超级温升热泵供热技术解决方案

　　热泵是一种从低温热源取热、产生高温热能的设备，将“热”从低温“泵”向高温。与水泵类似，为了实现这种非自发的热力过程，需要高品位能量驱动。从驱动角度上分类，热泵可分为高温热源驱动的吸收式热泵、吸附式热泵，机械能驱动的压缩式热泵，和其他形式的热泵。双碳目标下的未来能源结构以电力为主，因此，电驱动压缩式热泵是以后节能供热的主力。超级温升热泵也属于电驱动压缩式热泵。

　　供热包括民用供暖和工业蒸汽。民用供暖领域，特别是集中供暖领域，需要较高的供水温度以降低一次管网投资和输配泵耗，严寒期的供水温度一般需要100℃左右；工业蒸汽领域，一般需要2-6公斤的蒸汽压力，饱和温度在120-165℃之间。因此，对于余热回收热泵来说，产生的热量温度越高越好。

　　但是，可用于供热的余热温度普遍不高。目前比较常见的余热有工业循环水、地热、地表水（生活污水、河水、海水等）、空气能等。除了少数特定工艺的工业余热及特定地点的地热之外，余热温度普遍在50℃以下，冬季的空气能更是达到零下温度。常规热泵的温升普遍在40-70℃之间，严重限制了供热领域余热的利用。这种情况下，超级温升热泵应运而生。

　　超级温升热泵以电力驱动，采用多种先进技术，实现了最低从小于-20℃的余热取热、最高产生大于165℃高温热能的大温升效果，温升幅度近200℃。极限情况下，可以实现冬季利用空气能产生0.6MPa以上压力的工业蒸汽。超级温升热泵采用了多种技术，其中多工质复合压缩技术、降膜蒸发冷凝技术、模块化技术是超级温升热泵实现和应用的基础。

　　多工质复合压缩技术：可用于压缩式热泵的制冷工质繁多，特别是不同工质适用的工况范围不同、经济性不同，而在近200℃的温升范围内，没有一种工质可以经济高效的覆盖全温度范围，这就需要将整个温升过程分为多段，每段采用合理的工质，利用多级多工质复合压缩的方式，实现大温升的效果，同时保证经济性。可以说，大温升范围内分段是否合理、各段采用的工质是否经济、多级接力参数是否匹配，是超级温升热泵成败的关键。

　　降膜蒸发冷凝技术：多工质复合压缩技术中的每一级工质不同，无法在内部直接连通，需要采用换热的方式隔离不同的工质。上级循环的冷凝热作为下级循环的蒸发热，最简单的实现方式是设置一股中间流体，分别与冷凝过程和蒸发过程换热，实现两级之间的热传递。但是，这样会增加中间传热过程，产生传热温差、恶化下级工况，增加设备造价，还需要增设内循环泵，整体投资和泵耗都会增加，经济性下降。降膜蒸发冷凝技术，可以实现上级冷凝和下级蒸发之间的直接传热，减少不必要的换热环节，降低投资和运行电耗。该技术换热面两侧均为气液相变过程（冷凝和蒸发），设计难度较大。实现的关键在于蒸发和冷凝侧的流场设计，使换热管两侧的气体和液体顺畅流动，保证蒸发、冷凝以及传热过程顺利进行。

　　模块化技术：余热回收现场条件千变万化，并不是所有现场都是只存在超低温余热、需要超高温供热。余热利用需要根据现场余热条件、供热需求进行个性化设计，利用合理温升段的热泵进行余热利用，实现最佳经济性。超级温升热泵采用了模块化设计，把近200℃的温升段分为多个模块，可以根据现场情况快速选择合适的温度段组合，实现项目的最优化设计。这是超级温升热泵快速推广的基础。

　　超级温升热泵给供热领域提供了一种极限解决方案。当然，超级温升的代价是电耗比例增加、经济性变差，这也是客观规律决定的。每个项目的情况不同，需要因势利导，余热梯级利用，优先利用高温余热，再依次选择低温余热，直至空气能。模块化的超级温升热泵覆盖了余热供热的全温度段，为电力驱动的供热系统提供了全工况解决方案，是未来以电力为主的供热节能发展方向之一。