热泵作为供应热量的首要设备之一，以其对环境和睦及节俭能源等特色，在许多范畴获得了遍及的利用。在本文中。感化起首回顾了热泵的发展汗青，介绍了热泵的种类、特色、利用处合及前提，对几种首要热泵在利用过程中存在的问题举行了会商，阐发了热泵技术的研讨希望、利用近况及相干新技术。

 

      1 热泵与制冷机

 

      热泵是一种以冷凝器放出的热量对被调度环境举行供热的一种制冷体系。就热泵体系的热物理过程而言，从事情道理或热力学的角度看，它是制冷机的一种特别利用型式。它与一样平常制冷机的首要辨别在于：

 

      ①利用的目标不合。热泵的目标在于制热，研讨的着眼点是工质在体系高压侧经由过程换热器与外界环境之间的热量互换；制冷机的目标在于制冷或低温，研讨的着眼点是工质在体系低压侧经由过程换热器与外界之间的换热；

      ②体系事情的温度地区不合。热泵是将环境温度作为低温热源，将被调度工具作为高温热源；制冷机则是将环境温度作为高温热源，将被调度工具作为低温热源。因此，当环境前提相当时，热泵体系的事情温度高于制冷体系的事情温度。

 

      2 热泵的由来及首要利用型式

 

      2.1 热泵的由来

 

      跟着财产革命的发展，19世纪初，人们对可否将热量从温度较低的介质“泵”送到温度较高的介质中这一问题产生了黏稠的欢愉爱好。英国物理学家J.P.Joule提出了“经由过程转变可紧缩流体的压力就可以够使其温度产生转变”的道理。1854年，W.Thomson传授（即大年夜家熟知的Lord Kelvin勋爵）颁***文，提出了热量倍增器（Heat Multiplier）的观点，初次描述了热泵的假想。

 

      当时，热泵供热的工具主如果夷易近用，供热需求总量小，特别是对因为采热体例及其对环境的影响尚没有充足的意识。人们采热的体例主如果燃煤和木料，因此，热泵的发展长期明显滞后于制冷机的发展。

 

      上世纪30年代，跟着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战今后，财产经济的长足发展带来的对供热的大年夜量需求及相对能源短缺，促进了大年夜型供热及财产用热泵的发展。1973年的环球机能源危急，进一步促进了热泵在环球范围内的发展。

 

      2.2 热泵的首要利用型式

 

      遵循热泵体系的热力轮回型式，通常将热泵分为以下六类：

 

      ①蒸气紧缩式热泵

  

      与制冷机一样，蒸气紧缩式体系也是热泵最首要的利用型式。遵循低温热源与供热介质的组合体例不合，蒸气紧缩式热泵体系又分为氛围——氛围热泵、氛围——水热泵、水——水热泵、水——氛围热泵、地热——氛围热源热泵和泥土热源——水热泵等几种首要利用型式。

 

      ②气体紧缩式热泵

 

      与蒸气紧缩式体系热泵不合的是，在这类热泵体系中，事情介质的事情地区为过热区。对气体紧缩式热泵体系，目前首要以二氧化碳、湿氛围作为事情介质的热泵体系及相干技术，是相干范畴研讨的两类热点课题。利用湿氛围作为事情介质的空调热泵体系及装配，以往首要用于航天方面，比方作为飞机客舱的氛围调度用冷、热源设备。对利用湿氛围作为事情介质的空调热泵体系在普通财产或夷易近用修建环境调度利用的大概性，作者曾作文切磋。

 

      ③蒸气喷射式热泵

 

      蒸气喷射式热泵的事情与道理与蒸气紧缩式热泵基真不异，只是由蒸气喷射器取代紧缩机。这类热泵首要用于热电厂综合热能利用中，与接收式热泵比拟，这类热泵效力较低，目前较少采取。

 

      ④接收式热泵

 

      接收式热泵是一种利用低品位热源实现将热量从低温热源泵送向高温热源的轮回体系。常常利用的工质对是“水-溴化锂（此中，以溴化锂稀溶液为工质，以溴化锂浓溶液为接收剂）”、“氨-水（此中，以氨为工质，以水接收剂）”、“水-氯化钙（此中，以铝化钙稀溶液为工质，以氯化钙浓溶液为接收剂）”。

 

      ⑤热电式热泵

 

      热电式热泵又称为温差电热泵。它是利用Peltier效应，即当直流电经由过程了两种不合导体构成的回路时，就会在回路的两个连接端产生温差征象。

 

      热电式热泵具有没有活动部件，事情可靠，寿命长，节制调度便利，振动小，噪声低，对环境污染小等特色，但热电堆的成本较高并且效力较低，因此首要用于一些特别场合。

 

