全球热泵专利技术发展现状及趋势分析
禹翔天+袁信国
摘 要：热泵作为供热的主要设备之一，具有高效、节能、环保等优点，本文主要从能源塔热泵系统的技术现状、运行原理及发展应用现状进行探讨研究。
关键词：能源塔；热泵；溶液浓缩装置
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.056
1 能源塔热泵技术现状
在采暖季，利用低于冰点的载体介质提取低空气中的热能以及小温差传热技术以提高热泵制热性能系数，通过往能源塔热泵机组输入少量高品位的能源，实现将热能从低温位向高温位的转换。在制冷季，能源塔的特殊结构将热量排到大气以起到高效制冷的效果。因此，能源塔热泵技术在冬季为源热泵，在夏季则为制冷机[1]。
2 能源塔热泵技术运行原理
能源塔热泵系统的构件主要有能源塔、溶液浓缩装置、低热源热泵装置、阀件等。其运行模式按气候主要为采暖季运行方式与制冷季运行方式。如图1所示，在采暖季，实心箭头指的是在进行热交换时溶液的流动方向，空心箭头则代表用户水的流动方向。用户水散热后流至热泵装置的冷凝器，吸收制冷剂的热量后变成冷液体，穿过绝热节流进入蒸发器进行吸热。防冻液体流经能源塔后在热泵中蒸发散热，在管翅式换热器中吸热，其中空气中的显热和潜热补充其不足的热能。在能源塔内，防冻液主要采取两种换热的形式：一是在采暖季，开启能源塔风机让室外热气穿过翅片式换热器，使换热器盘管中的防冻液体接收热量；二是在制冷季，将风机与盐溶液喷淋泵同时开启，使盘管外盐溶液保持流动以避免盘管外侧结霜，而防冻液与空气换热充分。由于盘管外表面的盐溶液流动时通过吸收空气中的水汽而被稀释，所以还要再浓缩以达到标准。而制冷季的运行模式则与采暖季的换热方式完全相反，通过转换四通换向阀来实现。
3 发展及应用现状
能源塔的前身叫冷却塔，冷却塔当时是用于散热，在冬季却无法吸热，为了使其在夏季散热、冬季吸热，将冷却塔改造后改叫作能源塔。20世纪80年代，日本首次在建筑领域应用能源塔技术，改叫作加热塔。接着通过对加热塔技术进行一系列改造，并在区域水环热泵系统中成功应用。Prueitt与Elliott于1995年发明一种通过塔顶散发的带静电荷水雾吸收空气中细微颗粒状污染物的对流塔，其中气溶胶固体污染物溶于其中，以消除掉二氧化硫，臭氧，煤烟等污染物。Fisenko等人于2004年通过数学模型研究冷却塔传热与传质特性，得出冷却塔的换热效率主要取决于塔内小液滴的半径大小。
能源塔热泵技术十分适用于我国南方地区夏热冬冷气候。在2005年，湖南省首次應用第一代能源塔热泵技术于湘西州某酒店。2008年到2009年，刘秋克通过对热源塔热泵技术在我国南方的适用性的研究，并结合湖南地区的工程实例进行各项数据分析，得出能源塔热泵技术十分适用于我国南方地区。[2]文先太、梁彩华等经过分析能源塔热泵在不同工况下的换热性能，建立了叉流式能源塔装置。张晨、杨洪海等结合闭式能源塔的工作原理与结构特点，运用数值模拟成功推算出塔内的热交换效率公式，证明闭式能源塔热质交换的高效性。2010年到2011年，佘明威研究了能源塔内的填料与热泵机组不冻液配方，构造能源塔工况冬季里的热质交换模型。熊盎然通过研究能源塔内部换热器的传热传质特性，计算得出闭式能源塔机组的能耗与制热系数[3]。
4 结语
在国内，目前能源塔热泵技术尚处于探索阶段，应当加快设计研发的速度，加大设计研究的力度，并逐步建立示范工程和实验试点，提供良好的实验平台进一步优化其结构以及运行性能。全面深入研究与探讨系统设计、运行控制以及部件匹配，使之产业化，让能源塔热泵技术在我国真正走向商业化发展和规模化应用。
参考文献：
[1]佘明威.能源塔的研究[D].武汉：武汉科技大学，2011：64.
[2]刘秋克，王武英.热源塔热泵低热能再生技术在我国南方的应用[J].建设科技，2008（15）：124-125.
[3]熊盎然.闭式热源塔热泵技术的基础理论与试验研究[D].长沙：湖南大学，2011.endprint
