熱泵的分類、原理、及其比較

1、.第2章 熱泵的分類及工作原理2.1熱泵的概念 “熱泵”（heat pumps）這一術(shù)語是借鑒“水泵”一詞得來的。在自然界中，水從高處自發(fā)流向低處，水泵可將水從低處送到高處利用。同樣，熱量可自發(fā)從高溫?zé)嵩磦飨虻蜏責(zé)嵩?，而熱泵可將低溫?zé)嵩吹臒崃俊氨盟汀保ń粨Q傳遞）到高溫?zé)嵩醇右岳茫詿岜脤嵸|(zhì)上是一種熱量提升裝置。我國暖通空調(diào)術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)（GB50155-92）對熱泵的解釋是“能實現(xiàn)蒸發(fā)器和冷凝器功能轉(zhuǎn)換的制冷機”，新國際制冷詞典（New International Dictionary of Refrigeration ）對熱泵的解釋是“以冷凝器放出的熱量來供熱的制冷系統(tǒng)”。2.2 熱泵的分類【

2、3】由于熱泵系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備特性、熱源的種類以及用途的多樣性，熱泵的分類也多種多樣，常見的分類方法有按驅(qū)動能源種類分類、按工作原理分類、按熱源的種類分類、按主要用途分類、按供熱溫度分類、按熱源和供冷供熱介質(zhì)的組合方式分類、按熱泵機組安裝方式分類、安熱泵的功能方式分類、按能倆熱泵的功能方式分類、按能量提升級數(shù)分類等。主要內(nèi)容如下。2.2.1 按驅(qū)動能源種類分類（1）電動機驅(qū)動（2）熱驅(qū)動 熱驅(qū)動又可分為熱能驅(qū)動（如吸收式熱泵、蒸汽噴射式熱泵）及發(fā)動機驅(qū)動（如內(nèi)燃機驅(qū)動、汽輪機驅(qū)動等）。2.2.2 按工作原理分類（1）蒸汽壓縮式 這是熱泵中最為普遍而廣泛應(yīng)用的一種形式。這類熱泵中，熱泵工質(zhì)通常在由壓

3、縮機、冷凝器、節(jié)流裝置及蒸發(fā)器等部件組成的系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，并通過工質(zhì)的狀態(tài)變化及相變來實現(xiàn)將低品味熱能泵送至高品位溫度區(qū)的目的。（2）氣體壓縮式 與蒸汽壓縮式熱泵的區(qū)別在于這類熱泵中工質(zhì)始終以氣態(tài)進(jìn)行循環(huán)而不發(fā)生相變、如飛行器中空調(diào)系統(tǒng)多采用空氣壓縮式。（3）吸收式 消耗較高品位的熱能來實現(xiàn)將低品位的熱能向高品位溫度區(qū)傳送的目的。吸收式熱泵通常由蒸發(fā)器、冷凝器、吸收器、發(fā)生器及節(jié)流閥等組2成。吸收式熱泵工質(zhì)中最常見的有水-溴化鋰（工質(zhì)為水，吸收劑為溴化鋰）、氨-水（工質(zhì)為氨，吸收劑為水）及其他。吸收式熱泵又可按其供熱溫度的高低分為第一類吸收式熱泵（增熱型）、第二類吸收式熱泵（升溫型）。前者供熱

4、的溫度低于驅(qū)動熱源，而后者供熱的溫度高于驅(qū)動熱源；前者以增大制熱量為主要目的，而后者以升高溫度品味為只要目的。（4）蒸汽噴射式 實際上這類熱泵是以蒸汽噴射泵代替機械壓縮機，其余的工作原理均與蒸汽壓縮式相同。作為驅(qū)動力的蒸汽可來自鍋爐，也可利用工藝過程中的水蒸氣或其他蒸汽。（5）熱電勢 利用帕爾帖（Peltier）效應(yīng)，即當(dāng)直流電通過由兩種不同導(dǎo)體組成的回路時會在回路的兩個連結(jié)端產(chǎn)生溫差的現(xiàn)象。（6）化學(xué)熱泵 利用化學(xué)吸收、吸附、等現(xiàn)象或化學(xué)反應(yīng)等原理制成的熱泵。2.2.3 按熱源種類分類熱泵的熱源往往是低品位的，可分為空氣、地表水（又可分為江河水、湖泊水、海水等）、地下水、城市自來水、土壤、太

5、陽能、廢熱（水、氣）等。2.2.4 按主要用途分類（1）住宅用 制熱量一般為1-70KW。（2）商業(yè)及農(nóng)業(yè)用 制熱量為2-120KW。（3）工業(yè)用 制熱量為0.1-10MW。2.2.5 按供熱溫度分類（1）低溫?zé)岜?供熱溫度100攝氏度。2.2.6 按熱源與供熱介質(zhì)的組合方式分類（1）空氣-空氣熱泵 以一側(cè)的空氣為吸熱對象、以另一側(cè)的空氣為供熱對象的熱泵。（2）水-空氣熱泵 以水（如河水、地下水、廢熱水等）為吸熱對象、以空氣（或氣體）為供熱對象的熱泵。（3）空氣-水熱泵 以空氣（或氣體）為吸熱對象。3（4）水-水熱泵 以水（如河水、地下水、熱污水、工業(yè)冷卻水等）為吸熱對象、以水為供熱對象的熱泵

