浅论环保节能地源热泵技术应用研究

浅论环保节能地源热泵技术应用研究

来源：中国论文下载中心

[11-03-2909:45:00]

作者：仉安娜唐远明

编辑：studa090420

论文关键词:地源热泵节能环保可持续发展研究

论文摘要:阐述了地源热泵技术的工作原理、分类及其应用意义，分析了地源热泵的特点及经济效益，介绍了地源热泵的发展历史以及国内对地源热泵的研究现状，提出地源热泵在我国节能、环保、可持续发展中具有广阔的前景。

1引言

当今社会由于经济的快速发展和人口急剧增长，世界性的生态破坏、环境污染和资源匿乏已经达到自然生态环境所能承受的极限;能源、资源、环境的制约，已成为阻碍各国未来经济发展的瓶颈。为缓解巨大的能源与环境压力，近年来节能减排已成为全社会发展的新主题。人们积极采取各种应对措施，将可再生能源列人国家能源发展的优先领域，使能源结构体系从以化石燃料为主体的能源时代过渡到可持续发展的能源时代。地源热泵技术的开发和应用，就是人们选择的应对措施之一。地源热泵技术是一种利用地下浅层地热资源，实现向建筑物提供采暖、制冷和生活热水的高效节能环保型空调技术。地源能是一种洁净的可再生能源，它具有热流密度大、容易收集和输送、参数稳定(流量、温度)、使用方便、不受地域限制等优点。热泵的理论基础源于卡诺循环，与制冷机相同，按照逆循环工作，即通过输入少量的高品位能源(如电能)，以地源能作为热泵夏季制冷的冷却源、冬季采暖供热的低温热源。在冬季，把地能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内采暖，同时储存冷量，以备夏用;夏季通过热泵对室内进行降温，同时把室内的热量释放到地下，进行热量储存，以备冬用，大地在整个循环中起到了蓄热器的作用。地源热泵系统中70%能量是从大地中获得的可再生能源。以其作为主要能源供给，既节约大量能源，又有效地减少,

:及粉尘的排放。这项技术与传统空调系统相比，优势在于它实现了节能与环保的统一。

2地源热泵系统工作环境及原理

2.1地源热泵的工作环境

距地下30~300

m之间的地层是一个恒温带，其温度源于地球表面太阳热辐射和地核热传导的综合作用，被人们称为综合平衡层又称地下浅层。温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低。地源热泵系统就是利用这一恒温带中的土壤、卵石、岩石中的地下含水层以及深层地表水作热泵的源与汇，向建筑物冬季供热、夏季供冷。

2.2地源热泵的结构和工作原理

2.2.1结构

地源热泵系统主要由室外地源换热系统、热泵机组和室内空调末端系统3部分组成。热泵机组为主动力部分，由制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等组成回路。其中压缩机是热泵系统的心脏，通过电能驱动压缩机，不断地压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处，且周而复始地进行循环;蒸发器是输出冷量的设备，它的作用是使经节流阀流人的制冷剂液体蒸发，以吸收被冷却物体的热量，达到制冷的目的;冷凝器是输出热量的设备，将从蒸发器中吸收的热量及压缩机消耗功所转化的热量，在冷凝器中被冷却介质带走，达到制热的目的;膨胀阀或称节流阀对循环工质起到节流降压作用，并调节进人蒸发器的循环工质流量。

2.2.2供热原理

图1为地源热泵供热系统原理。其工作原理如下:首先在制冷回路内充注制冷剂。压缩机通入三相交流电高速旋转，将低温低压制冷剂气体吸入压缩机。经压缩后变成高压高温气体，该气体经冷凝器被冷却水冷却，又变成中压中温的制冷剂液体，该液体经过膨胀阀节流减压后送人蒸发器。由于蒸发器连接在压缩机的吸气口上，压缩机不停地吸入蒸发器的制冷剂气体，使得进人蒸发器的大量制冷剂压力减低，制冷剂进一步大量蒸发。由于蒸发器另一侧与室外地源换热系统的地下潜水泵连接，所以当地下水大量流过蒸发器时，被蒸发的制冷剂带走地下水中的大量热量。这些低温热量通过被蒸发的制冷剂吸收变成了制冷剂热量，又被源源不断地吸人压缩机。经压缩机压缩之后，变成为80~90℃的高温气体，这些高温气体在通过冷凝器冷却的同时，把大量的热量传给了冷凝器另一侧，即室内空调末端系统，也称采暖系统。制冷剂气体被冷却的过程，也可以看做是将高温热量传递给冷却系统的过程，或者是对采暖系统的加热过程，采暖系统水温一般为50～60℃通过室内空调末端系统的风机盘管或暖气片向房间供热。

从能量转换角度来讲，热泵机组压缩机将电能变为机械能，再将机械能变成为热能。压缩机输出的总热能为压缩机电功率与压缩机吸收来自地下的热能之和，而地下热能远远大于压缩机的电功率。一般从地下水中提取的热能是压缩机电功率产生热能的4~5倍，因此热泵机组的能效比约为4.5，而电锅炉的能效比为0.9~0.98。

2.2.3制冷原理

图2是地源热泵制冷系统原理。热泵的制冷工作原理与图1所示相同，制冷剂回路保持不变。但通过转换阀门将室内空调末端系统(即制冷回路)连接在蒸发器的吸热端;室外地源换热系统连接在冷凝器的放热端。热泵机组制冷时，压缩机将吸热端吸人的低温低压制冷剂气体经压缩后变成高温高压制冷剂气体排人冷凝器后，被接在冷凝器侧地下水系统冷却变成中温中压制冷剂液体。制冷剂液体通过膨胀阀节流减压后，进人蒸发器进一步膨胀、蒸发、吸热，使制冷剂由液体变成气体又被压缩机吸热端吸人。再经压缩机压缩后，又变成高温高压制冷剂气体排人冷凝器，同时也将蒸发器侧的室内空调末端系统(即空调房间)的热量源源不断地经放热端的冷凝器排人地下水中。吸收了水中热量的制冷剂液体蒸发后又由液态变成气态被压缩机吸人、压缩、放热。周而复始、循环往复完成了制冷全过程。

将地源热泵系统制冷时产生的废热回收，可制成50--55℃生活用热水，节省用于制热水耗用的燃油或煤，对空气无污染，达到制热水不耗能的节能效果;同时由于制出的冷冻水可补充到回水系统中，以降低回水系统的回水温度，从而提高了制冷效率，降低了制冷系统的耗电量。

