2012141474225 邓常雄
摘要：热泵(Heat Pump)是一种将低位热源的热能
转移到高位热源的装置，也是是全世界倍受关注的新能源技术。它不同于人们所熟悉的可以提高位能的机械设备——“泵”；热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位
热能。 关键词：现状 类型 优缺点 展望
热泵发展的现状 近几年来，我国热泵发展很快，主要表现在如下几个方面。 （1）据统计，1996年我国空调设备（指电动冷热水机组、吸收式冷热水机组、房间空调器以及单元空调机组，但不包括进口机组）的总制冷能力约为2000万kW，其中热泵型机组的 制冷能力约占60%。在全部热泵型机组中，电驱动热泵容量约为1070kW，占90%；吸收式热泵容量约为130万kW,占10%。
（2）近几年来，我国的吸收式制冷装置发展迅速。据统计，1996年销售的溴化锂吸收式制冷机约3000多台，其中直燃机1115台。
（3）热泵在工业中的应用已见端倪，木材、食品（茶和水果）、陶瓷、造纸、印刷、石油和化工等工业生产过程已采用了蒸汽喷射式热泵、吸收式热泵和电驱动热泵。例如，目前大约有400台热泵式木材干燥机正在运行，年处理能力约为200千立方米。
热泵发展的背景
能源政策
我国一次能源年保有总量（不包括生物质能和新能源）为14亿吨标准煤，其中原煤14.6亿吨，原油1.7亿吨，天然气300亿立方米，水电2400亿kWh，核电250kWh，进口石油4～6
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亿吨，火电电力装机容量2.9～3亿kW（平均每年增加装机容量1500kW）。据1997年统计，我国电厂热效率为32.95%，电厂供热效率为83.68%，能源转换总效率为38.07%。采用热电冷三联供系统或称总能系统（TES——TotalEnergySystem)，燃气热泵（GEHP）后，通过热力学第一定律的热效率分析和热力学第二定律的效用率分析说明：由于利用废热，GEHP的综合利用可达到80%～85%；若通过轴动力传动热泵，利用了低位热能，故综合热效率可达到150%～170%。对于TES方式，实现热电冷三联供后，其综合利用率可达到65%～80%。《中华人民共和国节约能源法》第三十九条将热电冷联产技术列入国家鼓励发展的通用技术，促进了热泵事业的发展。 （1） 环境保护政策
采用热驱动热泵，CO2排放量亦明显降低。通过改善热泵性能，降低工质泄漏与使用新工质，热泵将在环境保护上发挥更大的作用。
（2）建筑节能法
实施《民用建筑节能设计标准》后，提高了建筑隔热保温性能，降低了建筑采暖能耗，结果是大幅度地降低了热泵采暖方式的年运行费用，增加了热泵与集中供热采暖方式的竞争能力。
（3）城市能源结构的改变
大中城市人口集中，能源消耗量大，污染问题最突出，因此，必须实施国家能源政策，改善能源结构，提倡使用清洁优质能源，限制煤炭的使用，这就为热泵的应用创造了条件。
（4）能源价格的调整
分类
按照热泵系统的热力循环型式，通常将热泵分为如下六类：
①蒸气压缩式热泵
与制冷机一样，蒸气压缩式系统也是热泵最主要的应用型式。按照低温热源与供热介质的组合方式不同，蒸气压缩式热泵系统又分为空气——空气热泵、空气——水热泵、水——水热泵、水——空气热泵、地热——空气热源热泵和土壤热源——水热泵等几种主要应用型式。
②气体压缩式热泵
与蒸气压缩式系统热泵不同的是，在这类热泵系统中，工作介质的工作区域为过热区。对于气体压缩式热泵系统，目前主要以二氧化碳、湿空气作为工作介质的热泵系统及相关技术，是相关领域研究的两类热点课题。使用湿空气作为工作介质的空调热泵系统及装置，以往主要用于航天方面，例如作为飞机客舱的空气调节用冷、热源设备。对于使用湿空气作为工作介质的空调热泵系统在普通工业或民用建筑环境调节应用的可能性，作者曾经作文探讨。 ③蒸气喷射式热泵
蒸气喷射式热泵的工作与原理与蒸气压缩式热泵基本相同，只是由蒸气喷射器代替压缩
机。这种热泵主要用于热电厂综合热能利用中，与吸收式热泵相比，这种热泵效率较低，目前较少采用。
④吸收式热泵
吸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循环系统。常用的工质对是“水-溴化锂（其中，以溴化锂稀溶液为工质，以溴化锂浓溶液为吸收剂）”、“氨-水（其中，以氨为工质，以水吸收剂）”、“水-氯化钙（其中，以铝化钙稀溶液为工质，以氯化钙浓溶液为吸收剂）”。
