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熱泵技術是近年來在全世界倍受關注的新能源技術。人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機械設備，比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而“熱泵”是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。本期中國制冷網(wǎng)（微信號：zhilengwang）帶大家全方位了解熱泵的原理、特點、歷史及前景等。

熱泵(Heat Pump)是一種將低位熱源的熱能轉移到高位熱源的裝置，也是是全世界倍受關注的新能源技術。它不同于人們所熟悉的可以提高位能的機械設備——“泵”；熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。

如下圖，開始時由壓縮機吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體，然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器；高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w；當常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸氣，流入殼管蒸發(fā)器，吸收蒸發(fā)器內的冷凍水的熱量使水溫度下降；蒸發(fā)后的制冷劑再吸回到壓縮機中，又重復下一個制冷循環(huán)。

熱泵系統(tǒng)冬夏工況
由于熱泵裝置的工作原理與壓縮式制冷是一致的；所以在小型空調器中，為了充分發(fā)揮它的效能，在夏季空調降溫或在冬季取暖，都是使用同一套設備來完成的。在冬季取暖時，將空調器中的蒸發(fā)器與冷凝器通過一個換向閥來調換工作，如圖。

由圖中可看出，在夏季空調降溫時，按制冷工況運行，由壓縮機排出的高壓蒸汽，經(jīng)換向閥（又稱四通閥）進入冷凝器，制冷劑蒸汽被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流裝置進入蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中吸熱，將室內空氣冷卻，蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽，經(jīng)換向閥后被壓縮機吸入，這樣周而復始，實現(xiàn)制冷循環(huán)。[詳情點擊]

熱泵在工作時，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進行利用，而整個熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術可以節(jié)約大量高品位能源。 [詳情點擊]

熱泵工作工質以前一般為氟利昂，但由于氟利昂對地球大氣臭氧有破壞作用，為了保護地球的生態(tài)環(huán)境，除了提高熱泵的制冷系數(shù)，有效利用能源以外，各國科學還致力于新型工質的開發(fā)，已有替代氟利昂的工質得到應用。 [詳情點擊]

原理：
空氣源熱泵原理就是利用逆卡諾原理，以極少的電能，吸收空氣中大量的低溫熱能，通過壓縮機的壓縮變?yōu)楦邷責崮埽且环N節(jié)能高效的熱泵技術?？諝庠礋岜迷谶\行中，蒸發(fā)器從空氣中的環(huán)境熱能中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質，工質蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸氣通過永久黏結在貯水箱外表面的特制環(huán)形管冷凝器冷凝成液體時，釋放出的熱量傳遞給了空氣源熱泵貯水箱中的水，冷凝后的傳熱工質通過膨脹閥返回到蒸發(fā)器，然后再被蒸發(fā)，如此循環(huán)往復。

空氣源熱泵工作原理與太陽能供熱不同之處 空氣源熱泵的供熱原理與傳統(tǒng)的太陽能供熱截然不同，空氣源熱泵以空氣、水、太陽能等為低溫熱源，空氣源熱泵是以電能為動力從低溫側吸取熱量來加熱生活用水，熱水通過循環(huán)系統(tǒng)直接送入用戶作為熱水供應或利用風機盤管進行小面積采暖?？諝庠礋岜帽粡V泛用于學校宿舍、酒店、洗浴中心等場所，除此之外，空氣源熱泵工作原理也被用于空調技術。 [詳情點擊]

原理：
地球表面淺層水源（一般在1000 米以內），如地下水、地表的河流、湖泊和海洋，吸收了太陽進入地球的相當?shù)妮椛淠芰?，并且水源的溫度一般都十分穩(wěn)定。水源熱泵技術的工作原理就是：通過輸入少量高品位能源（如電能），實現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。 [詳情點擊]

水源熱泵和地源熱泵都是從地位熱源的選取來定義的，水源熱泵通常指地位熱源來源于地表水、地下水、海水、污水；地源熱泵有時也被稱為水源熱泵。定義的角度不一樣，叫法也就不一樣。采用冷卻塔散熱的系統(tǒng)不能稱為水源熱泵，直埋地下的如果采用的是打井的方式，利用井水應該稱為水源熱泵。否則為土壤源熱泵。

原理：
地源熱泵是一種利用淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調設備。地源熱泵通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即在冬季，把地能中的熱量取出來，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地能中去。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4kWh以上的熱量或冷量。 [詳情點擊]

