李先瑞 郎四維 中國建筑科學(xué)研究院空調(diào)所
1 熱泵發(fā)展的現(xiàn)狀
近幾年來，我國熱泵發(fā)展很快，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
?。?） 據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年我國空調(diào)設(shè)備（指電動(dòng)冷熱水機(jī)組、吸收式冷熱水機(jī)組、房間空調(diào)器以及單元空調(diào)機(jī)組，但不包括進(jìn)口機(jī)組）的總制冷能力約為2000萬kW，其中熱泵型機(jī)組的制冷能力約占60%。在全部熱泵型機(jī)組中，電驅(qū)動(dòng)熱泵容量約為1070kW，占90%；吸收式熱泵容量約為130萬kW,占10%。
?。?） 近幾年來，我國的吸收式制冷裝置發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年銷售的溴化鋰吸收式制冷機(jī)約3000多臺(tái)，其中直燃機(jī)1115臺(tái)。
（3） 熱泵在工業(yè)中的應(yīng)用已見端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造紙、印刷、石油和化工等工業(yè)生產(chǎn)過程已采用了蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵和電驅(qū)動(dòng)熱泵。例如，目前大約有400臺(tái)熱泵式木材干燥機(jī)正在運(yùn)行，年處理能力約為200千立方米。
?。?） 據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年我國空調(diào)設(shè)備（指電動(dòng)冷熱水機(jī)組、吸收式冷熱水機(jī)組、房間空調(diào)器以及單元空調(diào)機(jī)組，但不包括進(jìn)口機(jī)組）的總制冷能力約為2000萬kW，其中熱泵型機(jī)組的制冷能力約占60%。在全部熱泵型機(jī)組中，電驅(qū)動(dòng)熱泵容量約為1070kW，占90%；吸收式熱泵容量約為130萬kW,占10%。
?。?） 近幾年來，我國的吸收式制冷裝置發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1996年銷售的溴化鋰吸收式制冷機(jī)約3000多臺(tái)，其中直燃機(jī)1115臺(tái)。
（3） 熱泵在工業(yè)中的應(yīng)用已見端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造紙、印刷、石油和化工等工業(yè)生產(chǎn)過程已采用了蒸汽噴射式熱泵、吸收式熱泵和電驅(qū)動(dòng)熱泵。例如，目前大約有400臺(tái)熱泵式木材干燥機(jī)正在運(yùn)行，年處理能力約為200千立方米。
2 熱泵發(fā)展的背景
2.1 能源政策
我國一次能源年保有總量（不包括生物質(zhì)能和新能源）為14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤14.6億噸，原油1.7億噸，天然氣300億立方米，水電2400億kWh，核電250kWh，進(jìn)口石油4～6億噸，火電電力裝機(jī)容量2.9～3億kW（平均每年增加裝機(jī)容量1500kW）。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國電廠熱效率為32.95%，電廠供熱效率為83.68%，能源轉(zhuǎn)換總效率為38.07%。采用熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)或稱總能系統(tǒng)（TES——Total Energy System)，燃?xì)鉄岜茫℅EHP）后，通過熱力學(xué)第一定律的熱效率分析和熱力學(xué)第二定律的效用率分析說明：由于利用廢熱，GEHP的綜合利用可達(dá)到80%～85%；若通過軸動(dòng)力傳動(dòng)熱泵，利用了低位熱能，故綜合熱效率可達(dá)到150%～170%。對于TES方式，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供后，其綜合利用率可達(dá)到65%～80%?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵(lì)發(fā)展的通用技術(shù)，促進(jìn)了熱泵事業(yè)的發(fā)展。
2.2 環(huán)境保護(hù)政策
采用熱驅(qū)動(dòng)熱泵，CO2 排放量亦明顯降低。通過改善熱泵性能，降低工質(zhì)泄漏與使用新工質(zhì)，熱泵將在環(huán)境保護(hù)上發(fā)揮更大的作用。
2.3 建筑節(jié)能法
實(shí)施《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度地降低了熱泵采暖方式的年運(yùn)行費(fèi)用，增加了熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。
2.4 城市能源結(jié)構(gòu)的改變