6、。（5）土壤-水熱泵（大地耦合式熱泵） 以土壤為吸熱對象、以水為放熱對象的熱泵。（6）土壤-空氣熱泵（大地耦合式熱泵） 以土壤為吸熱對象、以空氣為放熱對象的熱泵。2.2.7 按壓縮機類型分類主要有往復(fù)活塞式、渦旋式、滾動轉(zhuǎn)子式、螺桿式、離心式等。2.2.8 按熱泵供能方式分類分為單純制熱、交替制冷與制熱、同時制冷與制熱。2.2.9 按熱量提升級數(shù)分類（1）初級熱泵 利用天然能源如室外空氣、地表水、地下水或土壤等為熱源。（2）次級熱泵 以排出的廢水、廢氣、廢熱等為熱源。（3）第三季熱泵 與初級或次級熱泵聯(lián)合使用，將前一級熱泵制取的熱量再升溫。如寒冷地區(qū)可用多囧熱泵的組合提供供暖用熱。2.3 熱泵

7、的經(jīng)濟性指標(biāo)熱泵通常被作為一種節(jié)能裝置，其性能系數(shù)用COP來表示，它指其收益（制熱量）與代價（所耗機械功或熱能）的比值。1、 壓縮式熱泵：用h表示,為制熱量Qh與輸入功率W的比值h= Qh/ W=(Q0+W)/W=1+12、 吸收式熱泵：用表示，為制熱量Qh與輸入熱能Qg的比值= Qh/ QgCOP-Coefficient of Performance也稱能效比【4】。在冬季供熱時，制熱量與輸入功率的比率定義為熱泵的循環(huán)性能系數(shù)COP。在夏季制冷時，制冷量與輸入功率的比率定義為熱泵的能效比EER（Energy Efficiency Ration）。為不引起歧義，我們將冬季熱泵循環(huán)性能系數(shù)和夏季

8、熱泵的能效比表達(dá)4形式均采用COP（能效比）表示。2.4 各類熱泵的原理及優(yōu)缺點2.4.1水源熱泵【5】 以地能（地下水、地表水）為主要能源，電能為輔助能源，利用制冷劑作載體，將源源不斷的低位熱源開發(fā)利用，實現(xiàn)低品位熱能向高品位轉(zhuǎn)移。其優(yōu)點為：1、屬可再生能源利用技術(shù)；2、高效節(jié)能；3、運行穩(wěn)定可靠；4、環(huán)境效益顯著一機多用，應(yīng)用范圍廣；6、自動運行。其不足為：1、可利用的水源條件限制；2、水層的地理結(jié)構(gòu)限制；3、隨緣的經(jīng)濟性不穩(wěn)定。2.4.2 地源熱泵 是利用水源熱泵的一種形式，它是利用水與地能（地下水、土壤或地表水）進(jìn)行冷熱交換來作為水源熱泵的冷熱源，冬季把地能中的熱量“取”出來，供給室內(nèi)

9、采暖，此時地能為“熱源”；夏季把室內(nèi)熱量取出來，釋放到地下水、土壤或地表水中，此時地能為“冷源”。地源熱泵系統(tǒng)【6】的優(yōu)越性表現(xiàn)為：1、低維護地源熱泵系統(tǒng)的運動部件要比常規(guī)系統(tǒng)少，因而減少了維護，并且更加可靠；2、安全地源熱泵系統(tǒng)在運行中沒有燃燒，因此不可能產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳之類的廢氣集結(jié)在家中或商業(yè)建筑內(nèi)；3、運行費低地源熱泵系統(tǒng)的效率比燃燒礦物燃料、燃油、天然氣和丙烷的設(shè)備都高；4、舒適由于地源熱泵系統(tǒng)的供冷、供熱更為平穩(wěn)，降低了停、開機的頻率和空氣過熱和過冷的峰值；5、可靠如果安裝適當(dāng)，系統(tǒng)將可使用25年以上；6、易于改建-建筑物中現(xiàn)有的供熱、供冷風(fēng)管通?？芍苯舆B接到地源熱泵系統(tǒng)上；7、改善環(huán)境-比較典型的，是將地源熱泵系統(tǒng)安裝在車庫或其他室內(nèi)場所，使設(shè)備不暴露在惡劣的氣候中，并使其運行安靜，甚至使用戶感覺不出設(shè)備正在運行。土壤熱源的優(yōu)點是溫度穩(wěn)定，不用風(fēng)機或水泵采熱，無噪聲、無需除霜，其缺點為土壤傳熱性能