3地源热泵的分类

按照冷热源的不同，可将地源热泵系统分为以利用土壤作为冷热源的土壤源热泵、以利用地下水为冷热源的地下水热泵系统和以利用地表水为冷热源的地表水热泵系统3类。

3.1土壤源热泵

土壤源热泵是利用地下岩土层中热量进行闭路循环的热泵系统。热泵的换热器埋于地下，与大地进行冷热交换。它通过循环液(水或以水为主要成分的防冻液)在密闭地下埋管中的流动，实现系统与大地之间的传热。冬季供热时，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土层中。

地下热交换器的布置形式主要分为垂直埋管、水平埋管和蛇行埋管3类。

垂直埋管换热器通常采用的是U型方式，按其埋管深度可分为浅层(小于30

m)，中层(30~100

m)和深层(大于100

m)3种。垂直埋管换热器热泵系统占地面积小、需要的管材少、泵耗能低，单位管长换热量高于水平埋管，但造价相对要高。水平埋管换热器有单管和多管2种形式，一般埋设深度为1.5-3.0

m。水平埋管换热器造价相对低，目前广泛使用。但需要较大场地、运行性能不稳定、泵耗能高、系统效率较低。蛇行埋管换热器比较适用于场地有限的情况。虽然挖掘量只有单管水平埋管换热器的20%~30%，但用管量会明显增加。这种方式的特点类似水平埋管换热器。

3.2地下水源热泵

地下水源热泵系统的热源是从水井或废弃的矿井中抽取的地下水。最常用的系统形式是采用一侧连接地下水，一侧连接热泵机组(板式换热器)。早期的地下水系统采用单井系统，即将地下水经过板式换热器换热后直接排放。其缺点是既浪费地下水资源，又容易造成地层塌陷，甚至引起地质灾害。后来产生了双井系统，一个井抽水，一个井回灌。地下水热泵使用最多的是深为50

m以内的浅井，其优点是造价比土壤源热泵低、水井与水井之间很紧凑、占地面积小、技术比较成熟。缺点是可供的地下水有限、水处理要求严格、抽取的地下水全部回灌并且不能受到污染。现在更多采用的是1抽2回或2抽3~4回技术，这种技术目前沈阳等城市采用较多。

3.3地表水源热泵

地表水源热泵系统的热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。地表水源热泵主要分为闭路系统和开路系统。在寒冷地区，开路系统并不适用，只能采用闭路系统。地表水源热泵具有造价相对低廉、泵耗能低、维修方便以及运行费用少等优点。但这种地表水源热泵系统也受到自然条件的限制。在公用的河流中、管道或水中的其他设备容易受到损害。如果河流、湖泊过小或过浅，水的温度会随气候发生较大的变化，容易产生效率降低、制冷或供热能力降低的后果。这种技术沿海城市采用得较多。4地源热泵系统的优势及经济效益

4.1充分利用自然资源实现高效节能

太阳能是取之不尽的可再生绿色能源，地表浅层相当于一个巨大的太阳能集热器，它收集了47%的太阳能，比人类每年利用能量的500倍还多。地源热泵在冬季就是利用这种储存于地表浅层的无限的能源作为热源;在夏季则以地表浅层恒定的地能温度作冷源，只需小功率的压缩机就可实现能量转换的空调系统。调研结果表明，使用地源热泵技术比风冷热泵节能40%，比电采暖节能70%，比燃气炉效率提高48%，所需制冷剂比一般空调减少50%，是真正意义上的高效节能。

4.2具有极大的环境效益

传统的供暖、空调方式分别解决冬季供暖和夏季制冷。其系统投资大、占地多，且对环境的影响很严重。大气是人类赖以生存的最基本环境要素之一。然而，由于冬季采用煤炭、燃油和天然气等作为燃料，燃烧产生的大量污染物，包括大量的,

,

等气体造成的大气污染，严重破坏着大气环境，降低了人们的生活质量。夏季使用的空调系统同样存在着:排放，作为重要的温室气体是造成全球性气候变化的主要因素之一.

将大量废热排人大气，产生了热岛效应，同时还产生令人难以忍受的噪音，使得外界空间环境条件更加恶化。而地源热泵则利用大地的蓄热能力，把夏季多余的热能排人大地留作冬季取用，把冬季多余的冷能留作夏季取用，源头上根除了空调系统对城市热岛的效应。地源热泵的污染物排放很低，系统所使用的制冷剂在工厂里注人并被完全密封，使用过程中绝无泄漏，用户任何时候均不必添补制冷剂，因而减少了对臭氧层的破坏。热泵系统可以建造在居民区内，在冬季供暖时省去了锅炉和锅炉房，没有燃烧，没有排烟;也没有废弃物，不需要堆放燃料、废物的场地，不用远距离输送热量，极大限度地改善其他空调方式的及颗粒物等污染物的排放量;供冷时省去了冷却塔，避免了冷却塔噪音及霉菌污染。地源热泵所使用的地下水可全部回灌，不会对水质产生污染;地源热泵系统不直接消耗煤或燃油、天然气等矿物燃料，从而达到了绿色环保的要求。

4.3运行稳定可靠且使用寿命长

传统的空调系统不论是水冷还是风冷，换热环境均为大气，由于它的换热器必须置于暴露的空气中，故不可避免地受到环境条件变化的影响，降低换热效率和使用寿命，并且影响了建筑物的外观;而地源热泵以土壤作为热源的主要优点在于土壤温度的相对稳定，基本不受外界环境的影响;埋管热交换器不需要除霜，减少了结霜和除霜的能耗;热泵系统设计简单，运动部件比常规系统少，且安装在室内，自动控制程度高，可无人值守;系统安全无燃烧设备，不存在爆炸、燃烧的隐患;由于系统不暴露在风雨中，因而维护简便，机组使用寿命均在20

a以上，地埋管换热器寿命可达40~50a;地源热泵系统的供冷、供热平稳，降低了停、开机的频率和空气过热和过冷的峰值;把地源热泵换热器埋于地下，也不会破坏建筑物的外观。

4.4经济效益分析

地源热泵系统的经济性是由多方面来确定的。不同地区、不同地质条件、不同能源结构及价格等都将直接影响到其经济性。以地源热泵系统与其他能源方式的投资进行比较(以北方综合功能大厦为例)，结果见表1。