      ⑥太阳能热泵

 

      这类热泵以太阳能集热器作为热源。图3所示的是此中一种计划的太阳能热泵流程。

 

      除上述几种热泵外，另有化学热泵和吸附式热泵、涡流管热泵等别的首要用于一些特别场合的别的情势的热泵。

 

      3 首要问题及利用近况

 

      蒸气紧缩式热泵是目前商业化利用最为遍及的一种热泵。首要以氛围、水或大年夜地作为低温热源。

 

      3.1 氛围源热泵（Air Source Heat Pump）

 

      以氛围作为热源的热泵称为氛围源热泵或气源热泵（Air Source Heat Pump，ASHP）。通常制作成可以或许供冷、供热的两用轮回体系。

 

      ASHP须要根据给定的天色前提来计划，使其容量及效力在较宽的环境温度范围内达到包管。由此，须要在机能上办理如许一对抵触，就是当须要供量最大年夜时的氛围源的温度最低，同机会组的容量及效力也最低。

 

      别的，ASHP机组须要充分考虑不合轮回前提下，节流机构的参数选择和室表里两个换热器之间的合理匹配问题。以机组性命周期内的总费用最低为目标，作者保举了以氛围措置参数作为ASHP体系室表里两个换热器之间的匹配的原则的方式。

 

      在肯定机组的容量时，对一样平常地区而言，因为空调负荷大年夜于采热负荷，因此，按照空调制冷负荷肯定便可。对严冷地区用户，在必然的时候内，空调负荷大概不再大年夜于采热负荷。在这类前提下，可以按照环境采纳两种措置方式：一是以极度供热负荷及其对应的环境前提与机组的运行前提肯定机组容量；二是仍然以空调制冷负荷肯定机组容量，在机组供热量不克不及知足供热的前提下，采纳增补帮助加热办法。文献[7]保举的肯定起动帮助加热办法的前提是“热泵体系的运行效力约为1.5至2.0”时。

 

      对冬冷夏热的湿热地区，须要考虑的别的一个问题就是ASHP机组室外侧换热器的结霜和由此带来的一系列问题。一样平常觉得，环境温度在-5~5℃区间，为易结霜区，须要特别存眷。

 

      3.2 水源热泵（Water Source Heat Pump）

 

      以水作为热源的热泵称作为水源热泵（Water Source Heat Pump，WSHP）。通常以海水、河水、湖水及井水作为低温热源。因为水的温度转变较小，水源热泵的机能通常要比ASHP的机能好并且稳定。目前，以污水措置场凉水池的水作为低温热源的热泵体系已在实际工程中采取，并且经济机能优良。

 

      以海水、河水或湖水作为低温热的热泵，一方面受天然前提的制约，另外一方面，须要在热泵体系中，采纳水措置及防腐办法。

 

      目前，以井水作为低温热源的热泵体系，是水源热泵机组和体系研讨及利用的热点。井水特别是深井水，整年温度根基稳定并且水质优良，是热泵体系比较抱负的低温热源，在工程中采取较多。但是这类体系有大概存在回水困难、回水污染及粉碎地下水生态资本等环境问题。从可连续发展的角度，这是一种不宜采取的体例。实际上，在许多国度地区，已有相应的法律，制止采取地下水资本作为热泵体系的低温热源。

 

      3.3 泥土热源热泵（Soil Heat Pump）

 

      泥土热源热泵（Soil Heat Pump，SHP）以大年夜地作为其低温热源。通常是将制冷盘管理进地下，盘管与泥土举行热量互换，热泵体系自成封锁式体系。按照埋管的情势不合，这类体系又分为横埋和竖埋（又称为直埋）两种体例。

 

      SHP存在以下不敷：

 

      ①造价昂贵，施工前提刻薄；
      ②大概泄漏，以引发地盘污染；
      ③大概引发地盘的大年夜面积龟裂。

 

      在工程上，一个可以借鉴的做法是，把管长约100米、直径约15厘米的管子作为一组，埋进地下。并经由过程一组小的内套管将水送到大年夜管子的底部。

 

      3.4 太阳能热泵（Solar Heat Pump）

 

      太阳能热泵（Solar Heat Pump）以太阳能集热器作为热泵体系的低温温度。图3是一种计划的太阳能热泵体系流程表示。这是一种可以或许从更低温度的环境中有用接收热量的体系。在体系做热泵运行时，储水槽中的水作为体系的低温热源。假定储水槽容量计划合理的话，即便水温降落到5℃时，仍然可以有用利用，并且，因为水温较低，使得太阳能集热器可以或许在较低的温度下事情，从而增加了它的热接收率。

