基于温焓关系的中高温热泵非共沸工质的循环特性分析

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1、第一章绪论全国总产量的1／2～1／3。进入90年代后，大量新技术、设备的引进和人民生活水乎的提高，小型热泵空调机得以迅速发展，出现于长江以南的各大市场和城市居民住宅。据有关信息中心预测统计，2003年我国房间空调器在北京、上海、广州和深圳四大城市居民普及率高达42．8％，其中l／3为热泵型【31。图1．1不同采暖装置的比较(供热量100)失2失10’j锅炉比节能35％与锅炉u：节能：3矾与锯扪比1了铯46％根据热泵系统冷凝温度的不同，天津大学热能研究所于1989年把压缩式热泵分为四级Ⅲ。表1．1热泵按冷凝温度的类型划分名称冷凝温度℃常温热泵中温热泵中高温热泵高温热泵<5050．8080

2、．100>100目前，冷凝温度低于50"C的常温热泵已经比较成熟【51'它的末端散热装置主2第一章绪论要是风机盘管；冷凝温度在50""65℃之间的中温热泵的循环工质多为R22，受冷凝压力的限制，它的供水温度应在55"C以下，所以必须采用特殊的末端散热型式(如：风机盘管或地板辐射采暖)；冷凝温度为80～100"12的中高温热泵可以将供水温度提高到70℃或者80℃以上，基本达到北方供热的设计标准，所以中高温热泵的末端散热装置可以是价格低廉的铸铁散热器，因而该类热泵可以作为普通建筑的供热热源，也可以用于老建筑的改造(代替燃煤锅炉)。实际上中高温热泵不仅可以用作采暖热源，更多的可用于工业余热资

3、源的回收和利用中，在节约能源的同时向工业生产提供符合要求的热能。表1．2列出了一些工业部门里可资利用的余热温度。近些年来，市场上对冷凝温度在60-140℃及更高工作温度范围的中高温和高温热泵需求快速增长，其主要需求领域为地热、太阳能和工业余热等低品位热能利用和洁净供热【7】。可以看出，中高温和高温热泵具有更广阔的应用空间。中高温和高温热泵系统的应用具有如下意义：首先，大量的工业余热为其解决了低温热源问题，这就可以使热泵既充分利用其它方法较难利用的工业余热，又以远高于其它供热方式的效率(热泵系统循环效率一般为3以上)提供热能。从ASHRAE对美国和加拿大等地的调查结果看，这一思路的前景是

4、乐观的IS】；其次，工业余热经热泵利用后，能以较低的温度排放，减少了对环境的热污染；再次，应用热泵供热对降低温室效应也具有积极作用，与锅炉相比，通过节约燃料，其二氧化碳排放量可降低30．50％p】。’∞芝∞路基∞；加善：20O图1．2各种采暖装置的C02相对排放量由于中高温和高温热泵有广阔的应用领域，以如何提高其效率、保障其正常运行为目的的各种研究项目具有非常重要的意义，也使其成为近年来国际以及国内热泵研究的一个基本方向。在日本的超级热泵项引101，美国IEA热泵中心和IIR热泵发展计划【ll】及欧洲的大型热泵研究计划中，中高温和高温热泵均是其中的重帔溅融泉燃气熟采啦动热聚燃气锅妒燃油

5、锅炉第一章绪论点研究内容之一；同时，在国内，以清华大学1121、天津大学⋯3，14】和广州能源所[15,16]为代表的几家单位，也开展了关于中高温和高温热泵系统的理论和实验研究，并取得了一定的成绩。表1-2某些行业可资利用的余热温度阳1行业余热温度℃化学行业蒸馏工业50．120干燥加压常压干燥60．150食真空(冷冻干燥)40—80品杀菌长时间(几分到几十分钟)60．80工瞬间(几秒)80．140支化作用88．100业热处理罐头密封68．85蒸煮工程150．160造纸工业加热干燥工程80一130纤维TqI，染色工程50．80木材工业干燥45加热50．60电解工厂镀锌20．251．1．3

6、环境问题热泵／空调系统中广泛使用的氯氟烃CFCs(Chlorofluorocarbons)、氢氯氟烃HCFCs(Hydrochlorofluorocarbons)等工质在为制冷行业带来巨大经济效益的同时，也对人类的生存环境产生了破坏作用。1974年Molina和Rowland教授提出了一个假说，认为氟利昂中所包含的氯离子对大气臭氧层有破坏作用【l71，其后十余年的科学研究证实了这一观点。1987年联合国环境保护计划会议签署了《关于臭氧层衰减物质的蒙特利尔协定》，随后又在伦敦会议和哥本哈根会议提出修正案，严格限制和禁止生产对臭氧层破坏的氯氟烃类物质，如二氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、一氟三氯

7、甲烷等，表1．1列出了哥本哈根修正案所规定CFC和HCFCs类物质的生产年限。从此，无公害的新型制冷剂的研究和开发工作在全球大规模展开，至今这些工作仍在进行之中。目前已经开始使用的新一代制冷剂，除传统的自然工质(氨，二氧化碳、异丁烷等)外，还有氟里昂中的氢氟烃(简称HFCs)及其混合物等。这些HFC物质虽然不破坏大气臭氧层，但其中的一些具有较高的温室效应，它们都被列为1997年联合国气候变化框架公约大会在日本京都通过的《京都议定书》限制使用的物