大中城市人口集中，能源消耗量大，污染問題^突出，因此，必須實(shí)施國家能源政策，改善能源結(jié)構(gòu)，提倡使用清潔優(yōu)質(zhì)能源，限制煤炭的使用，這就為熱泵的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
2.5 能源價(jià)格的調(diào)整
我國一次能源年保有總量（不包括生物質(zhì)能和新能源）為14億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤14.6億噸，原油1.7億噸，天然氣300億立方米，水電2400億kWh，核電250kWh，進(jìn)口石油4～6億噸，火電電力裝機(jī)容量2.9～3億kW（平均每年增加裝機(jī)容量1500kW）。據(jù)1997年統(tǒng)計(jì)，我國電廠熱效率為32.95%，電廠供熱效率為83.68%，能源轉(zhuǎn)換總效率為38.07%。采用熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)或稱總能系統(tǒng)（TES——Total Energy System)，燃?xì)鉄岜茫℅EHP）后，通過熱力學(xué)第一定律的熱效率分析和熱力學(xué)第二定律的效用率分析說明：由于利用廢熱，GEHP的綜合利用可達(dá)到80%～85%；若通過軸動(dòng)力傳動(dòng)熱泵，利用了低位熱能，故綜合熱效率可達(dá)到150%～170%。對于TES方式，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供后，其綜合利用率可達(dá)到65%～80%?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》第三十九條將熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵(lì)發(fā)展的通用技術(shù)，促進(jìn)了熱泵事業(yè)的發(fā)展。
2.2 環(huán)境保護(hù)政策
采用熱驅(qū)動(dòng)熱泵，CO2 排放量亦明顯降低。通過改善熱泵性能，降低工質(zhì)泄漏與使用新工質(zhì)，熱泵將在環(huán)境保護(hù)上發(fā)揮更大的作用。
2.3 建筑節(jié)能法
實(shí)施《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》后，提高了建筑隔熱保溫性能，降低了建筑采暖能耗，結(jié)果是大幅度地降低了熱泵采暖方式的年運(yùn)行費(fèi)用，增加了熱泵與集中供熱采暖方式的競爭能力。
2.4 城市能源結(jié)構(gòu)的改變
大中城市人口集中，能源消耗量大，污染問題^突出，因此，必須實(shí)施國家能源政策，改善能源結(jié)構(gòu)，提倡使用清潔優(yōu)質(zhì)能源，限制煤炭的使用，這就為熱泵的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
2.5 能源價(jià)格的調(diào)整
3 熱泵技術(shù)發(fā)展的展望
3.1 熱泵技術(shù)的現(xiàn)狀
所有型式的熱泵都有蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)溫度水平，節(jié)流采用膨脹閥或毛細(xì)管。只是壓力的增加有不同的形式，主要有機(jī)械壓縮式，熱能壓縮式、噴射蒸汽壓縮式。
目前我國熱泵發(fā)展有三種趨勢：
·風(fēng)冷熱泵型熱水機(jī)組發(fā)展迅速，1996年比1995年增長近二倍。
·直燃式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組發(fā)展較快，占全部溴化鋰吸收式熱水機(jī)組的56%。
·房間空調(diào)器比重^大。熱泵型窗式、分體式和10kW冷量以下的單元空調(diào)機(jī)占總冷量的45%。但技術(shù)上存在以下幾方面的問題：
· 風(fēng)冷熱泵型機(jī)組存在體型較大，噪聲較高，除霜技術(shù)尚不完善等問題。主要應(yīng)用風(fēng)冷熱泵的地區(qū)是長江流域，該地區(qū)夏季悶熱，冬季濕冷，1月份平均氣溫0℃～10℃，相對濕度大于75%。因此，要求熱泵必須適應(yīng)0℃以下低溫高濕氣候環(huán)境。
·吸收式溴化鋰制冷機(jī)組效率偏低。
·房間空調(diào)器存在噪聲污染、熱污染（大量電機(jī)功率轉(zhuǎn)化的熱量排入住宅）和制冷劑污染，特別是（分體式空調(diào)機(jī)安裝和使用時(shí)的泄漏）。1996年我國大約安裝300萬臺(tái)分體機(jī)和40萬臺(tái)單元空調(diào)機(jī)，以每臺(tái)安裝時(shí)的排放量為50g計(jì)算，則泄漏總量達(dá)170t/年。
3.2 熱泵技術(shù)發(fā)展的展望
技術(shù)發(fā)展總趨勢是發(fā)展高效率的供熱、供冷熱泵和超級(jí)熱泵系統(tǒng)。
3.2.1 機(jī)械壓縮式熱泵的發(fā)展
（1） 制冷劑側(cè)的熱泵控制。
（2） 壓縮機(jī)能量控制。
（3） 壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
（4） 新工質(zhì)技術(shù)
