多能源互补的分布式供能系统专题三：吸收式热泵技术

分布式冷热电联产系统（CCHP）是分布式能源系统中最具实用性和发展活力的系统，而吸收式热泵技术是CCHP系统的重要组成部分，其功能是回收动力装置排放的余热，生产用户要求的冷/热产品。日本、德国、俄罗斯和美国等发达国家一直非常重视对吸收式技术的研究和开发。目前以溴化锂/水为工质对的吸收式空调制冷系统已经实现产业化，广泛应用于建筑的暖通空调领域。

1. 吸收式热泵原理

吸收式热泵根据功能不同，可以分为升温型、蓄热型、增热型和冷冻型，其中增热型和冷冻型在分布式供能系统中应用较为广泛，其工作原理如图1所示。CCHP系统中上游的动力装置排放的余热输入吸收式热泵的发生器，加热机组中的基础溶液产生高压制冷剂蒸汽，经过冷凝、节流降压后进入蒸发器从低温热源吸收热量蒸发，形成的低压制冷剂蒸汽进入吸收器被溶液吸收后，重新形成基础溶液，经过溶液泵加压后再送回发生器。

吸收式热泵循环可以分为热机子系统和热泵子系统。通过吸收器和发生器中两个传热传质过程间接实现了制冷剂蒸汽的加压过程，因此吸收器和发生器组成了热机子系统；发生器产生的高压制冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝，再经过节流减压后进入蒸发器吸热蒸发，冷凝器和蒸发器组成了热泵子系统。吸收式热泵通过这两个子系统的共同作用实现了余热制冷/制热的功能。

2. 国内外研究现状

目前国内外对吸收式热泵的研究主要包括工质对、传热传质过程强化、系统集成等方面。

吸收式热泵系统的工质对由制冷剂和吸收剂组成，工质对的化学和热力学性质直接影响系统性。有研究表明适于吸收式热泵的制冷剂有40多种，吸收剂有200多种，但最常用的工质对主要为氨/水和溴化锂/水两种。近年来通过添加无机盐、纳米流体等添加剂来改善吸收或发生过程的研究得到广泛关注。

吸收式热泵主要部件的内部过程都是传热传质过程，尤其是吸收器的传热传质性能对整个系统至关重要，因此对各种吸收器（比如降膜式吸收）内部传热传质过程的强化成为吸收式热泵领域的另一个研究热点。

吸收式热泵系统集成研究具有大幅提高系统的热力性能的潜力，相关研究最为活跃。为了更加高效利用余热的高温部分热量，吸收式热泵已经从最初的单效循环发展成双效或三效循环；针对系统内部存在高温热量排放问题，提出了GAX循环和1.x效吸收式循环，回收部分吸收器高温排热用于发生过程，大幅提高了系统性能；为了在不提高热源温度的前提下降低制冷温度，提出了多级复合型吸收式热泵系统。

3. 分布式供能与可再生能源实验室的研究特色

吸收式热泵是分布式冷热电联供系统的余热利用装置，分布式供能与可再生能源实验室从分布式供能系统角度对吸收式热泵开展了一系列有特色的研究工作。

（1）吸收式热泵变工况性能研究。分布式供能系统运行工况随用户需求和环境不断变化，动力装置提供给吸收式热泵的余热量及品位和冷却水温度等也在不断变化，必将对吸收式热泵热力性能产生影响。本实验室对吸收式热泵的变工况性能开展了理论和实验研究（图2），探索了提高吸收式热泵和分布式供能系统变工况性能的方法。

（2）升温型热泵研究。针对内燃机发电机组有大量80～90℃低温余热并难以利用的问题，本实验室研究了升温型热泵循环，将低温余热温度提高到100℃以上再加以利用，提高分布式供能系统的热力性能。

（3）多能源互补的吸收式热泵循环研究。分布式供能系统具有可将多种能源进行互补利用的优势，比如将太阳能、地热能等可再生能源与化石能源互补利用。余热和可再生能源的互补利用具有大幅提高热泵和分布式系统性能的潜力，本实验室也开展了相关研究。