热泵原理及其国内外发展

在传统热泵的基础上提出很多创新方案，使得我国的热泵技术与世界 先 进 水 平 的 差 距 在 缩 小 ，有 些 甚 至 达 到 或 超 过 世 界 水 平 。在 小 型 空 气－ 空气热泵实验装置的研究和热泵空调的计算机模拟研究以及土壤源
热泵的模拟和实验研究成果的基础上，提出能够进行供冷、供热、蓄 冷 和 蓄 热 四 种 工 况 下 运 行 的 热 泵 系 统 。针 对 于 风 冷 热 泵 不 能 在 寒 冷 地 区 运用，，提出了新型 的 供 热 理 念，使 之 让 能 源 循 环 利 用，并 创 新 性 地 提 出 了 在 “三 北 ”地 区 采 用 双 级 耦 合 热 泵 空 调 系 统 进 行 供 暖 。这 种 系 统 采 用 两 级 热 泵，第 一 级 是 利 用 空 气 ＼ 水 热 泵 提 供 １０￣２０℃的 热 水，再 利 用 第 二 级 的 水 ＼ 水 热 泵 或 水 ＼ 空 气 热 泵 从 第 一 级 中 摘 的 热 量 并 提 供 ５０￣ ５５℃的热水进行供暖，其供暖季节性能系数可达到 ２．５ 左右。
式热泵， 以提高商业大楼的采暖和制冷， 具体项目有： 太阳能 ／气体连 接的吸收式热泵； 气 体 ／太 阳 能 、有 机 流 体 兰 肯 循 环 式 热 泵 ； 金 属 氢 化 物的化学热泵。日本通产省工业技术院开发的超级热泵能量收集系 统， 其目的主要 是 提 高 热 泵 的 性 能 系 数 ， 使 供 热 温 度 达 到 １００～２００ 度
位能和工厂中的余热及废热，故其能很好地解决能源紧张问题。所以 在能源紧张和环境污染日趋严重的今天，热泵技术的应用无疑会成为 人们关注的焦点。近十几年来，尤其是最近 ５ 年，热泵技术已经成为国 内建筑节能及暖通空调界的热门研究课题，并开始应用于工程实践，逐 渐 向 市 场 化 、产 业 化 发 展 。
根 据 给 与 冷 媒 的 能 和 驱 动 方 式 分 类 。热 泵 有 蒸 汽 压 缩 式（机 械 能）、 吸 收 式（热 能 ）、化 学 式 、热 电 式（电 能）等 。蒸 汽 压 缩 式（机 械 能）指 的 是 用 压缩机将热媒（气体）进行压缩， 将气体 冷 凝 液 化 ， 通 过 液 体 蒸 发 ， 使 热 能转移。而吸收式（热能）。将冷热媒和溶液加热， 根据冷热媒溶解予溶 液的程度， 利用温度压力的变化， 使热转移。相应的化学式热泵， 利用 化学反应的吸热和放热， 使热转移。热电式（电能）， 将直流电流过热电 元件（半导体）， 使热转移。此外， 还有利用蒸汽喷射等运动能的方式。化 学 式 、热 电 式 是 主 流 。但 由 于 价 格 、效 率 等 问 题 尚 未 被 广 泛 利 用 。蒸 汽
我国热泵系统作为商业化应用与世界发达国家相比有一段明显
的滞后期。从在 ２０ 世 ５０ 年代我国的一些学者开始热泵技术的研究。 ６０ 年代开始在我国暖通空调中应用热泵技术。由于我国煤炭 能 源 为 主导， 能源价格的特殊性等因素， 热泵系统发展缓慢。７０ 年代初， 第一 次世界石油危机， 在国际上掀起推广热泵技术的应用热潮。８０ 年代初 至 ９０ 年代末， 随着城市能源结构的变化， 在我国暖通空调领域掀也起 一股“热泵热”， 热泵供暖（ 冷） 的应用在一些大城市日益广泛， 例如 ９０ 年代上海高层建筑 ２５％采用空气源热泵热水机组供暖（ 制冷） 。
【关键词】热泵； 原理； 分类； 水源热泵； 空气源热泵
１．引言
用； 而煤气研究所的主要研究方向是： 采用太阳能为辅助热源的燃气
热泵是一种利用高位能使热量从低位热源流向高位热源的装置， 我国热泵技术的研究与开发始于 ２０ 世纪 ５０ 年代，主要应用 于 建 筑 市 场和工业生产过程，发展比较缓慢。当今环境污染和能源紧张问题正 成 为 世 界 各 国 共 同 面 临 的 两 大 难 题 。而 热 泵 可 以 充 分 利 用 环 境 中 的 低
到了 ２０ 世纪 ５０ 年代， 科学技术进步很快， 电能成本降低， 而燃料 价格不断上涨， 又由于精密工业和公共建筑大量要求进行空气调节： 于是国外又积极开展热泵研究工作， 并有了较大的发展， 这段时间主
● 【参 考 文 献 】
［ １］ 马最良．土壤蓄冷与土壤耦合热泵集成系统［Ｊ］．暖通空调，２００５，３５（１２）：１～７． ［ ２］ 李俊峰．国内外可再生能源政策综述与进一步促进我国可再生能源发展建议 ［Ｊ］．可 再 生 能 源 ，２００６，１２５：１～６． ［ ３］ 张勇，刘群生，李云苍．热泵技术的发展与应用［Ｊ］．能源工程，２００１，３２（４）：１． ［ ４］ 崔海涛， 郑宏飞， 王瑞君． 我国热泵利用的过去现在和未来 ［Ｊ］． 中国能源， ２００２，３８（８）：２～３． ［ ５］ 王芳，等．热泵系统概念 若 干 问 题 探 讨［Ｊ］．中 国 建 设 信 息 供 热 供 冷，２００５，（６）：１～ ２． ［ ６］ 马最良．热泵技术（上）［Ｊ］．电力需求侧管理，２００３，５（５）：１．