以北京100的家庭为例，冬季采暖125d总耗热量为:100x

125dx24

hx3

600x0.05

kW=

5

400万kJ，为获得这么多热量，选用不同的采暖方式，耗用的燃料、燃烧效率、能源成本均有不同。

统计可知，燃煤供暖最经济，但是由于北京地区已经限制燃煤使用，综合比较，地源热泵系统为最佳选择。

仅以燃油锅炉与地源热泵提供同样供热量为例，对地源热泵的环保特性分析比较，假设地源热泵的电力来源于燃油电厂。供热量为5

400

GJ的情况下，燃油电厂锅炉所需的燃油热量为4

050

GJ;而如果直接使用燃油锅炉，其热效率为80%，则需燃油热量为6

750

GJ。这两种供热情况排放对比见表2。

从表2看出，利用地源热泵，,

和:的排放量分别减少了69%

,

93%和73%，因此其环保优势十分明显。

1套系统可以替换原来的锅炉加空调加生活用热水的3套系统;虽然初投资比常规燃煤锅炉房供暖系统高出1~3倍，比热电联产集中供热系统高出34%~50%。但根据国内外的经验，由于地源热泵运行费用低，增加的初投资可在3~7

a内收回，地源热泵系统在整个服务周期内的平均费用将低于传统的空调系统。初装费用确实比传统系统要高一些，主要是铺设地埋管换热器，费用贵在设计和安装上，而每年省下的能源费用支出，会很快抵消高出的系统安装费用，随着时间的推移，从能源消费的节省上可以很快收回投资。同时，系统近于免维护和维修，可节省大量开支。作为清洁能源之一，地源热泵也一直受到国家的政策支持。北京市的政策规定，北京市内建设的各类项目，供热制冷系统选用热泵系统的，将得到北京市固定资产投资中安排一次性补助，补助标准为50元/。

沈阳地区地下含水层透水性强，地面以下20

m之后基本为恒温12℃。自然地理及水文地质条件适合地源热泵技术的推广应用。由于地下含水层多为砂砾结构，透水性强，可保证在不影响和破坏地下含水层的前提下常压完全回灌。据统计，沈阳每年冬天有1.8亿的供热面积，所以发展热泵的空间广阔。到目前为止，沈阳已有地源热泵面积超过3

000万。根据辽宁省政府办公厅要求:凡具备应用地源热泵等可再生能源技术条件的新建、改建、扩建的建设项目，今后都必须采用“地热”供热制冷。机关办公场所、宾馆、商场、写字楼等耗能大户，应优先选用地源热泵。预计到2010年，沈阳市可实现地源热泵技术应用面积6

