集中供热中热泵系统的应用

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国民经济的高速发展促进了城市化水平的提高，因此在城市化不断推进的今天，我国北方城市对集中供热的需求越来越高。集中供热是保障我国北方城市居民进行正常生产、生活的基本条件之一，同时也是保证城市能够正常运转的要求之一，因此，集中供热在我国属于基础性产业，并且由于其对北方城市的重要性，在国民经济的发展过程中起到了重要的前瞻性作用，同时与社会工作的日常生活形成密切联系。

1热泵系统概念及发展现状

热泵系统属于新能源技术，主要从自然界的水、空气、土壤以及地下热能中获取低位热能，之后利用电能进行做功，从而为用户提供高位热能的热能转换装置。热泵系统的发展历程与能源技术的发展有着密切联系，世界第一台用于城市发展的热泵系统诞生于1938年，主要利用苏黎世河水为城市运转提供热能。从全球的热泵系统发展历史来看，热泵系统的发展进程始终与能源发展相结合，从近年来热泵行业的发展状况来看，热泵市场呈现出迅速增持的状态，并且随着当前世界范围内的能源短缺问题越来越严峻，热泵系统的发展势头更为迅猛，并且随着世界内能源结构的改变，热泵产业的发展有效推动了世界经济发展。相对于西方发达国家来说，我国对于热泵系统的研究以及应用起步较晚，但是发展速度较快，从20世纪50年代开始，我国开始对热泵系统进行研究，60年代正式完成热泵产品的上市。从当前形势来看，我国的热泵研究人员针对直燃机组、吸收式制冷、太阳能热泵等技术进行了全面研究，但是由于我国幅员辽阔，因此我国的热泵系统在实际应用中还需要与当地气候环境相结合。

2热泵系统工作原理

热泵系统由热交换机、压缩机、保温水箱、轴流风扇、过滤器、水泵、储液罐以及电子控制器和电子膨胀阀构成，在系统运行过程中，从自然界获取低位热能，进而通过电能做功，将低位热能转换成为高位热能，以此为热能用户提供足够的热能供给。热泵系统在接通电源之后，轴流风扇进行运转，室内空气何以通过蒸发器与室外空气进行热交换，同时通过排风系统将降温后的空气排除。与此同时，蒸发器内的工质通过吸热之后进入压缩机，从而将低压气体转换成为高压气体，进而将转换之后的高压气体输入冷凝器，水泵系统循环中的液体则可以通过冷凝器完成加热工作，之后送到用户方以供其利用，在此过程中，热泵中的工质可以冷却成为液体，进而通过降温后送入蒸发器进行循环利用。

3热泵系统在城市集中供热中的实际应用

3．1利用热泵系统实现冷热联供

当前我国城市的主要供热方式单一，并且随着我国城市化进程的进一步加快，能源短缺问题、供热缺口增大问题变得越来越突出，因此如何解决上述问题成为热力行业和城市集中供热工作中所共同关注的重点。随着热泵系统及其应用技术的不断完善，热泵系统基于其制冷、制热功能兼具的优点，在城市集中供热中获得了广泛应用，并且利用热泵系统可以实现冷热联供，从而将多余热量进行有效利用，提高能源利用率，提高经济发展的效益。热泵系统中冷热联供的工作原理是逆卡诺循环，在冷热联供的过程中，制冷设备的工作原理也是逆卡诺循环，但是制冷设备的工作目的是降低工作对象的温度，而热泵的工作目的则是提高工作对象的温度，因此热泵系统与制冷设备的工作范围是不同的。众所周知，在高温区和低温区之间的热量传递是非自动的，因此通过热泵系统的运转可以有效实现从低温区到高温区的热量传递。根据能量守恒定律可知，能量在自然界之中是恒定不变的，因此在这一热量传递的过程中，高温能量等于热泵利用能量和低温能量的总和。以城市中的酒店供热为例，其冬季供暖所需热量和运营所需用水主要由换热站提供，而夏季制冷设备的运行主要由制冷站控制，换热站和制冷站之间的设备是相互独立的，也就意味着制冷系统在运行的时候必须将多余的热量排到系统外部，从而形成了能源浪费。通过热泵系统可以将夏季制冷设备运行过程中产生的多余热量进行回收利用，主要方案有以下两种:1)利用热泵系统将夏季制冷过程中所产生的多余热量进行回收利用，进而满足酒店内的热水供给;2)在夏季直接利用热泵技术满足酒店自身的制冷和生活热水需求。通过数据分析后可以得出，方案一更具优势。

3．2利用污水源热泵实现集中供热

在我国的城市生活中，污水排放往往夹杂着大量的热量，而从当前的供热技术来看，我国大多数中小城市在城市给排水以及集中供热的设计中并不能对生活污水中的余热进行有效利用。本文以北京市的污水源热泵系统在集中供热中应用案例进行分析，在北京的城市集中供热系统中，其污水余热成为余热资源的重要组成部分，通过热泵系统可以对污水余热进行二次利用，从而有效发挥污水源热泵系统应有的作用，实现集中供热。在实际应用过程中，将城市供热网络与污水余热处理系统相结合，从而将污水中的余热能源用于热网回水的加热工作，以此对污水余热能源进行有效利用，同时可以优化集中供热的能源结构。此外，利用污水源热泵系统实现集中供热还可以提高供热中的可再生能源利用效率，减少化石能源的消耗，进一步实现节能减排，减少集中供热对环境造成的破坏。在城市集中供热系统中，供热管网可以有效满足热能需求，北京市的热力企业提供了建筑供暖以及生产生活供暖所需的热量，此外，结合城市供热网络可以提高污水源热泵系统的工作效率，进而扩大污水源热泵在城市集中供热中的应用，形成规模效应，提升污水源热泵系统的余热再利用效率。在当前的污水源热泵系统中主要有直接回收利用和间接回收利用两种方式，但是直接回收利用投资较高、运行效率低且维护成本较高，因此在城市污水源热泵系统的建设中，大多采取间接回收利用，以此降低投资成本、运行成本、维护成本。

3．3地岩热泵在集中供热中的应用

除了冷热联供和污水源热泵应用之外，在地热能丰富的地区可以利用地岩热泵系统有效提高供热能力，从而解决供热中的能源短缺问题。不同于污水源余热能源的是，地热能属于新型的可再生清洁能源，因此可以在一定程度上取代化石能源，以此为城市发展和经济建设提供能源支撑。长期以来，我国经济发展过于依赖化石能源，但是化石能源的不可再生性导致我国经济发展面临严重的能源短缺问题，这一点也深刻体现在城市集中供热中，因此采取地岩热泵系统提高集中供热效率，可以有效缓解能源短缺问题，促进节能环保建设。此外，地热能具有供热稳定、可再生、清洁无污染等优势，因此通过地岩热泵利用地热能实现集中供热在地热资源丰富的地区已经开展。在地岩热泵技术的应用中，施工队伍通过岩层打孔，之后在孔中安装换热设备，从而将地下的地热能输送到地面，进而利用热泵系统向城市供热系统进行供热，在当前的地热能开发中，当前应用最为广泛的是无干扰地热利用技术，能够有效避免地面因素的影响，同时避免对地下水资源造成破坏，并且能够持续、高效、稳定地开发地热能。

4结语

本文通过对集中供热过程中的热泵系统应用进行探讨，得出通过热泵系统的有效应用可以提高集中供热的效率，并且通过冷热联供、污水源热泵系统、地岩热泵系统的应用，可以有效减少集中供热造成的环境污染，从而促进城市的可持续发展，同时有效促进节能环保建设，提高城市发展的效率。