４．结论 从热泵应用范围看，目前国内外生产的热泵主要用于住宅和商业 建 筑 的 空 调 。在 产 业 上 应 用 还 不 普 遍 ，主 要 用 于 低 温 干 燥，如 木 材 、食 品
等行业。热泵系统是一项跨专业跨学科的综合能源利用技术， 需要暖 通、水文地质等相关专业的技术人员密切配合， 做好勘察、设计、施工、
科技信息
○科教前沿○
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２００８ 年 第 ８ 期
热泵原理及其国内外发展
刘 悦 张云辉 （ 郑州歌亿房地产开热泵工作原理进行了介绍， 对热泵技术进行了分类， 并对热泵技术在国内外的发展进行了简要叙述， 尤其是对国内热 泵技术的发展进行了较为详细的说明。基于热泵的优点， 热泵技术将在我国有较大的发展潜力。
提出了热泵的设计思想， 当时由于条件所限并没有立即得以实现。直 到 １９１７ 年德国卡赛伊索达制造厂首次把热泵应用于工业生产上。在 ３０ 年代， 从热泵本身来说由于设备的一次投资比采暖系统的 一 次 投 资要高， 以及因冬季温度低而使蒸发器表面容易结霜， 要用电阻丝加 热除霜， 这无疑阻碍了热泵在西欧国家的应用。另外当时的发电厂效 率低， 电能成本高， 压缩机和换热器的制造技术也不精良， 且燃料的价 格相对便宜， 因此用热泵技术来采暖在经济并不合算。
扩大热泵适用范围。此外， 原联邦德国也投人大量资金开发新型热泵 技术在此期间， 吸收式热泵、吸附式热泵、化学式热泵均得到了较大的 发展， 在欧洲、日本和 美 国 ， 已 进 入 了 商 品 化 生 产 阶 段 ， 但 实 际 应 用 的 数目还很少。
尽管我国热泵技术起步较晚，但其发展还是紧跟世界先进水平，并
压 缩 式 用 电 驱 动 压 缩 机 使 马 达 工 作 ， 而 ＧＨＰ（燃 气 发 动 机 热 泵）， 用 燃 气发动机驱动压缩机的机械部分， 是能源的热驱动。
３．国内外热泵的发展 １８２４ 年 卡 诺 首 先 提 出 热 力 学 循 环 理 论 之 后 ， １８５２ 年 开 尔 文 具 体
调 试 等 各 个 环 节 的 工 作 才 能 使 热 泵 系 统 达 到 节 能 环 保 的 要 求 。为 了 达 到节约能源并在许多情况下还可节省运行费用， 各国都争相应用热泵 技术。我国当前面临的节能的压力下， 给热泵的研究、使用提供了一个 具 有 很 大 潜 力 的 平 台 。科
要发展的是蒸气压缩式热泵， 目前已在空调方面获得广泛应用， 产品 已成系列化。
７０ 年代以来．欧洲各国和苏（前苏联）、日、美、澳等国对热泵研究工 作十分重视， 各工业 国 均 投 入 了 大 量 的 资 金 致 力 于 更 经 济 、输 出 温 度
［ ７］ 刘卫华．制冷空调新技术及进展［Ｍ］．机械工业出版社，２００５．２７２～２８０． ［ ８］ 薛玉伟，等．地下水水源热泵的水源问题研究［Ｊ］．能源工程，２００３，１０（２）：１～４． ［ ９］ 刘婷婷， 彭建国， 等． 地表水源热泵在湖南地区的应用分析 ［Ｊ］． 节能技术， ２００４，１４（５）：１～３．
２．热泵的工作原理及分类
所谓热泵就是从低温热源吸取热量、用较高的温度放出的装置。 现以家庭及办公使用最多的蒸汽压缩式空调机为代表对其工作原理
进行简要说明。将空调机作热泵供暖运行等， 从压缩机的人口吸入的 低压冷媒气体被压缩， 为高温高压气体， 通过四通阀后进入设置于室 内的热交换器。在这个热交换器中， 高温气体冷媒被冷却， 开始液体冷 凝 、被 冷 凝 的 液 体 慢 慢 变 多 。在 出 口 处 流 出 的 几 乎 全 部 是 液 体 。在 热 交 换器的管道中， 冷媒从气体变为液体， 放出热， 被同时放出的是空气， 进行使全部空气变暖的供暖方式。高压液体状态的冷媒， 通过节流机 构降低压力， 达到比液态冷媒温度低的压力饱和温度时， 液体蒸发， 开 始气化， 成为液体和气体混合状态， 冷媒进入设置于室外的热交换器。 在此热交换器的管道中， 冷媒的液体部分， 从室外的空气中夺取热。继 续蒸发， 在出口处几乎全部变为气体状态的冷媒通过四通阀后返回压 缩机。切换四通阀， 使室外热交换器、节流机构、室内热交换器， 逆向运 行， 成为供冷的运行方式。
更 高 、工 业 更 为 先 进 的 新 型 热 泵 的 开 发 美 国 研 究 热 泵 的 两 个 权 威 机 构 是电力中央研究所和煤气研究所电力中央研究所开发的方向是供产
［ 责任编辑： 张新雷］
业用的新型热泵 ， 探讨供蒸馏过程和 ｌ８０ 度以上的高温加热过程的应
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