500万，占全市总供暖面积的30%左右。届时，每个采暖期节约标准煤将达126.55万t，减少排放2．5万t、烟尘1．9万t。

5结语

在我国全面建设资源节约型、环境友好型社会的进程中，地源热泵这一集节能、环保为一体的新技术，将越来越受到人们的重视与青睐。相信在不远的将来，经过国内工程技术人员的不懈努力并借鉴国外的成功经验，我国的地源热泵应用将得到进一步的推广和发展，它将为我国的可持续发展带来新的契机。转贴关于关于关于节能始终是空调领域中的重要研究课题之一。热泵技术能提高能源利用率，是合理用能的典范。正因为热泵的节能效益，才使热泵在20世纪70年代后，在空调领域中获得广泛地应用与发展。有关文献将这一时期称为热泵发展的第一兴旺期。并预言，由于全球温暖化问题成为世人瞩目的焦点，人们要求减少温室效应。也就是说，空调能源效率再次变得最重要，这不是由于经济问题，而是出于环境原因，我们暧通空调工将会经历热泵发展的第二次兴旺期。为此，暖通空调工应做好思想准备，加强有关热泵空调方面的研究工作，积极推广应用热泵空调。热泵节能冷暖热泵机组由于其具有节能、环保及冷暖联供等优点，目前在国内广泛应用。本次了在全国各类报刊杂志、年会资料集及集有关热泵技术及应用这方面的共207篇。在此作为一个专题研讨，供在座的各位教员和同学们参考。有关问题综述如下：一、空气源热泵空气源，对单身18层职工公寓和住宅小区实施冷暖联供的四种方案进行了综合比较，结果是采用水源热泵的空调系统，不管是从投资上，还是从运行费上，都具有明显优势。发展住宅的水源热泵系统随着我国住宅市场化改革，新建住宅小区迅速发展和居民对居住环境的改善需求，以及环保方面的要求，如何满足居住建筑的冷暖空调要求，是急需解决的问题。清华大学江亿提出采用深井回灌的水源热泵方式可能成为满足这种需求的住宅供热空调方式。其原理，地下水从深井1中抽出进入板式换热器械2，与楼内循环水系统的水换热后，再通过深井2排到地下，循环水系统经住宅楼内管网送入各户，经各户的水源热泵产生热水或冷水送入末端装置，满足供热或空调的要求。在对深井、水系统及水源热泵和末端装置进行了详尽讨论，最后进行了经济分析，结果表明，采用这种“一户一机、深进回灌”的水源热泵方式，优于目前的冬季燃煤锅炉采暖+夏季分体空调方式。同时系统管理方便，住户可很方便地单独对温度调节。这一方式全部能源由电提供，无任何污染，空调排热全部进入地下用于冬季供暖，不再对小环境造成热污染，并且遭受不悬挂室外机，美化了建筑外表面。由于地下水是全封闭式系统，因此既不消耗任何地下水源，又不会对其带来污染。目前需要政府部门制定相应政策，以支持这种节能、节水、保护环境的方式。3、水源热泵应用测试分析空调所李先瑞等对大连发电总厂新建综合楼三层西侧一个房间的水源热泵系统进行了一个冬季的实侧，得到如下结论：水源热泵是一种介于中央空调和分散空调之间的优化空调能源方式，它既具有中央空调能效高，成本低和安全、可*等优点，又具有分散式调节灵活、方便和便于收费等优点，是一种适合民用建筑的采暖空调方式。由于余热水源热泵具有热回收率高的特点，因此，经济性、节能性十分明显，在有条件地方应大力推广。自来水水源热泵系统，冬季采暖需补助加热，其经济性与加热热源方式有关。采用热效率高的燃气加热方式或以价格较低的蒸汽加热水作为加热源等热源时，以它们作为补助加热热源是合理的。4、水源热泵冷热水机组的经济性长沙铁道学院丁力行对湖南地区的中央空调系统，分别采用水源热泵冷热水机组、风冷热泵、溴化锂直燃机、水冷冷水机组+燃油锅炉四种方案进行了经济比较，结论是水源热泵冷热水机组具有初投资较小，且成本比其它三种中央空调小19~65%的优点。5、中高温水源热泵用混合工质研究在地热利用中存在的主要问题是利用后排放的水温较高，一般为40~45℃。如利用这部分热水作为热泵热源，这就存在着一个使用甚么样的热泵工质问题，经采用CSD方程的大量计算，筛选出了一种低环害的非共沸混合工质，经实验测试，效果较好。采用此混合工质用以地热水为低温热源的热泵系统，冷凝温度70℃左右，蒸发温度在20℃左右，冷凝压力在20以下，EER值在3.5~4之间，可以输出60℃左右的热水供用户使用。三、地源热泵地源热泵是以大地为热源对建筑进行空调的技术，冬季通过热泵将大地中的低位热能提高对建筑供暖，同时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用。由于其节能、环保、热稳定等特点，引起了世界各国的重视。欧美等发达国家地源热泵的利用已有几十年的历史，特别是供热方面已积累了大量设计、施工和运行方面的资料和数据。我国是发展中国家，由于多种原因，地源热泵的开发研究仅仅是近几年的事。有关地源热泵方面的共了13篇，表明国内对研究开发地源热泵系统已引起了足够重视。主要内容有：垂直U形埋管地源热泵实验青岛建工学院1998年建设了垂直铺设的土壤源冷热两用闭式热泵系统，地面设备采用美国谷轮OM300热泵机组和立式风机盘管；地下垂直埋设一根d45*4mmU形聚乙烯塑料管，深53m，孔网直径1.10m，塑料管总长110m，为了测试土壤温度变化，距主井每隔0.8m打一深13m的辅井。1998年8月26日开始运行测试，整个试验包含了二个夏季，一个冬季和二个春秋季，共五个季节。通过试验得到了如下结论：垂直埋管系统既可作为冬季采暖的热源，又可作为夏季空调的冷源，一机两用是可行的，它同水平敷设的系统比较，只占用极小的室外场地。采用一个单井作热泵冷热源时。夏季储热和冬季的储冷不明显，从设计角度可不予考虑。经过整个夏天的长期运行，埋管周围温度场发生变化，其作用半径大约3m左右。塑料埋管同地下的热交换能力如下：a.向地下放热：按管长计算：20m/kw；按井深计算10m/kw；按管路外表面积计算；2.5m2/kw；b.从地下吸热：按管长计算：35m/kw；按井深计算：17~18m/kw；按管路外表面积计算：4.5m2/kw。设计管路系统可按冬季工况设计，对夏季工况进行校核。在选择R22蒸发器和冷凝器时，建议参数如下：冷凝温度≤60℃，蒸发温度-2~7℃，制热时取低值，地下埋管充液按能抵抗-7℃的低温。地下流体流动温升6~8℃，蒸发器传热平均温差6~12℃，制热时取低值。冷凝器传热平均温差8~14℃，室内液体一般可不充防冻液。引进西方国家钻井下管一条成施工作业；开发特殊塑料管件：U型管件，二管接管技术。引进和开发特殊钻井回填填料，西方国家采用特殊的回填料可提高传热效果。垂直套管式埋管地源热泵试验及传热模型重庆建筑大学通过竖埋单管试验，地下套管式换热器较U形管换热器传热效率高20~25%，在单管试验的基础上，建设了10kw的地下套管式地源热泵系统，该系统地下部分为5排15根，深10m的竖埋套管，错排布置，间距1.5m，孔网与套管之间的缝隙用钻孔回收的岩浆回填，套管直径DN75~90mm，水管直径dN15~25mm，管材均为PVC塑料管。地上部分为水-空气热泵空调器；水-水热泵，末端采用立式风机盘管和冷暖地板。