低碳技术 压缩式热泵在供热领域应用的障碍

摘要：压缩式热泵回收余热供暖是北方地区重要的供暖技术之一。但是，大部分压缩式热泵的设计和控制都沿用了制冷机思路，虽然一定程度上进行了调整，仍无法与供热工况完美结合，在一些场合成为压缩式热泵推广应用的障碍。

随着余热回收市场的发展，压缩式热泵应用日益广泛。压缩式热泵回收低温余热，产生高温热进行供暖，大幅度降低供热成本和碳排放，是很好的低碳供热方式。

压缩式热泵包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器四大部件。低压的液态冷剂在蒸发器中低温蒸发，吸收外界热量；冷剂蒸汽经压缩机加压，形成高压蒸汽，进入冷凝器高温冷凝，对外放热；冷凝后的液态制冷剂经节流阀降压，进入蒸发器进行下一次循环。

压缩式热泵的驱动能源是机械能，机械能的产生方式多样，最常见的是消耗电能的电动机，其他的还有汽轮机、水轮机等，可以因地制宜地使用合适的产品。

压缩式循环通常用于制冷，但随着低碳供暖需求的增加，压缩式循环在供热领域也有了大量应用场景。供热和制冷的使用要求不同，因此厂家也对压缩式热泵做了相应的调整优化。

然而，供热工况和制冷工况相差非常大，仅做局部设计和控制改动是不足以完全满足供热工况的。这些不适应的点，就成为了压缩式热泵供暖的障碍。接下来提一些比较重要的不适应性能点。

个性化布置

压缩式制冷机是制冷系统的核心，往往机房是按照制冷机的尺寸设计的。但是，应用压缩式热泵供暖的项目，多是改造项目，比如在换热站内使用，等等，空间受限，这时应该根据场地情况设计压缩式热泵。

然而，绝大部分压缩式热泵都采用了制冷机布局，即两个管壳式换热器横向布置。这样，机组占地面积大，但高度较低，浪费严重，影响了压缩式热泵的使用。

如果可以将两个换热器纵向布置，高度按照改造房间内的空间考虑，就可以解决这个问题。然而，这需要将布液方式改为纵向降膜，难度增加。

大范围调节

供热温度的变化范围非常大，比如直供系统，初末寒期的供热温度仅为三四十度，到严寒期需要提高到五六十度。此时，如果余热源是工业余热，温度一般比较稳定，比如30℃的冷却水，等等。

这时，如果只考虑严寒期工况，回收30℃余热产生60℃热水，压缩式热泵是没有任何问题的。然而，在初末寒期，依旧回收30℃余热，产生40℃的热水，就会导致压缩比过小，在回油、压缩机冷却等方面产生严重问题。

解决这个问题，可以恶化工况，减小余热流量，降低蒸发温度，达到足够的压缩比。但是这样一来，热泵耗电量大幅度增加，供热能耗提高。

真正合理的方式，是开发超大范围调节的压缩式热泵，可以满足全采暖季供热参数的变化。这需要对压缩机进行流程调整。

低压缩比运行

很多应用场合，机组本身的压缩比要求并不高，可能仅需下拉几度即可满足需求。然而，常规压缩机的设计理念来自制冷机，压缩比只有空调和蓄冰两种。这两种压缩比都比较大。

在这种情况下，使用压缩式热泵的成本和运行费用都会增加，不利于热泵的应用。压缩机厂家应多调研供热需求，拓宽系列化压缩机的压缩比范围，实现更好的供热适用性。

此外，还有类似空气源热热泵应用的低温工况、工业余热制蒸汽的高温工况等，都有庞大的需求，但常规机组的适用性不足。

只有把上述问题处理好，压缩式热泵具备了更好的适用性，才能在此基础上进行更深入的研究和应用，如利用电力交易实现谷电蓄热等，实现压缩式热泵真正的零碳供暖。

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