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，即当直流电通过了两种不同导体组成的回路时，就会在回路的两个连接端产生温差现象。
热电式热泵具有无运动部件，工作可靠，寿命长，控制调节方便，振动小，噪声低，对环境污染小等特点，但热电堆的成本较高而且效率较低，因而主要用于一些特殊场合。
⑥太阳能热泵
这种热泵以太阳能集热器作为热源。
除上述几种热泵外，还有化学热泵和吸附式热泵、涡流管热泵等其它主要用于一些特殊场合的其它形式的热泵。
主要问题及应用现状
蒸气压缩式热泵是目前商业化应用最为广泛的一种热泵。主要以空气、水或大地作为低温热源。
（1） 空气源热泵（AirSourceHeatPump）
以空气作为热源的热泵称为空气源热泵或气源热泵（AirSourceHeatPump，ASHP）。通常制作成能够供冷、供热的两用循环系统。
ASHP需要依据给定的气候条件来设计，使其容量及效率在较宽的环境温度范围内达到
保证。由此，需要在性能上解决这样一对矛盾，就是当需要供量最大时的空气源的温度最低，同时机组的容量及效率也最低。
此外，ASHP机组需要充分考虑不同循环条件下，节流机构的参数选择以及室内外两个换热器之间的合理匹配问题。以机组生命周期内的总费用最低为目标，作者推荐了以空气处理参数作为ASHP系统室内外两个换热器之间的匹配的原则的方法。
在确定机组的容量时，对于一般地区而言，由于空调负荷大于采暖负荷，因而，根据空调制冷负荷确定即可。对于寒冷地区用户，在一定的时间内，空调负荷可能不再大于采暖负荷。在这种条件下，可以根据情况采取两种处理方法：一是以极端供热负荷及其对应的环境条件与机组的运行条件确定机组容量；二是仍然以空调制冷负荷确定机组容量，在机组供热量不能满足供热的条件下，采取补充辅助加热措施。文献[7]推荐的确定起动辅助加热措施的条件是“热泵系统的运行效率约为1.5至2.0”时。
对于冬冷夏热的湿热地区，需要考虑的另外一个问题就是ASHP机组室外侧换热器的结霜以及由此带来的一系列问题。一般认为，环境温度在-5~5℃区间，为易结霜区，需要特别关注。
（2） 水源热泵（WaterSourceHeatPump）
以水作为热源的热泵称作为水源热泵（WaterSourceHeatPumpebscohost，WSHPco土木）。通常以海水、河水、湖水及井水作为低温热源。由于水的温度变化较小，水源热泵的性能通常要比ASHP的性能好而且稳定。目前，以污水处理场凉水池的水作为低温热源的热泵系统已经在实际工程中采用，而且经济性能良好。
以海水、河水或湖水作为低温热的热泵，一方面受自然条件的制约，另一方面，需要在热泵系统中，采取水处理及防腐措施。
目前，以井水作为低温热源的热泵系统，是水源热泵机组和系统研究及应用的热点。井水特别是深井水，全年温度基本稳定而且水质良好，是热泵系统比较理想的低温热源，在工程中采用较多。但是这种系统有可能存在回水困难、回水污染及破坏地下水生态资源等环境问题。从可持续发展的角度，这是一种不宜采用的方式。实际上，在许多国家地区，已有相应的法律，禁止采用地下水资源作为热泵系统的低温热源。
热泵市场发展的展望
建筑业应用热泵的展望
热泵适用区域为过渡区域和部分集中采暖区域，该区域包括上海、江苏、浙江、山东、安徽、湖北、河南及福建、湖南的部分地区，据统计，该地区2000年城镇房屋建筑面积38.5亿㎡，其中住宅20.7亿㎡，（约占53.8%）。公共、商业建筑6.5亿㎡（16.9%)，从中国经济发展形势来看，该地区至2000年空调普及率约为10%，统计的各种房屋建筑的需热量和热泵供热量见表1。
表1 各种房屋建筑的需热量和热泵供热量
| 总热需要量（MW） | 热泵供热量（MW） |
独家住宅 | | |
多层住宅 | 2万MW | 1.2万MW |
商业/公共建筑 | 1.35万MW | 受话器 0.4万MW |
小区/供热 | | 0.41万MW |
| | |
据统计，2000年我国房间空调器需求量约为1000万台，其中包括制冷量在浙江实用医学10kW以下的单元空调机，空调用总制冷量约为3500万kW。
据统计，九五期间吸收式溴化锂制冷机预计将以8%～10%的速度增长，即市场需求量将以每年200～250万台速度增长，至2000年，全国的需求量约为4000台。
工业中应用热泵的展望
工业中应用热泵的潜力很大，据统计，至2000年工业中应用热泵的数量为：化工行业约300台；食品行业约河南省信息管理学校150台；纸浆造纸约130台；农业约5～10台；冶金行业约150台；木材干燥约400台及制药行业约100台
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