英华特技术分享 | 工业热泵应用需要关注哪些细节？

在“双碳”目标与用能成本持续攀升的双重驱动下，工业热泵以其卓越的节能优势，正成为众多高耗能企业转型升级的首选方案。然而，工业用能场景多样，工艺流程复杂，热源及余热资源情况各不相同，使得工业热泵的定制化程度较高，从前期的方案评估，到最后的项目落地，过程中有很多的细节需要加以关注。这一期小编以思维导图（图1）的形式，来盘一下工业热泵应用中都有哪些需要注意的地方。

图1 思维导图

热源侧

01 热源类型：空气、水源、工业废热（工艺冷却水、废气、蒸汽凝结水等）；

02 热源温度：热源温度直接影响热泵能效比和制热能力，在压缩机运行范围内，热源温度越高,压缩机工作的蒸发温度越高，机组性能往往越好。热源为空气源时，环境温度较低时蒸发器易结霜，导致效率下降，需考虑除霜时对系统输出的影响；环温过低也会影响机组能效，甚至触发低压过低保护导致不能正常运行；

03 稳定性：热源温度和流量稳定性影响系统的稳定，空气源机组受环境温度影响大，水源及工业废热温度随生产工艺的实际用热情况波动，这些因素都将影响机组的能力输出；

04 腐蚀性与洁净度：工业废水中可能含腐蚀性物质、油脂或颗粒物，需选用耐腐蚀材质（如钛管、不锈钢），需考虑设计成易清洗结构，特殊情况可能需要设计成二次换热。

图2 高温压缩机能效随蒸发温度变化曲线图

图3 空气源复叠机组原理图

图4 水源热泵机组案例图

使用侧

出水/出风温度：使用侧所需的最高温度是选取制冷剂工质的重要因素；用热温度与热源温度的温差过大时需要采用两级压缩来实现，整机成本相对较高；

热负荷与稳定性：需准确估算用热量及流量以匹配合适容量的机组，机组容量过小不能满足用热要求，容量过大将导致频繁停机；对温度稳定性要求较高的宜采用变频机组；

用水水质/回风洁净度：硬水在高温下易结垢，水垢会影响冷凝器换热效率，因此冷凝器进水需进行软化处理；输出热风的设备还需关注回风洁净度（灰尘、毛屑等杂质含量）对换热器的影响。

设备端

压缩机类型：大容量机组通常采用离心式或螺杆压缩机，中小容量的机组采用涡旋压缩机，对控温要求高的场景宜采用变频压缩机；其中采用涡旋压缩机的机组更利于标准化、模块化生产；

工质的选择：根据用热温度选择合适的工质，不同的工质对热源温度的要求也不一样。135℃~150℃供热可考虑选用R1233zd(E)工质，110~130℃供热可考虑选用R245fa工质，90~95℃供热可考虑选用R515B工质（具体的解决方案可联系我司应用工程师）；

图5

系统控制：设备控制逻辑需要贴合现场用热工艺，多台设备组合使用还需考虑流量/热量分配，需配备智能化控制方案；还需配备完善的故障诊断逻辑及故障应对方案，保障设备安全运行。

安装维护

01 安装场地：需要有足够的空间进行安装、维护，保证良好的通风。大型机组还需考虑设备的承重、振动和噪音对周边环境的影响；

02 场地改造：设备安装可能不仅仅是热泵机组的安装，还可能涉及输电网络的改造，如果是蒸汽设备还可能涉及蒸汽管道的安装改造，需具备特定资质；

03 维护保养：需制定定期观测记录运行数据，制定维护计划，包括清洗换热器、检查机组运行参数、检查电器件情况等；机组设计需要考虑可维护性。

经济性

综合能效：通常热源温度较高、冷热联供或者有废热可回收的场景，综合能效较高；

运行成本：对比燃气锅炉、电锅炉、蒸汽等替代加热方式的运行成本，需结合现场用能成本（电价与气价），以一个用能周期（如一个月/一年）的总体数据来评估；

初始投资与回报周期：工业热泵初始投资较高，需综合设备费、安装费、电费、运行费用、维护费等进行详细投资的回报分析；复叠机组成本较高能效较低，会拉长回报周期，但其具备不受热源温度限制的优点，可以满足热源温度不足或余热量不够的场景。

误区

1.所有用热场景都可以用热泵替代——并非所有应用场景都适合采用热泵机组，需结合热源情况、用热情况综合评估；

2.热源温度足够高就可以实现高温输出——还需重点关注热源的流量及稳定性情况，即热源的总热量是否充足及稳定；

3.1度电当4度电用——热泵机组的能效并不是恒定的，随使用工况变化而变化，不能脱离工况条件谈能效，不要被一些夸大的宣传误导。

总结

工业热泵方案需要从技术可行性、经济合理性、运行可靠性等维度去进行综合评估，项目前期应与设备提供商、制造商、工程安装商等各方专业人员进行深入沟通，并到现场进行详细勘察和数据记录，确保项目成功。我司应用工程团队可以配合客户一起到现场做勘察，并提供整体解决方案，如有需要可随时与我们联系。