工质发生泄漏或充注时容易导致工质配比发生变化,这是制约其应用和推广的重要因素。

高温热泵技术对于节约能耗、降低温室效应具有十分重要的意义,而缺少合适的高温热泵工质一直是制约高温热泵技术发展的关键因素。随着国际社会对环保要求的日益提高,CFC-114HFC-245a等传统工质逐渐被限制使用。HFO-1234ze(Z)等低ODP和低GWP值的环保型工质HFOs类物质成为潜在的理想高温热泵工质。此外,为使各种纯工质优势互补,混合工质也被应用于高温热泵系统中,为高温热泵工质提供了更多选择,但混合工质应用过程中存在的传热效率降低以及泄漏问题仍是影响其发展的重要因素,需进一步研究才能得以推广。

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