 

      太阳能热泵的不敷在于它没法同时实现有用制冷轮回而成为实际上的单用体系。

 

      别的，假定太阳能热泵同时供应糊口用热水的话，须要考虑两个体系的分派与转换问题。同时，在高纬度地区利用时，存在糊口用水温度太高的大概性，为此，在体系中必需考虑采纳防高温水灼伤等办法。

 

      4 部门热泵新技术简介

 

      热泵新技术研讨主如果环绕提高热泵体系的热力学效力、提高热泵体系的环境和睦水安然平静措置氛围品德等方面睁开的。部门技术已利用于相干产品及体系中。相干新技术首要包含：

 

      ①室外侧换热器结霜节制、外不雅纳米材料及其外不雅润色工艺技术    经由过程对室外侧换热器的外外不雅举行纳米材料润色，使得霜水呈球状凝集，从而减小凝霜或凝水在换热器外外不雅冻结的机遇。

 

      ②大年夜压差、非稳定运行前提下高效热泵紧缩机技术    首要包含涡旋紧缩机柔性导进布局、机体喷液降温及吸排气压力自我辨识和自适应分液调度技术，从而适应大年夜压差、非稳定运行前提。

 

      ③热泵自适应空况节制技术    按照热泵体系热动力运行特色，肯定体系的自我状态诊断和自适应空况调度节制。从该项技术在ASHP体系中利用结果看，可以或许明显提高体系的SEER指标。共同新的流程[11]，该项技术在包管ASHP体系低温环境前提下的有用供热方面，结果明显。

 

      ④纳米填料静音技术    经由过程纳米材料及微纳米填料，消弭工质在节流过程、冷凝过程及蒸发过程中因为相变而导致相界间能量通报产生的噪声和振动。

 

      ⑤可吸进颗粒物纳米催化及分化技术    经由过程在热泵与空调体系氛围措置末端进、出风界面长举行纲伙材料润色，使氛围中的可吸进颗粒物颠末纳米催化分化而使氛围得以净化。

 

      ⑥全氛围热泵技术    采取湿氛围的跨临界膨胀的热力轮回的全氛围热泵空调体系。氛围同时作为事情介质和能量互换介质。采取无油紧缩设备及工艺技术，将使得此体系有着极好的环境和睦机能。

 

      ⑦纳米催化高效接罢技术    利用具有平均性收集布局的低密度多孔性纳米材料作为接收器和产生器的填料，可以提高吸见效力和产见效力及速率，从而使得接收时制冷机或接收式热泵机组的小型化称为大概。以三氯化铁和氢氧化钠为质料，利用溶胶-凝胶过程和超临界干燥技术，颠末铁基气溶胶根基粒子b-FeOOH，再经高温措置后转化为a-Fe2O3-SiO2为基质的低密度多孔性纳米材料是一种大概的纳米催化高效接收填料。

 

      ⑧高效力、低污染燃烧技术    燃烧器外不雅颠末钛基纳米粒子润色后，在纳米粒子的催化感化，可以对燃烧反应前提举行节制和调度，从而使天然气的燃烧更快、更充分，与此同时，按捺氮氧之间的反应，从而使燃烧反应中心产品（及污染物）减少，提高燃烧效力。

 

      ⑨热泵紧缩机柔性吸、排气静音技术    紧缩机式制冷或热泵体系噪声与振动的首要源泉。紧缩机吸、排气环节所产生的噪声频率特色以其布局及材料不合而不合。尝试证明，采取柔性吸、排气通道布局，可以减少制冷或热泵机组噪声，并改良它在体系中的传输特色。

 

      ⑩来去式紧缩机吸气回流增阻技术等。    对来去式紧缩机来讲，在紧缩机吸气侧的工质回流是造成紧缩机吸气侧腔内工质压力脉动的首要身分之一，由它产生的气流脉动可以从低压侧传输到高压侧。采取回流增阻布局的吸气通道，可以降落紧缩机产生的噪声及振动，并使紧缩机的效力有所提高。

 

      (11)矿物油极性强化技术

 

      矿物油极性较弱，与一样弱极性的CFCS类事情介质相溶性优良，是工质替代问题呈现之前利用遍及的制冷体系用润滑油。作为CFCS类工质的的首要替代物，HFCS类工质的化学极性较强，因此须要利器具有较强极性的润滑油（如POE油），由此带来许多问题。
矿物油极性强化技术使之用于采取HFCS类工质（及以HFCS类工质为首要成分的夹杂类工质）的制冷体系成为大概。