热泵自98年10月投入使用，经过了两个冬季，两个夏季四个过渡季的连续运行测试，系统运行正常。冬季保持室温18℃以上，夏季保持室温28℃以下，热泵系统间歇运行，平均运行时间每天8~9个小时。通过2年的使用，积累了大量测试数据，并得到了一些有价值的结论。冬季运行，地下埋管，进水温度5.5~7.5℃，出水温度11.5~13℃，热泵压缩机吸气压力0.45~0.5Mpa；水-空气热泵排气压力1.4~1.65Mpa；水-水热泵排气压力1.60~1.80Mpa。热泵运行7~10天后，进出水温度趋于稳定。冬季运行室内保持18~22℃，热泵间歇运行，月平均运行小时数7.58h，地下埋管单位温度换热量平均为77.93w/m，平均传热系数9.45w/mk。热泵性能系数COP=3.06kw/kw。夏天运行，地下埋管进水温度34~43℃，出水温度27~34℃，温差9℃左右，排气压力1.6~1.8Mpa，热泵压缩机吸气压力，水-空气热泵P吸=0.45~0.5Mpa，水-水热泵P吸=0.40~0.45Mpa。热泵运行20天后，进出水温度趋于稳定。夏季运行，室内保持21~27℃，热泵间歇运行，月平均运行小时数8.88h，地下埋管深度换热量90.6w/m，平均传热系数5.70w/mk，热泵制冷系数5.70w/mk，热泵制冷能效比EER=3.46kw/kw。地下埋管支路是三根竖管串联，经测试各竖管温差平均为1.9、1.5、1.6℃，表明各竖管传热基本均匀。地下埋管系统流量大小对埋管换热器的传热有重要影响，经变水量测试，每个支管环路1200kg/h左右为最佳流量，此流量相当供水支管水流速1m/s，本管内水流速0.1m/s。在最佳水流量下单位埋管深度换热量和EER到达最大值。经重庆几个工程实例比较，地源热系统造价比家用分体空调器造价要高40~50%，用节约的电费偿还期约为4~5年。经测试分析地下埋管内热短路现象严重，测试结果为0.3~0.4℃，占埋管换热量的20%左右，如何减小热短路，提高竖埋管的传热效率是需进一步研究的手段。建立完善的地下埋管传热模型，以确定不同地区，不同岩土性质下的最佳地下埋管换热器尺寸，继推广和发展地源热泵的关键技术，作为参照V.C.Wei地下埋管传热理论，采用系统能量平衡结合热传导方程建立了二维温度场数学模型，其中包括单管间歇太阳能水源热泵空调系统是一种节能系统，应用前景广阔。其系统拓宽了水源热泵空调系统的应用范围，使目前内部余热小或无余热的建筑物也可采用水源热泵空调系统节能。初步得到太阳能水源热泵空调系统在我国各地的应用运行情况，并分别指出，对于不同的热源设备形式及能源形式，该系统在各地区的运行能耗情况和节能特性。在我国大部分地区运用太阳能水源热泵空调系统，都会收到良好的节能效果，尤其是对于年太阳辐射总量较高，冬季日照率高的地区，该系统是一种理想选择。空调所郑瑞澄根据全玻璃真空管太阳能集热器的热性能和上海、南京、武汉、济南四地的太阳能辐射资源，通过计算得出了太阳能水源热泵空调系统，该四地所需的太阳能集热器面积，经效益分析，以供暖面积100m2的水源热泵机组为计算对象，太阳能集热系统运行100天可节约的常规能源量为上太阳能集热系统供应生活热水可节约的年常规能源为天然气636.5Nm3，电5550kwh。以现阶段太阳能集热系统平均200元/m2和北京现行电价计算，太阳能利用增加的投资可在6年左右回收，之后的节能费用，即是用户的净效益。4、热泵复合热电冷三联产的系统优化分析随着能源供需矛盾的日益突出，能源的综合利用得到国内外广泛关注，从热电分产到热电联产乃至热、电、冷三联产的提出和运用，无不说明人们对节能进行了有益的探索，而实践证明，这些研究带来了较好的经济效益和社会效益。热电分产就是供电和供热相互独立的供电供热方式，由于这种系统的经济性差，不利于能源的分级利用而逐渐发展为热电联产，在热电联产系统中较高参数的蒸汽首先用来作功发电，然后用汽轮机的排汽和抽汽供热，这样就减少有用功的损失，达到能源分级利用的目的，从而使有用功效率得到提高。随着生活水平的提高，夏季供冷、冬季供热的要求越来越强烈，而集中供热供冷由于它的优越性而偌受青睐，另外在热电联产中，由于夏季热负荷的降低，汽轮机抽汽量减少，整个系统的经济性下降，所以进一步发展成热、电、冷三联产系统。所谓热、电、冷三联产是指锅炉产生的蒸汽通过汽轮机发电做功后，汽轮机的排汽和抽汽作为吸收式制冷机的工作蒸汽，这样提高了夏季汽轮机的抽汽份额，同时也向用户提供了所需的冷量，从而大大减轻了空调制冷负荷对电网的压力，缓解了用电高峰的峰值负荷。另一方面，从环保角度上考虑，由于热、电、冷三联产一般不采用CFC工质，不破坏臭氧层，而且三联产系统充分利用品质较差的低位热源而不象压缩机制冷一样需高品质的电能，这样更有利于提高能源的综合利用率，但目前的热、电、冷联产系统从整个系统的优化方面考虑是有潜力可挖的，本文通过对目前的热、电、冷三联产系统的分析，提出用蒸喷式热泵以及吸收式冷热机组对热、电、冷三联产系统的优化方案，并对其优化效果进行分析。东南大学动力系张小松等通过对热、电、冷三联产的系统分析，提出用蒸喷式热泵以及吸收式冷热机组对热、电、冷三联产系统的优化方案，并对其经济性进行分析，通过对CC25-8.83/0.98/0.12机组的系统进行实例计算，可知优化后在相同的供热条件下该机组的联产系统发电量增加5.2％。文中讨论了直接抽汽供热、供冷的热、电、冷三联产系统的原理，热泵优化热、电、冷三联产系统，对蒸喷式热泵对三联产系统的优化、吸收式冷热机组对三联产系统的优化进行研究，得到如下结论：目前的热、电、冷三联产常规系统在供热经济性方面是有潜力可挖的。通过采用蒸喷式热泵和吸收式冷热机组对热、电、冷三联产的系统优化，在相同的供热条件下可以使三联产的发电量增加几个百分点。蒸喷式热泵和吸收式冷热机组对热、电。冷三联产的系统优化适合于企业自备电厂以及区域供热热电厂的建设和系统改造，在与常规的热、电、冷三联产系统投资差别不大的情况下能高效地满足冷用户、不同压力等级热用户的供冷、供热要求。五、其它热泵热泵除上述四类以外，还有喷射式热泵、吸收式热泵、工质变浓度容量调节式热泵及以CO2为工质的热泵系统。喷射式热泵随着现代工业和人类社会的发展，人们对节能与环境净化给予高度重视，国外对机械式和蒸汽喷射式热泵的应用已使用得比较成熟。国内对蒸喷式热泵的应用也作了一些工作。蒸喷式热泵具有结构简单，工作可*的特点，但效率较低、应用范围受蒸汽压力的限制，尽管如此，它在一定条件下，特别是用于蒸发单元，具有较好的节能效果。四川联合大学化工系刘代俊、王钟鸣、李军等用计算机对蒸汽喷射式热泵的热力过程进行变工况计算，分析了性能，指出了应用范围。以便我们对蒸喷式热泵的工作性能及应用范围有一个较为清楚的了解。氨-水GAX吸收式热泵早在1884年，就发现了液氢能汽化产生制冷作用，并通过氯化银对氨蒸气的强烈吸收作用形成制冷循环，此后，产生了许多以原理为基础的氨制冷设备，并一直沿用至今。