3.2.2 吸收式熱泵和吸收式熱變換器
3.2.3 壓縮-吸收式熱泵
3.2.4 高溫?zé)岜?/span>
4 熱泵市場發(fā)展的展望
4.1 熱泵市場發(fā)展的有利因素
4.1.1 我國的能源政策和環(huán)境保護(hù)政策是促進(jìn)熱泵技術(shù)迅速發(fā)展的主要因素。
4.1.2 自從我國政府1978年出臺(tái)改革開放、節(jié)能政策以來，長江流域經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展，生活水平也獲得了大幅度的提高。這一地區(qū)的氣候特點(diǎn)是夏季炎熱，冬季不太冷（一月份平均室外溫度變化范圍為0℃～10℃，年平均室外溫度低于或等于5℃的時(shí)間為0～90天。七月室外平均溫度范圍為25℃～30℃，年平均溫度高于25℃的天數(shù)為40～110天）。根據(jù)上述原因，加以國外產(chǎn)品的大量進(jìn)口，熱泵空調(diào)系統(tǒng)在中國的應(yīng)用迅速增長，目前家用空調(diào)器總量60%為熱泵型甚至在較為寒冷的北京地區(qū)，有許多用戶也喜歡在集中采暖期前后應(yīng)用熱泵型空調(diào)機(jī)組來采暖，冬季供應(yīng)熱水，夏季供應(yīng)冷水的電動(dòng)風(fēng)冷機(jī)組在集中式空調(diào)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，今后的應(yīng)用將更為普及。
4.1.3 我國建筑市場巨大，1995～2000年，預(yù)計(jì)每年全國城市新建住宅建筑面積約2.4億㎡，其中上海每年新建約1500萬㎡，北京約1000萬㎡，天津約600萬㎡，大連約260萬㎡。2000～2010年，每年新建住宅建筑面積約3.4億㎡。
4.1.4 我國工業(yè)余熱的資源很豐富，利用的潛力很大分布也很廣，如化工工業(yè)占8.8%，石化工業(yè)占30.9%，輕紡工業(yè)占4.0%。石化廠、造紙廠、制藥廠、冶金廠、食品加工廠和農(nóng)業(yè)部門對熱泵的應(yīng)用進(jìn)行了開發(fā)研究，如木材采用了電驅(qū)動(dòng)高效熱泵干燥機(jī)實(shí)現(xiàn)了工廠節(jié)能的目的；如石化廠廣泛采用了蒸汽噴射式熱泵回收生產(chǎn)過程中的余熱用于生產(chǎn)和生活，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，為今后熱泵市場的開拓創(chuàng)造了條件。
4.2 熱泵市場發(fā)展的展望
4.2.1 建筑業(yè)應(yīng)用熱泵的展望
熱泵適用區(qū)域?yàn)檫^渡區(qū)域和部分集中采暖區(qū)域，該區(qū)域包括上海、江蘇、浙江、山東、安徽、湖北、河南及福建、湖南的部分地區(qū)，據(jù)預(yù)測，該地區(qū)2000年城鎮(zhèn)房屋建筑面積38.5億㎡，其中住宅20.7億㎡，（約占53.8%）。公共、商業(yè)建筑6.5億㎡（16.9%)，從中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢來看，該地區(qū)至2000年空調(diào)普及率約為10%，預(yù)測的各種房屋建筑的需熱量和熱泵供熱量見表1。
表1 各種房屋建筑的需熱量和熱泵供熱量
|
|
總熱需要量（MW）
|
熱泵供熱量（MW）
|
|
^住宅
|
|
|
|
多層住宅
|
2萬MW
|
1.2萬MW
|
|
商業(yè)/公共建筑
|
1.35萬MW
|
0.4萬MW
|
|
小區(qū)/供熱
|
|
0.41萬MW
|
據(jù)預(yù)測，2000年我國房間空調(diào)器需求量約為1000萬臺(tái)，其中包括制冷量在10kW以下的單元空調(diào)機(jī)，空調(diào)用總制冷量約為3500萬kW。
據(jù)預(yù)測，九五期間吸收式溴化鋰制冷機(jī)預(yù)計(jì)將以8%～10%的速度增長，即市場需求量將以每年200～250萬臺(tái)速度增長，至2000年，全國的需求量約為4000臺(tái)。
4.2.2 工業(yè)中應(yīng)用熱泵的展望
工業(yè)中應(yīng)用熱泵的潛力很大，據(jù)預(yù)測，至2000年工業(yè)中應(yīng)用熱泵的數(shù)量為：化工行業(yè)約300臺(tái)；食品行業(yè)約150臺(tái)；紙漿造紙約130臺(tái)；農(nóng)業(yè)約5～10臺(tái)；冶金行業(yè)約150臺(tái)；木材干燥約400臺(tái)及制藥行業(yè)約100臺(tái)。
據(jù)預(yù)測，九五期間吸收式溴化鋰制冷機(jī)預(yù)計(jì)將以8%～10%的速度增長，即市場需求量將以每年200～250萬臺(tái)速度增長，至2000年，全國的需求量約為4000臺(tái)。
4.2.2 工業(yè)中應(yīng)用熱泵的展望
工業(yè)中應(yīng)用熱泵的潛力很大，據(jù)預(yù)測，至2000年工業(yè)中應(yīng)用熱泵的數(shù)量為：化工行業(yè)約300臺(tái)；食品行業(yè)約150臺(tái)；紙漿造紙約130臺(tái)；農(nóng)業(yè)約5～10臺(tái)；冶金行業(yè)約150臺(tái)；木材干燥約400臺(tái)及制藥行業(yè)約100臺(tái)。