原理：
雙源熱泵系統(tǒng)就是在制冷和制熱時分別采用兩種傳熱介質（氟里昂和水）通過兩套各自獨立的管路系統(tǒng)實現(xiàn)制冷或制熱目的的空調系統(tǒng)，它結合了傳統(tǒng)水系統(tǒng)中央空調和氟系統(tǒng)中央空調的優(yōu)點，夏季采用氟系統(tǒng)制冷，而冬季采用熱水系統(tǒng)供熱，彌補了氟系統(tǒng)在制熱時因環(huán)境溫度變化而造成的效果波動和衰減的缺陷，日漸成為一些城市高檔樓盤的空調新寵。[詳情點擊]
優(yōu)勢：
 雙熱源熱泵熱水機組是利用空氣和水作為低溫熱源，通過電能驅動，不斷從低溫熱源中吸收熱量并釋放到高溫熱水中的熱泵設備。雙熱源機組既擁有了水源熱泵的能源利用率高，又擁有了空氣源熱泵的適用范圍廣的雙重優(yōu)點。雙熱源熱泵機組結構緊湊、重量輕、體積小、安裝方便。 [詳情點擊]
太陽能助推式熱泵是熱泵與太陽能技術結合使用的一種熱泵技術。
水源熱泵是利用一定溫度的水源（20℃以上）作為熱源以制冷劑為媒介，將水源中的熱量吸收后經(jīng)壓縮機壓縮制熱，通過熱交換器與冷水交換熱量以達到取暖和制取熱水的目的，水源熱泵必須有一定溫度和流量的水源
空氣源熱泵以水源熱泵類似方法從空氣獲得熱量來加熱水。三種熱泵中，空氣源熱泵受到的條件限制最小，發(fā)展空間最大。

法國科學家薩迪.卡諾（Sadi karnot）在 1824年首次以論文提出“卡諾循環(huán)”理論，這成為熱泵技術的起源。

英國科學家開爾文（L.Kelvin）提出，冷凍裝置可以用于加熱，將逆卡諾循環(huán)用于加熱的熱泵設想。他第一個提出了一個正式的熱泵系統(tǒng)，當時稱為“熱量倍增器”。之后許多科學家和工程師對熱泵進行了大量研究，研究持續(xù)80年之久。

瑞士的蘇黎世成功安裝一套以河水作為低位熱源的熱泵設備用于供暖，這是早期的水源熱泵系統(tǒng)，也是世界上第一套熱泵系統(tǒng)。

家用熱泵和工業(yè)建筑用的熱泵開始進入市場，熱泵進入了早期發(fā)展階段。

熱泵工業(yè)進入了黃金時期，世界各國對熱泵的研究工作都十分重視。諸如國際能源機構和歐洲共同體，都制定了大型熱泵發(fā)展計劃，熱泵新技術層出不窮，熱泵的用途也在不斷的開拓，廣泛應用于空調和工業(yè)領域，在能源的節(jié)約和環(huán)境保護方面起著重大的作用。

隨著“能源危機 ”出現(xiàn)，燃油價格忽升，經(jīng)過改進發(fā)展成熟的熱泵以其高效回收低溫環(huán)境熱能，節(jié)能環(huán)保的特點，重新登上歷史舞臺，成為當前最有價值的新能源科技。

從2001年熱泵起步開始，經(jīng)過5年的培育，中國熱泵行業(yè)開始從導入期轉入成長期。熱泵行業(yè)快速發(fā)展，一方面得益于能源緊張使得熱泵節(jié)能優(yōu)勢越來越明顯，另一方面與多方力量的加入推動行業(yè)技術創(chuàng)新有很大關系。

熱泵應用將處于高速發(fā)展的上升階段，作為節(jié)能減排的技術，熱泵技術前景廣闊，會有越來越多的國家及政府、企業(yè)意識到熱泵可以帶來的節(jié)能及環(huán)保效益，市場數(shù)據(jù)也表明未來發(fā)展趨勢良好。各個國家及地區(qū)的實際情況不同，因此關注的熱泵技術不同，在換熱器、熱泵機組、系統(tǒng)控制優(yōu)化及低溫環(huán)境應用等各方面都有研究?？傮w來說，地源熱泵和空氣源熱泵的高效應用仍是各國關注的目標，也是未來熱泵技術研究的重要方向之一。
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