氨-水和溴化锂-水一起被认为是最常用的、对环境无害的绿色制冷工质对。同溴化锂-水工质对相比，氨-水工质对的显著优点是能制取0℃以下冷量，不易结晶，可用于热泵供暖；氨-水工质对对铜以外的金属基本无腐蚀性；系统体积较小。缺点是蒸发压力较高，大量泄漏时，对人体有害。此外，氨与水的沸腾温差较小，需用精馏器、分离器以去除冷剂氨中的水蒸气。氨-水单效循环的制冷效率也较低。因此，氨-水工质对被认为是最适用于家用及小型吸收式热泵的工质对，如美国公司自1927年起就生产小型直燃式氨-水吸收式制冷机，该公司在60年代研制的风冷式小型燃气氨-水单效制冷机一直销售至今。在日本、中国等地也有此类产品销售。由于电费的增长、用电高峰期电力的短缺和全球环保意识的日益增强，采用无公害工质的热能驱动吸收式热泵再次引起人们的关注。基于发生器-吸收器热交换原理，具有较高制冷热力系数，并能用于热泵式供暖的直燃型氨-水吸收式热泵再次成为美、日、韩及欧洲发达国家的研究热点。同济大学机械学院热能系张敏华介绍了利用计算机仿真、设计及优化技术研制直燃型氨-水GAX吸收式热泵的过程，并阐述了氨-水单效及GAX吸收系统的原理、结构及运行工况。与氨-水单效吸收制冷机机组相比，在相同条件下，高效氨-水GAX吸收式热泵的制冷COP比前者提高约58％，即便在外界气温为-6℃条件下，其实际供暖COP也高达93.7％；当外界气温在-3.9℃时，其实际供暖COP则高达104％，远远高于普通锅炉供暖。而且改良型热泵结构简单，运行可*，确为理想的节能、环保型直燃吸收式热泵。3、热泵空调系统工质变浓度容量调节方式试验研究天津大学热能研究所杨昭、马一太和河北建筑工程学院赵三元、张少凡等提出了冷热泵容量调节的物理模型，建立混合工质变浓度容量调节制冷系统试验装置，进行了相同工况下变浓度对比测试及多工况变浓度稳态试验。证明所建立的混合工质变浓度试验装置及所选择的工质可以基本满足预定的容量调节要求，并可明显提高装置的节能效比。比较相同工况下浓度调节前后的结果，说明此变浓度容量调节系统可以在运行中进行一定范围内的浓度变化和容量变化，系统内工质量基本稳定并可稳定运行。由多工况稳态试验结果可见，采用本试验装置进行混合工质变浓度容量调节，可以使系统容量输出较好地跟随负荷的变化，R22/Rl42b及R32/124的可适应环境温度分别为℃及℃，以R22标准工况制冷量为基准，容量可调节范围分别为57.3％~91.8％及71.5％~101％。室内温度波动在1.2℃以内。在部分负荷区，R22/142b有着理想的变浓度容量调节特性，且明显地提高了稳态能效比。两种调节方式的季节能效比测试结果与理论分析在定性上是一致的。初步试验证明了本文建立的混合工质变浓度实验装置及工质R22/R142b及R32／R124可以基本满足预定的容量调节要求，并可明显提高装置的季节能效比。与R22开停调节相比，工质对R22/142b和R32/R124的季节能效比分别提高28.3％和17.7％。可基本满足容量与负荷的匹配关系。压缩机不必作任何改动，这是变频调节所不能比的。为了更有效地提高季节性能系数及容量调节的品质，对风冷系统应增加管排数以接近逆流换热。对精馏系统的设计有待更加工程化和实用化，应配以合适的控制系统。如采用电子膨胀阀和相关控制技术，这些问题有待于进一步的研究。4、以CO2为工质的热泵系统的研究由于CHC的逐步禁用，工质替代成为人们越来越关心的问题。在寻找新的制冷剂的同时，许多人将目光又重新投向了C02。在本世纪初期，CO2曾经广泛应用于空调及船舶的制冷系统，直到50年代，在船舶制冷系统中，CO2仍是占统治地位的工质。后来由于氟里昂的出现，CO2逐渐被取代。同氟里昂相比，CO2在常温下的冷凝压力特别高，因而导致装置很笨重。但CO2也有其优点：不燃、无毒、容易获取、与润滑油不反应、对装置无腐蚀作用。而且CO2的比容小，单位容积制冷量比R22大5倍，从而系统制冷剂流量小，装置可以做得比较小。此外由于CO2具有良好的热物理性质，传热性能好，而且其压比及压力损失比较小，所以压缩的效率高。由于这些原因，热泵系统具有较高的效率。由于压缩后的CO2处于跨临界状态，与一般系统不同，所以在随后的冷却过程中，CO2状态变化也不同。一般系统中，工质在冷凝过程中发生相变，冷凝温度由冷凝压力所决定。而在CO2系统中，在冷却器中，CO2从过临界状态放热，温度降低，处于一种似液体的气体状态，因此冷却器中CO2温度下是由其压力所决定的。在冷却过程中，CO2的温度变化很大，所以当作热泵用时，可把需加热介质的温度提高很多。例如在CO2热泵型热水器中，水可被加热到80℃，而在普通的热泵系统中，热水温度一般只能达到55℃。西安交通大学制冷教研室朱瑞琪等分析了以为工质的热泵循环及系统的特点，显示了CO2单级压缩跨临界循环系统当做热水器应用时所具有的优点和需要解决的主要问题。在系统中设置回热器，用以蒸发从低压储液器中流出的液体，使润滑油回到压缩机。在系统中设置一个低压储液器，这样可以保证蒸发器合适的供液量，有较高的平均传热系数，使蒸发器保持良好的工作性能，减小蒸汽出口过热度。而且，它能使系统高压侧的压力保持一个最佳值。此外，储液器的设置还能使系统在对泄漏也不会太敏感。综合各种因素，影响压缩机性能的最主要因素是气缸泄漏，所以必须采取有效的密封措施来设法减少泄漏。六、热泵技术在我国的运用及发展热泵在我国起步较早。50年代，天津大学的一些学者已开始从事热泵的研究工作。60年代开始在我国暖通空调中应用热泵。例如，从1963年起原华东建筑设计院与上海冷气机厂就开始研制热泵式空调器；1965年上海冰箱厂研制成我国第一台制热量为3720kw的CKT-3A热泵型窗式空调器。1965年天津大学与天津冷气机厂研制成国内第一台水冷式热泵空调机。1966年又与铁道部四方车辆研究所共同合作进行干线客车的空气-空气式热泵试验。1966年原哈尔滨建筑工程学院与哈尔滨空调机厂研制成功LHR-20恒温恒湿热泵式空调机，首次提出冷凝废热用作恒温恒湿空调机的二次加热的新流程。但是，由于我国能源价格的特殊性，以及一些其他因素的影响，热泵空调在我国的应用与发展始终很缓慢。直至70年代末期，才又为热泵空调的发展与应用提供了机遇。80年代初至90年代末在我国暖通空调领域掀起一股热泵热。热泵空调在我国的应用日益广泛，发展速度很快、主要表现在以下几点。热泵空调的学术交流活动十分活跃1978年至2001年，中国制冷学会第二专业委员会主办过9届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”，今年十月将在杭州举办底10届“全国余热制冷与热泵技术学术会议”。1988年中国科学院广州能源研究所主办了“热泵在我国应用与发展问题专家研讨会”。自90年代起，中国建筑学会暖通空调委员会、中国制冷学会第五专业委员会主办的各届“全国暖通空调制冷学术年会”上专门增设“热泵专题”交流。每届热泵学术会上都广泛地交流了大量的学术，这充分反映了我国热泵技术的发展和进步。