多能源互補的分布式供能系統專(zhuān)題三：吸收式熱泵技術(shù)

分布式冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統（CCHP）是分布式能源系統中最具實(shí)用性和發(fā)展活力的系統，而吸收式熱泵技術(shù)是CCHP系統的重要組成部分，其功能是回收動(dòng)力裝置排放的余熱，生產(chǎn)用戶(hù)要求的冷/熱產(chǎn)品。日本、德國、俄羅斯和美國等發(fā)達國家一直非常重視對吸收式技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。目前以溴化鋰/水為工質(zhì)對的吸收式空調制冷系統已經(jīng)實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，廣泛應用于建筑的暖通空調領(lǐng)域。

1. 吸收式熱泵原理

吸收式熱泵根據功能不同，可以分為升溫型、蓄熱型、增熱型和冷凍型，其中增熱型和冷凍型在分布式供能系統中應用較為廣泛，其工作原理如圖1所示。CCHP系統中上游的動(dòng)力裝置排放的余熱輸入吸收式熱泵的發(fā)生器，加熱機組中的基礎溶液產(chǎn)生高壓制冷劑蒸汽，經(jīng)過(guò)冷凝、節流降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器從低溫熱源吸收熱量蒸發(fā)，形成的低壓制冷劑蒸汽進(jìn)入吸收器被溶液吸收后，重新形成基礎溶液，經(jīng)過(guò)溶液泵加壓后再送回發(fā)生器。

吸收式熱泵循環(huán)可以分為熱機子系統和熱泵子系統。通過(guò)吸收器和發(fā)生器中兩個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程間接實(shí)現了制冷劑蒸汽的加壓過(guò)程，因此吸收器和發(fā)生器組成了熱機子系統；發(fā)生器產(chǎn)生的高壓制冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝，再經(jīng)過(guò)節流減壓后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，冷凝器和蒸發(fā)器組成了熱泵子系統。吸收式熱泵通過(guò)這兩個(gè)子系統的共同作用實(shí)現了余熱制冷/制熱的功能。

2. 國內外研究現狀

目前國內外對吸收式熱泵的研究主要包括工質(zhì)對、傳熱傳質(zhì)過(guò)程強化、系統集成等方面。

吸收式熱泵系統的工質(zhì)對由制冷劑和吸收劑組成，工質(zhì)對的化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)直接影響系統性。有研究表明適于吸收式熱泵的制冷劑有40多種，吸收劑有200多種，但最常用的工質(zhì)對主要為氨/水和溴化鋰/水兩種。近年來(lái)通過(guò)添加無(wú)機鹽、納米流體等添加劑來(lái)改善吸收或發(fā)生過(guò)程的研究得到廣泛關(guān)注。

吸收式熱泵主要部件的內部過(guò)程都是傳熱傳質(zhì)過(guò)程，尤其是吸收器的傳熱傳質(zhì)性能對整個(gè)系統至關(guān)重要，因此對各種吸收器（比如降膜式吸收）內部傳熱傳質(zhì)過(guò)程的強化成為吸收式熱泵領(lǐng)域的另一個(gè)研究熱點(diǎn)。

吸收式熱泵系統集成研究具有大幅提高系統的熱力性能的潛力，相關(guān)研究最為活躍。為了更加高效利用余熱的高溫部分熱量，吸收式熱泵已經(jīng)從最初的單效循環(huán)發(fā)展成雙效或三效循環(huán)；針對系統內部存在高溫熱量排放問(wèn)題，提出了GAX循環(huán)和1.x效吸收式循環(huán)，回收部分吸收器高溫排熱用于發(fā)生過(guò)程，大幅提高了系統性能；為了在不提高熱源溫度的前提下降低制冷溫度，提出了多級復合型吸收式熱泵系統。

3. 分布式供能與可再生能源實(shí)驗室的研究特色

吸收式熱泵是分布式冷熱電聯(lián)供系統的余熱利用裝置，分布式供能與可再生能源實(shí)驗室從分布式供能系統角度對吸收式熱泵開(kāi)展了一系列有特色的研究工作。

（1）吸收式熱泵變工況性能研究。分布式供能系統運行工況隨用戶(hù)需求和環(huán)境不斷變化，動(dòng)力裝置提供給吸收式熱泵的余熱量及品位和冷卻水溫度等也在不斷變化，必將對吸收式熱泵熱力性能產(chǎn)生影響。本實(shí)驗室對吸收式熱泵的變工況性能開(kāi)展了理論和實(shí)驗研究（圖2），探索了提高吸收式熱泵和分布式供能系統變工況性能的方法。

（2）升溫型熱泵研究。針對內燃機發(fā)電機組有大量80～90℃低溫余熱并難以利用的問(wèn)題，本實(shí)驗室研究了升溫型熱泵循環(huán)，將低溫余熱溫度提高到100℃以上再加以利用，提高分布式供能系統的熱力性能。

（3）多能源互補的吸收式熱泵循環(huán)研究。分布式供能系統具有可將多種能源進(jìn)行互補利用的優(yōu)勢，比如將太陽(yáng)能、地熱能等可再生能源與化石能源互補利用。余熱和可再生能源的互補利用具有大幅提高熱泵和分布式系統性能的潛力，本實(shí)驗室也開(kāi)展了相關(guān)研究。