低碳技术 大跨度升温型热泵

吸收式热泵主要和“热”打交道，“热”作为一种能源形式，具有“量”和“质”两个衡量指标，这两个方面既相互独立，又可以互相转换。对应这两个指标，吸收式热泵也可以分为两大类，一类是用于“降质增量”的增热型吸收式热泵，另一类是用于“减量提质”的升温型吸收式热泵。

热“量”的方面很好理解，就是热量的多少；热“质”的方面，体现的是热所具有的做功能力，即热量能够转变成机械能的多少。对这种做功能力的衡量，介质为气相时可用“压力”为指标，介质为液态时则以“温度”作为标杆。

工程应用中多以水作为热能的载体，因此这里以温度表征热能所具有的做功能力。热能在降温的过程中，对外输出功，而在升温的过程中，则需要外部输入功。以此为基本原理的吸收式热泵，就是利用一部分不同质热能的温降，实现另一部分不同质热能的温升。增热型吸收式热泵，以高温热和中温热之间的温降做功，实现低温热升温至中温热的功能，提高了输出中温热的总量；升温型吸收式热泵，以部分中温热和低温热之间的温降做功，实现另外一部分中温热到高温热的升温功能。两种吸收式热泵的原理如下图所示。

增热型吸收式热泵和升温型吸收式热泵

吸收式热泵利用不同“质”热量之间的温度差做功，不需要外界其他热量驱动，具有很好的经济性，在大量有类似传热过程的工艺流程中得到广泛应用。以升温型吸收式热泵为例，在很多工业领域，产生大量70℃以上的余热，没办法再次应用在工艺里，只能通过冷却塔或直排的方式释放到空气中，余热与外界空气之间的温差在50℃以上；利用这部分温差，完全可以在不补充外界能量的前提下，将一部分余热升温后再次应用于工艺流程，替代部分高温热量，达到余热利用的目的。升温型吸收式热泵的流程如下图所示。

升温型吸收式热泵

常规升温型吸收式热泵的升温幅度为30-40℃，供热COP接近0.5，即将近50%的中温热量可以升温30-40℃，剩余50%的热量降温排放至环境空气中。升温幅度的高低，取决于中温热（余热）和低温热（空气）之间温差的大小，在低温热温度一定的情况下，余热温度越高，升温幅度更大。

升温型吸收式热泵在不用输入额外能量的前提下，替代约50%的高温热，具有很好的经济价值。但是，产出高温热的温度取决于中温热和低温热之间的温度差，升温幅度是受限的。如果产生的高温热温度不够，不能替代原有的输入热量，就无法实现余热利用，此时可以采用大跨度升温型热泵。

大跨度升温型热泵是常规升温型热泵的改进型，升温幅度可以从30-40℃提高到60-80℃，基本可以覆盖常见的工业领域，大幅度扩展了升温型热泵的适用范围。为了实现更大的升温功能，大跨度升温型热泵采用了两种改进路线，一种是降低COP，一种是补充驱动能量。

降低COP的方式，使降温的中温热比例增加，升温的中温热比例减少，升温幅度更大。这种大跨度升温型热泵的COP大约为0.3，即30%的热量可提升60-80℃，70%热量排放到环境中，优点是不需要额外能量补充，缺点是产生的高温热减少。

补充驱动能量的方式，大跨度升温型热泵的COP保持在0.5不变，升温幅度达到60-80℃，但需要补充少量驱动能量，产生1t蒸汽约需要补充50-100kWh的电能或其他形式的能量，需要一定的运行费用，但是产汽量更大。

从余热温度和产热温度范围来看，升温型热泵更适用于工业领域，大幅降低了工艺中高温热量的消耗，经济效益明显。常规升温型热泵的升温幅度为30-40℃，经济性最佳，投资回收期在8个月到1年左右，但适用范围受到一定限制；在需要大温升的余热利用场景，可以采用大跨度升温型热泵，升温幅度可达60-80℃，扩大了升温型热泵的适用领域，但经济性略差，投资回收期在1.5年左右。