积极开展热泵空调技术的研究工作热泵空调技术在我国运用的可行性研究1986年北京公用事业科学研究所开展了“燃气吸收式热泵供热制冷系统可行性研究“；1988年天津大学热泵研究所开展了京津地区运用热泵兼暖空调节能可行性的研究；1988年中国科学院广州能源研究所开展热泵在我国应用与发展问题的研究；1992年中国建筑科学研究院空调所开展了中、高档旅馆利用热泵技术节约能源的可行性研究；1991年开始，哈尔滨建筑大学开展了在我国应用电动热泵站、吸收式热泵站的可行性研究并进行了闭式环路水环热泵空调系统和太阳能开式环路水源热泵空调系统在我国应用的评价；1996年青岛建筑工程学院开展了青岛东部开发区建设以海水为热源的大型热泵站可行性研究。空气-空气小型热泵试验装置的研究国际上公认的房间热平衡试验方法是小型空气-空气热泵性能测试最精确的方法。哈尔滨建筑工程学院于1980年建成国内第一台标定型房间热平衡法试验装置。空调所于1987年建成国内第一台平衡型房间热平衡法试验装置。某空调器检测中心于1986年底建成了由国外全套引进的平衡型房间热平衡法试验台。建成试验装置后，开展了下述各项工作：①为国家商检部门标定进口空调器性能，把好质量关；②为开发空气-空气热泵新产品，对进口热泵空调器进行详细的实验研究；③标定国产空调器性能；④我国小型空气-空气热泵除霜问题的研究；⑤我国小型空气-空气热泵供热季节性能系数的实验研究；⑥探索提高标定型房间量热计的测试精度的技术措施；⑦开拓房间热平衡法试验装置用途的研究。热泵空调的计算机模拟技术的研究与应用浙江大学开发了一个风冷热泵全年性气候工作的计算机模拟软件，以此研究了风冷热泵运行特性。同济大学等作了直燃型氨-水GAX吸收式热泵的计算机仿真研究和吸收式热泵计算机模块化仿真设计和优化技术的研究。国内一些研究单位、高校对土壤源热泵十分感兴趣，作了一些实验研究工作。重庆建筑大学对垂直布置的U型管换热器进行了实验研究哈尔滨建筑大学和青岛建筑工程学院对水平布置的地下盘管换热器进行实验研究和计算机数值模拟。3、热泵空调新产品、新技术不断涌现，产品不断更新换代早在60年代我国开发了窗式热泵空调器，80年代初开发了分体式热泵空调器，质量不断提高，现已推出变频控制和模糊控制新技术。近年来，我国又先后开发了整体式风冷热泵式冷热水机组、模块式风冷热泵冷热水机组、水源热泵空调器等。例如，上海实业空调机有限公司研制成RF系列热泵空调机，采用全新的制冷系统，改进了热泵融霜、防冻结等功能；上海富田空调冷冻有限公司、厦门国本公司等经过几年的努力，不断改进产品质量，基本解决了低温启动、融霜等问题。1994年又研制出全电脑控制双螺杆型空气源热泵式冷热水机组，其性能已达到国外同类产品水平。上海台佳机电有限公司的螺杆采用第三代齿形，效率比活塞式压缩机高15％。合众-开利30GQ空气-水热泵机组采用多台06E半封闭压缩机，多回路设计，高效换热管，低噪声风机等，并微电脑控制，使机组始终处于最佳运行工况、该厂在1999年推出30HT新型空气-水热泵机组。目前，空气源热泵冷热水机组市场空前繁荣，生产厂家已由1995年的十几家发展到现在40多家。产品规格齐全，据不完全统计，国内销售的机组共有45个品牌，其中国产机组约占25％左右，其余为合资产品、台资产品和进口产品。例如，美国特灵、开利、约克、麦克维尔，法国的西亚特，意大利的阿尔西；国产台资产品有上海富田、厦门国本、福州的扬帆等。合资的有上海合众-开利、上海新晃、广东吉荣等。根据国内空气源热泵冷热水机组样本及资料的统计，在额定工况下，空气源热泵冷热水机组的制热性能系数基本大于3，有的高达4以上。4、热泵在空调工程中的应用日益广泛早在1980年上海手工业局设计室与上海冷气机厂为上海某商场设计了国内第一套空气-水热泵空调系统，运行效果一直良好。近年来随着国内空调技术的飞速发展，热泵空调系统获得广泛的应用、主要表现在：自90年代起窗式热泵空调器、分体式热泵空调器有了突飞猛进的发展，开始步入我国百姓家庭。据国家有关中心预测统计，房间空调器在北京、上海、广州、深圳四城市居民家庭普及率达42.8％，其中约有三分之一以上是热泵型的。热泵应用的重要方向是解决长江流域建筑物中央空调的冷热源问题。我国部分地区的气候特点是夏热冬冷。上海、浙江、江西、湖南、湖北全境，江苏、安徽、四川大部，陕西、河南南部，贵州东部，福建、广东、广西北部，甘肃南部的部分地区均属于夏热冬冷的气候。在这些地区很适宜应用空气源热泵冷热水机组，解决建筑物中央空调冷热源的问题。同时，再考虑到热泵的地球环保效益，使空气源热泵冷热水机组在这些地区的大、中、小城市中获得广泛的应用。目前，空气源热泵冷热水机组的地区应用范围仍有继续向北移动的趋势。例如，1993年在天津沃特文化游乐总汇第一期空调工程的KTV歌舞厅和餐厅雅座的新风系统中，选配了2台SJC-05H型空气源热泵冷热水机组。夏季供冷，过渡季节作为热源，为新风机组提供40～50℃热水，使用效果很好。因此，1994年第二期改造工程的客房空调设计又选2台SJC-15H作为空调的冷热源装置。1996年，烟台第一百货商场扩建工程中，也选用了空气源热泵冷热水机组作为空调冷热源，全年运行，效果也不错。近年来，在我国一些大中城市的现代办公楼和大型商场建筑中开始采用闭式环路水源热泵空调系统，以回收建筑物内的余热，效果很好，发展速度很快。80年代初，我国在一些外商投资的建筑中采用了闭式环路水源热泵空调系统。这些工程显示出闭式环路水源热泵空调系统回收建筑物内余热的特有功能以及节省或减小常规空调系统的冷热源设备和机房，便于分户计费，便于安装、管理等优点。因此，90年代便得到广泛地应用。据统计，1997年国内采用闭式环路水源热泵空调系统的工程共52项；从“天龙”水源热泵空调中国地区一览表看，不仅上海、北京、天津、广州、深圳等大城市中一些工程采用它，而且如佛山、绍兴等中、小城市也开始采用。据有关文献的预测分析，闭式环路水源热泵空调系统是一种很有前途的节能型空调系统，在我国将会有广阔的应用前景。节能始终是空调领域中的重要研究课题之一。热泵技术能提高能源利用率，是合理用能的典范。正因为热泵的节能效益，才使热泵在20世纪70年代后，在空调领域中获得广泛地应用与发展。有关文献将这一时期称为热泵发展的第一兴旺期。并预言，由于全球温暖化问题成为世人瞩目的焦点，人们要求减少温室效应。也就是说，空调能源效率再次变得最重要，这不是由于经济问题，而是出于环境原因，我们暧通空调工将会经历热泵发展的第二次兴旺期。为此，暖通空调工应做好思想准备，加强有关热泵空调方面的研究工作，积极推广应用热泵空调。关于热泵技术及其应用的综述热泵应用及热泵技术分析热泵作为提供热量的主要设备之一，以其对环境友善及节约能源等特点，在许多领域得到了广泛的应用。在本文中。作用首先回顾了热泵的发展历史，介绍了热泵的种类、特点、使用场合及条件，对几种主要热泵在应用过程中存在的问题进行了讨论，分析了热泵技术的研究进展、应用现状及相关新技术。

1热泵与制冷机

热泵是一种以冷凝器放出的热量对被调节环境进行供热的一种制冷系统。就热泵系统的热物理过程而言，从工作原理或热力学的角度看，它是制冷机的一种特殊使用型式。它与一般制冷机的主要区别在于：

①使用的目的不同。热泵的目的在于制热，研究的着眼点是工质在系统高压侧通过换热器与外界环境之间的热量交换；制冷机的目的在于制冷或低温，研究的着眼点是工质在系统低压侧通过换热器与外界之间的换热；

②系统工作的温度区域不同。热泵是将环境温度作为低温热源，将被调节对象作为高温热源；制冷机则是将环境温度作为高温热源，将被调节对象作为低温热源。因而，当环境条件相当时，热泵系统的工作温度高于制冷系统的工作温度。

2热泵的由来及主要应用型式

2.1热泵的由来

随着工业革命的发展，19世纪初，人们对能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发生了浓厚的兴趣。英国物理学家J.P.Joule提出了“通过改变可压缩流体的压力就能够使其温度发生变化”的原理。1854年，W.Thomson教授（即大家熟知的LordKelvin勋爵）发表论文，提出了热量倍增器（HeatMultiplier）的概念，首次描述了热泵的设想[3]。

当时，热泵供暖的对象主要是民用，供暖需求总量小，特别是对由于采暖方式及其对环境的影响尚没有足够的意识。人们采暖的方式主要是燃煤和木材，因而，热泵的发展长期明显滞后于制冷机的发展。

上世纪30年代，随着氟利昂制冷机的发展，热泵有了较快的发展。特别是二战以后，工业经济的长足发展带来的对供热的大量需求及相对能源短缺，促进了大型供热及工业用热泵的发展。1973年的全球性能源危机，进一步促进了热泵在全世界范围内的发展。

2.2热泵的主要应用型式

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。图3所示的是其中一种方案的太阳能热泵流程。

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。

3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。

3.1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。

3.2水源热泵（WaterSourceHeatPump）

以水作为热源的热泵称作为水源热泵（WaterSourceHeatPump，WSHP）。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。

3.3土壤热源热泵（SoilHeatPump）

土壤热源热泵（SoilHeatPump，SHP）以大地作为其低温热源。通常是将制冷盘管理入地下，盘管与土壤进行热量交换，热泵系统自成封闭式系统。根据埋管的形式不同，这种系统又分为横埋和竖埋（又称为直埋）两种方式。

SHP存在如下不足：

①造价昂贵，施工条件苛刻；

②可能泄漏，以引起土地污染；

③可能引起土地的大面积龟裂。

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，埋入地下。并通过一组小的内套管将水送到大管子的底部。

3.4太阳能热泵（SolarHeatPump）

太阳能热泵（SolarHeatPump）以太阳能集热器作为热泵系统的低温温度。图3是一种方案的太阳能热泵系统流程示意。这是一种能够从更低温度的环境中有效吸取热量的系统。在系统做热泵运行时，储水槽中的水作为系统的低温热源。如果储水槽容量设计合理的话，即使水温降低到5℃时，仍然可以有效使用，而且，由于水温较低，使得太阳能集热器能够在较低的温度下工作，从而增加了它的热吸收率。

4部分热泵新技术简介

热泵新技术研究主要是围绕提高热泵系统的热力学效率、提高热泵系统的环境友善程度和处理空气品质等方面展开的。部分技术已经应用于相关产品及系统中。

相关新技术主要包括：

①室外侧换热器结霜控制、表面纳米材料及其表面修饰工艺技术

通过对室外侧换热器的外表面进行纳米材料修饰，使得霜水呈球状凝结，从而减小凝霜或凝水在换热器外表面冻结的机会。

②大压差、非稳定运行条件下高效热泵压缩机技术

主要包括涡旋压缩机柔性导入结构、机体喷液降温及吸排气压力自我辨识和自适应分液调节技术，从而适应大压差、非稳定运行条件。

③热泵自适应空况控制技术

根据热泵系统热动力运行特性，确定系统的自我状况诊断和自适应空况调节控制。从该项技术在ASHP系统中应用效果看，能够明显提高系统的SEER指标。配合新的流程[11]，该项技术在保证ASHP系统低温环境条件下的有效供热方面，效果明显。

④纳米填料静音技术

通过纳米材料及微纳米填料，消除工质在节流过程、冷凝过程及蒸发过程中由于相变而导致相界间能量传递产生的噪声和振动。

⑤可吸入颗粒物纳米催化及分解技术

通过在热泵与空调系统空气处理末端进、出风界面上进行纲伙材料修饰，使空气中的可吸入颗粒物经过纳米催化分解而使空气得以净化。

⑥全空气热泵技术

采用湿空气的跨临界膨胀的热力循环的全空气热泵空调系统。空气同时作为工作介质和能量交换介质。采用无油压缩设备及工艺技术，将使得此系统有着极好的环境友善性能。

⑦纳米催化高效吸收技术

利用具有均匀性网络结构的低密度多孔性纳米材料作为吸收器和发生器的填料，可以提高吸收效率和发生效率及速率，从而使得吸收时制冷机或吸收式热泵机组的小型化称为可能。以三氯化铁和氢氧化钠为原料，利用溶胶-凝胶过程和超临界干燥技术，经过铁基气溶胶基本粒子b-FeOOH，再经高温处理后转化为a-Fe2O3-SiO2为基质的低密度多孔性纳米材料是一种可能的纳米催化高效吸收填料。

⑧高效率、低污染燃烧技术

燃烧器表面经过钛基纳米粒子修饰后，在纳米粒子的催化作用，可以对燃烧反应条件进行控制和调节，从而使天然气的燃烧更快、更充分，与此同时，抑制氮氧之间的反应，从而使燃烧反应中间产物（及污染物）减少，提高燃烧效率。

⑨热泵压缩机柔性吸、排气静音技术

压缩机式制冷或热泵系统噪声与振动的主要源泉。压缩机吸、排气环节所产生的噪声频率特性以其结构及材料不同而不同。实验证明，采用柔性吸、排气通道结构，可以减少制冷或热泵机组噪声，并改善它在系统中的传输特性。

⑩往复式压缩机吸气回流增阻技术等。

对于往复式压缩机来说，在压缩机吸气侧的工质回流是造成压缩机吸气侧腔内工质压力脉动的主要因素之一，由它产生的气流脉动可以从低压侧传输到高压侧。采用回流增阻结构的吸气通道，可以降低压缩机产生的噪声及振动，并使压缩机的效率有所提高。

(11)矿物油极性强化技术

矿物油极性较弱，与同样弱极性的CFCS类工作介质相溶性良好，是工质替代问题出现之前应用广泛的制冷系统用润滑油。作为CFCS类工质的的主要替代物，HFCS类工质的化学极性较强，因而需要使用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用HFCS类工质（及以HFCS类工质为主要成分的混合类工质）的制冷系统成为可能。地源热泵技术应用原理2009-02-1916:07

热泵技术是在高位能的拖动下，将热量从低位热源流向高位热源